Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng trộn và mức tiêu thụ năng lượng của máy trộn hai trục cưỡng bức với các loại vật liệu xây dựng

Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng trộn và mức tiêu thụ năng lượng của máy trộn hai trục cưỡng bức với các loại vật li

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

GIÁP HUY TƯỜNG

“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG TRỘN VÀ MỨC TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY TRỘN HAI TRỤC

CƯỠNG BỨC VỚI VÁC VẬT LIỆU XÂY DỰNG”

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

TháI Nguyên- năm 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Giáp Huy Tường, học viên lớp Cao học K12 – CN CTM Sau hai năm học

tập nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là sự giúp đỡ của

GS.TSKH Phạm Văn Lang, thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp của tôi, và các thầy cô

trong phòng thí nghiệm của trường Giao thông vận tải, tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khoá học

Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số

thông số đến chất lượng trộn và mức tiêu thụ năng lượng của máy trộn hai trục cưỡng bức với các loại vật liệu xây dựng”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của GS.TSKH Phạm Văn Lang và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê Tôi không

sao chép công trình của các cá nhân khác dưới bất cứ hình thức nào Nếu có tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

NGƯỜI CAM ĐOAN

Giáp Huy Tường

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn GS.TSKH Phạm Văn Lang - Thầy hướng dẫn

khoa học của tôi về sự định hướng đề tài, sự hướng dẫn của thầy trong việc tiếp cận và

khai thác các tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi viết luận văn

Tôi xin cảm ơn các cán bộ công nhân viên phòng thí nghiệm công trình của trường

ĐH Giao thông vận tải đã tạo điều kiện hết sức thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình

làm thí nghiệm thực nghiệm để hoàn thành luận văn này

Tôi cũng muốn cảm ơn các thày cô khoa sau đại học trường ĐH KTCN Thái

Nguyên đã giúp đỡ tôi hoàn thành khóa học

Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình tôi, các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đã ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình làm luận văn này

Tác giả

Giáp Huy Tường

II Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 09

IV Mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 10

NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRỘN

HỖN HỢP VẬT LIỆU XÂY DỰNG (Ở DẠNG HẠT RỜI) TRONG NƯỚC VÀ TRÊN

THẾ GIỚI

12

1.1 Khái quát về các sản phẩm VLXD được sản xuất từ công nghệ

1.1.2 Sản phẩm hỗn hợp cấp phối dải đường theo tiêu chuẩn AASHTO 16

1.1.3 Các sản phẩm vật liệu xây dựng khác trộn ở dạng hạt rời 19

1.2 Tình hình nghiên cứu khoa học về máy trộn vật liệu rời 20

1.2.1Giới thiệu chung về trạm trộn vật liệu rời, cấu tạo và nguyên lý

1.2.2 Tình hình và kết quả nghiên cứu khoa học về máy trộn vật liệu

1.2.3 Tình hình và kết quả nghiên cứu khoa học về máy trộn vật

32

Kết luận chương I 36

Chương 2 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRỘN HỖN HỢP VẬT LIỆU RỜI

TRONG MÁY TRỘN HAI TRỤC CƯỠNG BỨC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ

THUYẾT ĐỒNG DẠNG - MÔ HÌNH - THỨ NGUYÊN

37

2.1 Nghiên cứu quy luật chuyển động của hỗn hợp vật liệu rời 37

2.1.2 Nguyên lý cấu tạo của máy trộn cưỡng bức hai trục 38

2.1.3 Chuyển động của các hạt vật liệu trong buồng trộn CBCK 2 trục 38

2.2 Nghiên cứu ứng dụng cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm 49

2.2.1 Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên

2.2.2 Ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trong nghiên

2.3 Cơ sở của lý thuyết đồng dạng - mô hình - phép phân tích thứ nguyên 64

2.3.1.Ứng dụng lý thuyết đồng dạng và mô hình trong phương pháp

Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA

MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG TRỘN VÀ MỨC TIÊU THỤ NĂNG

LƯỢNG CỦA MÁY TRỘN HAI TRỤC CƯỠNG BỨC VỚI CÁC LOẠI VẬT LIỆU

RỜI

75

3.1 Một số tính chất cơ lý cơ bản của vật liệu rời 75

3.2 Phương pháp xác định độ trộn đều và chi phí năng lượng riêng 79

3.3.1 Các thông số cơ bản của mô hình máy trộn hai trục cưỡng bức 83

3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến chất lượng trộn 87

3.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến mức tiêu thụ năng

Chương 4 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒNG DẠNG – MÔ HÌNH – PHÉP PHÂN

TÍCH THỨ NGUYÊN ĐỂ TÌM DÃY MÁY TRỘN HỢP LÝ 104

4.2 Tính toán tiêu thụ năng lượng trên đơn vị thể tích vật liệu của máy trộn

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

UA: Hiệu điện thế tức thời tại pha A (V)

IA: Dòng điện thế tức thời tại phai A (A)

QA : Công suất phản kháng tức thời của pha A (VAR)

Hữu công : Năng lƣợng tiêu thụ của động cơ (Wh)

Vô công: công suất phản kháng của động cơ (VAR/h)

X1: biến thí nghiệm đặc trưng cho tốc độ trục trộn (vg/ph)

X2: biến thí nghiệm đặc trưng cho góc nghiêng bàn tay trộn (độ)

YN: Chi phí năng lượng riêng cho thí nghiệm

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Vị trí các bàn tay trộn lẻ trên trục A trong buồng trộn tại các thời điểm

Bảng 2.2 Vị trí các bàn tay trộn chẵn trên trục A trong buồng trộn tại các thời điểm Bảng 2.3 Vị trí các bàn tay trộn lẻ trên trục B trong buồng trộn tại các thời điểm

Bảng 2.4 Vị trí các bàn tay trộn chẵn trên trục B trong buồng trộn tại các thời điểm Bảng 2.5 kế hoạch toàn phần n=2

Bảng 3.1 Khối lượng riêng của một số vật liệu ở thể rắn

Bảng 3.2 Khối lượng riêng của một số hỗn hợp vật liệu

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm loại 1

Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm loại 2

Bảng 3.5 Số vòng quay của trục trộn để hỗn hợp đạt yêu cầu

Bảng 3.6 Danh sánh các thí nghiệm thực hiện

Bảng 3.7 Tổng hợp số liệu thí nghiệm

Bảng 3.8 Ma trận thí nghiệm ảnh hưởng của vận tốc và góc nghiêng bàn tay trộn

đến chi phí năng lượng riêng

Bảng 4.1 Thứ nguyên của các yếu tố đối với trục trộn

Bảng 4.2 Dùng máy trộn dự báo loại nhỏ

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ mô tả cấu tạo lớp áo đường

Hình 1.2 Thi công đập BTĐL bằng xe lu rung

Hình 1.3 Thi công sân bãi bằng công nghệ BTĐL

Hình 1.4 Trạm trộn trong dây chuyền sản xuất VLXD

Hình 1.5 Trạm trộn VLXD

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động trạm

Hình 2.1 Bố trí cánh tay trộn và bàn tay trộn trên 2 trục trộn

Hình 2.1 Đánh số vị trí các bàn tay trộn trong buồng trộn

Hình 2.3 Quy ước chiều quay và vị trí bàn tay trộn

Hình 2.4 Quan hệ giữa sai lệch bình phương trung bình và thời gian trộn

Hình 3.1 Sơ đồ dàn thí nghiệm

Hình 3.2 Hình vẽ tổng thể mô hình máy trộn

Hình 3.3 công tơ điện 3 pha có tích hợp bộ truyền dẫn thông tin vào máy tính

Hình 3.4 Mối quan hệ giữa thời gian và hữu công

Hình 3.5 Nhập số liệu vào Minitab

Hình 3.6 Phân tích tìm hệ số hồi quy

Hình 3.7 Đồ thị của phương trình hồi quy

Hình 3.8 Điểm tối ưu

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Chúng ta đang tiến hành sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước

Để đạt được những kết quả như mong muốn thì cơ sở hạ tầng phải đi trước một bước Cơ sở hạ tầng được nâng cao và bền vững đồng nghĩa với việc nâng cao chất lượng của cơ sở vật chất Đối với ngành xây dựng muốn làm được điều này thì các sản phẩm vật liệu xây dựng phải có chất lượng cao và sản lượng lớn để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội cùng với yêu cầu về kỹ thuật hiện đại đạt tiêu chuẩn quốc tế Vật liệu trộn khô là một sản phẩm đa dạng về chủng loại và phổ biến trong xây dựng như vữa khô, bê tông trộn khô, hỗn hợp bêtông asphalt, hỗn hợp cấp phối dải đường, bêtông đầm lăn….Việc nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến chất lượng cũng như chi phí năng lượng riêng của máy trộn các sản phẩn này là một việc làm cần thiết nhằm nâng cao chất lượng của sản phẩm và hiệu quả về kinh tế là một vấn đề cấp thiết

Vì vậy đề tài được lựa chọn là: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông

số đến chất lượng trộn và mức tiêu thụ năng lượng của máy trộn hai trục cưỡng bức với các loại vật xây dựng”

II Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

*Ý nghĩa thực tiễn

- Đúc kết, lựa chọn xác định các thông số hợp lý của máy trộn hai trục cưỡng bức đang sử dụng trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng

- Đề xuất dãy máy trộn hai trục cưỡng bức thích hợp

III Tổng quan nội dung nghiên cứu của đề tài

3.1 Tình hình, kết quả nghiên cứu máy trộn vật liệu rời ở các nước và ở Việt Nam 3.2 So sánh ưu nhược điểm của các loại máy trộn vật liệu rời đang phổ biến

3.3 Kết quả của những công trình nghiên cứu về lý thuyết máy trộn của các tác giả

đi trước trên thế giới và Việt Nam

3.4 Tồn tại, những vấn đề cần nghiên cứu

IV Mục đích nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu

* Mục đích đề tài:

Nghiên cứu cơ sở khoa học, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng trộn và tiêu thụ năng lượng riêng của máy trộn cưỡng bức, trên cơ sở đó tìm dãy máy trộn phù hợp quy mô sản xuất công nghiệp

* Đối tượng nghiên cứu

- Một số thông số chính của máy trộn hai trục cưỡng bức trong sản xuất vật liệu xây dựng

- Nghiên cứu chuyển động của khối phối liệu trong máy trộn

* Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp xử lý số liệu thống kê, đánh giá kết quả thu được thông qua chương trình tính toán hồi quy

- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm, lý thuyết đồng dạng, phép phân tích thứ nguyên

*Mô hình thực nghiệm

Xây dựng mô hình thực nghiệm, xác định các yếu tố “vào”- “ra” tìm mối

quan hệ phụ thuộc thông số hợp lý của máy

* Nội dung nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến tính năng làm việc của máy trộn vật liệu rời

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình làm việc của bộ phận trộn

- Nghiên cứu đề xuất dãy máy trộn

*Dự kiến kết quả đạt được

- Xác định được tính chất vật liệu rời

- Xác định được thông số hợp lý, thiết kế, chế tạo mô hình

- Thực nghiệm (trên cơ sở máy mô hình), xác định các thông số hợp lý

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của: GS.TSKH Phạm Văn Lang.Tôi xin trân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn đưa ra những ý kiến đóng góp, các thầy cô trong phòng thí nghiệm công trình-Trường Đại học Giao thông vận tải, các cán bộ công nhân viên Khoa sau Đại học-Trường Đại học KTCN Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thí nghiệm lấy số liệu và hoàn thành luận văn này

Do kinh nghiệm và thời gian có hạn, chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Tôi xin trân trọng tiếp thu những ý kiến đóng góp cho bản luận

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRỘN HỖN HỢP VẬT LIỆU XÂY DỰNG (Ở DẠNG HẠT RỜI)

TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.1 Khái quát về các sản phẩm VLXD được sản xuất từ công nghệ trộn khô hỗn hợp vật liệu xây dựng

1.1.1 Sản phẩm vữa khô

Trong quá khứ cho tới những năm 1950, vữa chỉ được sử dụng phổ biến trong thi công tại công trường là loại vữa được trộn tại chỗ, gần chất gắn kết khoáng chất (chủ yếu là xi măng) và phối liệu (chủ yếu là cát) được vận chuyển riêng lẻ tới địa điểm thi công Phối liệu và các chất gắn kết khoáng chất gắn kết sau đó được trộn với nhau bằng tay tại địa điểm thi công với tỷ lệ phù hợp và với cỡ nước sao cho đạt được vữa tươi sẵn sàng thi công

Hầu hết các loại vữa được trộn tại công trường đều chủ yếu dựa vào xi măng như là chất kết dính khoáng chất và cát hay đá vôi như phối liệu (chất độn) được cung cấp riêng lẻ tới địa điểm xây dựng Đối với từng ứng dụng, tỷ lệ cụ thể xi măng và phối liệu được trộn một cách phù hợp trước khi cho nước vào để sử dụng như là vữa tươi Chất lượng của vữa như vậy phụ thuộc vào chất lượng vật liệu, tỷ

lệ trộn đúng, độ đồng đều của mẻ trộn, tính ổn định của vữa tươi và việc thêm một cách hợp lý các chất phụ gia có thể được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt

Do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như thế, điều kiện chất lượng của vữa tươi được trộn tại công trường thường không được đảm bảo

Hai phương pháp khác nhau sản xuất vữa tươi là loại được trộn tại công trường (a) hoặc loại trộn khô đã được đóng gói sẵn (b) có những ảnh hưởng rất lớn liên quan tới việc thi công và năng suất

a/ Sử dụng vữa trộn tại công trường - phương pháp hoàn toàn thủ công:

- Vận chuyển riêng lẻ từng loại chất kết dính (xi măng) và phối liệu (cát)

đến địa điểm thi công

- Trộn tay tại chỗ các chất kết dính và phối liệu

- Định lượng nước trộn bằng tay tại nơi thi công

- Thi công bằng tay vữa trộn tại địa điểm thi công

- Năng suất (đối với ứng dụng trát vữa): 30 m2/ca nhân công (100%)

b/ Sử dụng vữa trộn khô đã được trộn và đóng gói sẵn bằng cách trộn và thi

công tay:

- Vữa được trộn và đóng gói sẵn bởi nhà máy

- Vận chuyển bao vữa trộn khô tới nơi thi công

- Điều chỉnh bằng tay mức nước với vữa trộn khô tại địa điểm thi công

- Thi công bằng tay vữa tươi

- Năng suất (đối với ứng dụng trát vữa): 60m2/ca nhân công (100%) Việc sử dụng vữa đã trộn và đóng gói sẵn không chỉ tăng đáng kể năng suất và hiệu

quả công việc ở các công trường nhưng còn đảm bảo mức độ thi công an toàn và

đáng tin cậy cao Tránh được những sai sót khi trộn tại địa điểm thi công Vữa trộn

khô đóng gói sẵn đựơc sản xuất ở nhà máy trộn khô đảm bảo các chất kết dính,

phối liệu và phụ gia chất lượng cao ổn định được trộn đều chính xác với cùng tỷ lệ

như thế đảm bảo mức độ ổn định cao cho vữa trộn khô Ngoài ra, vữa trộn khô còn

cho phép mang lại các giải pháp vấn đề được điều chỉnh chính xác theo một số loại

công trình và đặc điểm kỹ thuật vật liệu

Sản xuất, lưu trữ, vận chuyển và kiểm soát chất lượng vữa trộn khô được xác

định trong tiêu chuẩn Đức DIN 18557, hay TCVN 4311:2003

Các nhà máy trộn khô hiện đại với công suất 20.000 tới 150.000 tấn mỗi năm

hầu hết được xây dựng trên một diện tích nhỏ vì dây chuyền sản xuất theo hướng

thẳng đứng (trạm trộn dạng tháp), các silô vật liệu thô được bố trí bên trên bộ phận

trộn Sau khi kiểm tra chất lượng thích hợp, vật liệu phải được chuyển bằng hệ thống thu nhận vào trong những silô khác nhau ở trên đỉnh nhà máy

Chất lượng của tất cả các loại vật liệu được sử dụng, đặc biệt là vật liệu số liệu lớn phải được kiểm tra theo tiêu chuẩn quốc gia (ví dụ: đối với xi măng theo tiêu chuẩn EN 196) Nếu phối liệu - như là cát - không có được với chất lượng phù hợp, nhà máy vữa trộn khô phải bao gồm cả những bộ phận cho phép nghiền, rửa, sấy và phân loại ra nhiều phần sàng cát khác nhau Ẩm độ của tất cả các chất độn không nên cao hơn 0,3%, nhiệt độ cát sau khi sấy không nên vượt quá 60oC trước khi được sử dụng

Với sự phát triển các container vận chuyển số lượng lớn (hệ thống vận chuyển silô) và các hệ thống cơ khí định mức vữa với nước và sau đó là bơm để thi công máy bằng cách phun Vữa trộn khô được giao thành bao tới công trường, việc sử dụng thiết bị định lượng và bơm tự động để thi công vữa bằng máy làm tăng thêm năng suất Vì vậy sử dụng vữa trộn khô rất thuận tiện trong việc cơ giới hoá thi công

Việc vận chuyển vữa trộn khô bằng bao có thể không cần thiết đối với những công trình lớn vì có thể nạp vữa trộn khô đã được sản xuất tại nhà máy vào trong các container (có nhiều cỡ thể tích tới 20m3) để vận chuyển tới công trường xây dựng Với hệ thống băng chuyền phù hợp, vữa khô được chuyển trực tiếp từ silô vào thiết bị bơm và trộn, ở đó vữa khô được định cỡ nước tự động và được bơm để phun

Việc kết hợp vận chuyển vữa trộn khô trong silo hay container với định cỡ, bơm và thi công vữa tự động sẽ làm tăng năng suất (năng suất trát vữa: 50m2/cá nhân công - 500% đối với công nghệ hoàn toàn cơ khí hiện đại này với vữa đã được trộn sẵn Ngoài năng suất gia tăng, định cỡ và thi công cơ khí và tự động vữa trộn khô, phương pháp này đảm bảo an toàn cao trong việc vận chuyển và thi công những sản phẩm này

Hệ quả ở Tây Âu của sự phát triển này thật phi thường Trong 4 thập kỷ qua, một số lớn nhà máy vữa khô hiện đại đã được thành lập với hàng triệu tấn công suất Ở Đức ví dụ hiện nay có xấp xỉ 250 nhà máy vữa khô, sản xuất 10 triệu tấn vữa trộn khô mỗi năm (so với mứcsản xuất vữa xi măng gần 30 triệu tấn ) Đã có sự bùng nổ lớn về công nghệ vữa trộn khô sau sự thống nhất về kinh tế và chính trị của nước Đức sau năm 1990, hiện đang tiếp tục ở các nước Đông Âu Có khoảng

600 nhà máy vữa khô đang hoạt động trên toàn thế giới với xu hướng tăng trưởng mạnh mẽ

Vữa trộn khô sản xuất tại nhà máy mang lại năng suất được cải thiện đáng kể

ở công trường qua mức độ tối ưu hoá cao với việc sử dụng và xử lý dễ dàng, nhanh chóng hiệu quả hơn và an toàn sản phẩn, và mang lại độ an toàn cao tăng thi công bằng việc tránh được những sai sót trộn tại công trường

Các nhà sản xuất có thể mở ra lĩnh vực ứng dụng và công nghệ mới có lợi bằng việc thay vữa trộn tại công trường bằng vữa trộn khô có thể được sản xuất bởi một quy trình nổi tiếng trong một nhà máy trộn khô

Nhà ứng dụng (thợ thủ công) hưởng nhiều lợi ích từ việc sử dụng hiệu quả, kinh tế, tiết kiệm, dễ dàng và đơn giản vật liệu, đặc biệt nếu như toàn bộ quy trình được cơ giới hoá một phần hay toàn phần, và tạo ra chất lượng cao và ổn định cho vữa đảm bảo độ an toàn cao cho sản phẩm đặc biệt khi phải bảo đảm cho toàn bộ công trình (hợp đồng xây dựng) Ngoài ra, người ứng dụng còn có thể mang đến những giải pháp cho những yêu cầu của những kỹ thuật xây dựng mới (ví dụ ETICS - hệ thống composit cách nhiệt bên ngoài; kỹ thuật lớp nền mỏng cho CTA - keo dán gạch men) với các sản phẩm đặc biệt được phát triển và kiểm nghiệm trong những phòng thí nghiệm phù hợp với độ tin cậy cao cho việc ứng dụng lâu dài nhưng không phải là ít nhất, người tiêu thụ hay người sử dụng cuối cùng sẽ tiết kiệm được tiền về ngắn và dài hạn do quy trình tiết kiệm chi phí và vật liệu ngay cả

này đã mở hướng cho việc sử dụng vữa trộn khô chất lượng cao cho một số các ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng

1.1.2 Sản phẩm hỗn hợp cấp phối dải đường theo tiêu chuẩn AASHTO

Trong cuộc sống và hoạt động xã hội của mỗi quốc gia nói chung, ở nước ta nói riêng, mạng lưới giao thông đường bộ hình thành sớm nhất và có vị trí quan trọng hơn các loại hình giao thông khác Tỷ trọng vận chuyển hành khách và hàng hoá bằng giao thông đường bộ ở nước và các nước trên thế giới thường xuyên chiếm ưu thế

Mạng lưới giao thông đường bộ chủ yếu được đánh giá về số lượng bằng mật

độ phân bố của nó trên diện tích lãnh thổ, ở nước ta là 0,219 Km/Km2, hoặc được đánh giá trên số dân là 0,81 Km/1000 dân, (Thái lan – 1,03 Km/1000 dân; Trung Quốc – 0,94 Km/1000 dân; Các nước phát triển 3 ÷ 5 Km/1000 dân ) Về chất lượng, mạng lưới giao thông đường bộ được đánh giá bằng tỷ lệ đường được rải mặt trên tổng số diện tích mặt đường, không kể đường nông thôn và chuyên dụng,

tỷ lệ này ở nước ta là 29,4%

Trong những năm gần đây, thực hiện sự nghiệp công nghiệp hoá đất nước, Chính phủ Việt Nam đã tập trung các nguồn ngân sách đầu tư cho phát triển hạ tầng giao thông đường bộ Nhiều tuyến quốc lộ cũ và mới được xây dựng và nâng cấp với tiêu chuẩn kỹ thuật cao

Theo quy trình công nghệ AASHTO (Quy trình đường ô tô cao tốc của Hiệp hội quốc gia về đường bộ và vận tải công cộng Hoa Kỳ), lớp móng đường (Lớp Base) là lớp chịu tải chủ yếu của mặt đường Quá trình xây dựng móng đường chủ yếu sử dụng vật liệu là hỗn hợp cấp phối liên tục Khái niệm “Cấp phối liên tục” theo quan điểm của quy trình công nghệ AASHTO, đó là một tập hợp đa dạng các

cỡ hạt vật liệu từ nhỏ đến lớn (Bao gồm cát và đá các loại), những giá trị kích thước hạt của chúng tạo nên một giải kích thước liên tục trong khoảng từ 0 ÷ 50

mm Đó chính là cơ sở để các hạt vật liệu chêm chèn, xen kẽ lẫn nhau trong hỗn

hợp sau đó quá trình đầm lèn, tạo thành lớp móng đường rắn chắc và đảm bảo độ chặt cũng như các chỉ tiêu yêu cầu kỹ thuật đề ra

Hỗn hợp cấp phối có thể là đá thuần (Không dung chất kết dính) hoặc đá gia

cố (có chất kết dính) để tạo lớp móng chịu tải, sau khi lu lèn có chiều dầy 30 ÷ 35

cm

Đối tượng cấp phối theo quy trình công nghệ AASHTO là một đối tượng đặc biệt, chỉ mới xuất hiện không lâu và lại đòi hỏi một khối lượng rất lớn Theo tính toán nếu mỗi Km đường có chiều rộng 7 mét, chiều dầy lớp móng (Base) 30 cm, lượng cấp phối cần dung tới 4900 ÷ 5000 Tấn Nếu chúng ta thi công các con đường quốc lộ có chiều rộng B = 14 m, mỗi Km đường cần tới trên 10.000 Tấn cấp phối

Hình 1-1 Sơ đồ mô tả cấu tạo các lớp áo đường

Hiện nay cấu tạo mặt đường loại này rất phổ biến do có nhiều ưu điểm về tuổi thọ, vốn đầu tư và thi công nhanh Bộ GTVT đã ban hành tiêu chuẩn ngành về thiết kế: Số 22.TCN.274-01, về thi công và nghiệm thu: Số 22.TCN304-03 Các tiêu chuẩn này được xây dựng dựa trên cơ sở của quy trình công nghệ AASHTO

Lớp phủ mặt đường ở trên lớp móng có chiều dầy trung bình 7 ÷ 12 cm,

tiếp của xe cộ và các yếu tố khí hậu, thời tiết Ngoài ra lớp mặt còn làm nhiệm vụ bảo vệ các lớp phía dưới, không cho nước thâm nhập vào phá huỷ các lớp phía dưới Mặt đường thường có nhiều loại: Mặt đường cứng (mặt đường bê tông xi măng ), mặt đường mềm (Mặt đường bê tông nhưa nóng) Do có nhiều ưu điểm nổi trội hơn các loại mặt đường khác nên mặt đường mềm đang được sử dụng phổ biến hơn cả Yêu cầu chung của lớp mặt đường phía trên là:

- Chịu ma hao, chống trượt

- Chống thấm nước, thoát nước

- Tạo êm dịu vận hành

- Đủ khả năng kết dính và truyền tải xuống lớp móng đường

Lớp móng đường có nhiệm vụ chủ yếu là thu nhận tác dụng lực tải trọng của xe cộ truyền qua lớp mặt, sau đó phân bố rộng áp lực phương thẳng dứng lên trên lớp đệm và lớp nền đường Như vậy, lớp móng cấp phối là lớp chịu tải trọng chủ yếu,

vì vậy lớp móng phải đủ cường độ, độ cứng và độ ổn định với nước Để làm móng đường người ta thường sử dụng hai loại hỗn hợp cấp phối: Hỗn hợp cấp phối đá có gia cố và hỗn hợp cấp phối đá không có gia cố Hỗn hợp cấp phối đá không có gia

cố là một hỗn hợp đá có kích cỡ hạt đa dạng khác nhau (Theo quy định), được phối trộn với nhau theo tỷ lệ quy định và được đầm chặt ở độ ẩm thích hợp Hỗn hợp cấp phối có chất gia cố cũng tương tự như hỗn hợp cấp phối nêu trên, nhưng trong thành phần của nó có chất kết dính (Có thể là xi măng hàm lượng thấp hoặc bột đất sét, hoặc bột Puzơlan…) Tuỳ theo từng Quốc gia, từng khu vực và tuỳ theo từng cấp đường khác nhau mà yêu cầu kỹ thuật đối với hỗn hợp cấp phối cũng khác nhau Ở Việt Nam thường sử dụng hỗn hợp cấp phối không có chất gia cố trong thi công đường Mặc dù có những yêu cầu cụ thể khác nhau về hỗn hợp cấp phối tại các công trình nhưng lớp móng cấp phối đều có những yêu cầu chung như sau:

- Phải dùng vật liệu có góc cạnh để tăng góc nội ma sát giữa các hạt cốt liệu

Độ góc cạnh của cấp phối được đặc trưng bởi chỉ số nghiền Ic, chỉ số nghiền phải thoả mãn các quy định theo yêu cầu

- Vật liệu phải có một đường cong cấp phối chặt, nghĩa là cỡ hạt lớn nhất trong hỗn hợp cấp phối Dmax ≤ 31,5mm, tỷ lệ các hạt mịn từ 4 ÷ 8%

- Vật liệu phải sạch, được thí nghiệm đương lượng cát ES

- Cốt liệu phải cứng, có cường độ chống va đập và cường độ chống mài mòn tốt

Như chúng ta đã biết, độ chặt của hỗn hợp sau khi lu lèn, ngoài việc phụ thuộc vào đường cong cấp phối còn phụ thuộc vào độ ẩm, độ đồng đều của hỗn hợp, điều này được quyết định bởi phương pháp chế tạo (trộn) hỗn hợp Hiện nay ở Việt Nam đang tồn tại hai phương pháp trộn hỗn hợp cấp phối đó là:

- Trộn tại hiện trường, phương pháp này cho sản phẩm kém chất lượng, không kiểm soát được chất lượng trộn Xuất hiện sự phân tầng trong hỗn hợp, làm giảm đáng kể cường độ của móng đường, khả năng chịu lực kém, móng dễ bị bong tách thành từng lớp…

- Trộn bằng máy, phương pháp này cho sản phẩm hỗn hợp trộn tương đối tốt, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn đề ra Ngoài ra, phương pháp này còn cho năng suất cao vì có thể tự động hoá toàn bộ dây chuyền

Hiện nay trên thị trường Việt Nam đã xuất hiện một số trạm trộn cấp phối được chế tạo trong nước chép theo mẫu của nước ngoài, hay tận dụng trạm trộn bê tông nhựa nóng đã cũ

1.1.3 Các sản phẩm vật liệu xây dựng khác trộn ở dạng hạt rời

Ngoài các sản phẩm trộn dưới dạng rời nêu trên còn có các sản phẩm khác như: + Hỗn hợp bê tông xi măng trộn khô trước

+ Hỗn hợp bê tông nhựa nóng

Bê tông đầm lăn (BTĐL) là loại bê tông sử dụng các nguyên vật liệu tương tự

như bê tông thường Khác với bê tông thường được đầm chặt bằng thiết bị rung đưa

vào trong lòng khối đổ, BTĐL được làm chặt bằng thiết bị rung lèn từ mặt ngoài

(lu rung) Công nghệ BTĐL đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho xây dựng đập bê

tông trọng lực Khối lượng bê tông được thi công càng lớn thì hiệu quả áp dụng

công nghệ BTĐL càng cao Việc lựa chọn phương án thi công đập bằng công nghệ

BTĐL thường đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với đập bê tông thường và đập

1.2 Tình hình nghiên cứu khoa học về máy trộn vật liệu rời

1.2.1 Giới thiệu chung về trạm trộn vật liệu rời, cấu tạo và nguyên lý hoạt

động của trạm

1.2.1.1 Giới thiệu chung về trạm trộn vật liệu rời

Trạm trộn vật liệu rời là một tổng thành gồm nhiều cụm thiết bị được vận

hành phối hợp với nhau để sản xuất ra các hỗn hợp vật liệu bao gồm các hạt cốt

liệu khác nhau, chất kết dính (có hoặc không có) hoặc phụ gia cần thiết Chất lượng

của sản phẩm sau khi trộn phụ thuộc vào thành phần hạt, cỡ hạt, độ ẩm…, đồng

thời nó còn chịu ảnh hưởng trực tiếp của chế độ trộn như tốc độ quay của trục trộn, việc bố trí các cánh trộn trên trục trộn, thời gian trộn…

Trạm trộn thường gồm ba bộ phận chính:

+ Kho chứa các nguyên liệu (đá, cát, ximăng và các chất phụ gia)

+ Các thiết bị định lượng và các máy trộn

+ Các thiết bị nâng - vận chuyển (băng tải, gầu tải, vít tải, máy bơm xi măng

…) và các phễu chứa trung gian

Hình 1-4 Trạm trộn trong dây truyền sản xuất VLXD

1- Silô chứa xi măng 2- Vít tải 3- Cân định lượng 4- Phễu chờ cốt liệu 5- Phễu cốt liệu 6- Băng tải 7- Máy trộn 8- Cabin điều khiển

Trạm trộn có thể phân loại theo các dấu hiệu sau:

a) Theo phương pháp bố trí các thiết bị chính của trạm trộn

c) Theo các phương pháp điều khiển trạm trộn ta có : hệ thống điều khiển bằng tay,

hệ thống điều khiển bán tự động và, hệ thống điều khiển tự động Trạm hiện đại ngày nay thường được trang bị thiết bị điều khiển có khả năng làm việc với cả ba chế độ điều khiển nêu trên

1.2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của trạm

Hình 1-6 – Sơ đồ nguyên lý hoạt động trạm

Nguyên lý làm việc của trạm trộn được xây dựng trên cơ sở cấu tạo của trạm,

do đó các trạm cũng có nguyên lý làm việc chung như sau:

Vật liệu được tập kết tại bãi theo từng loại được xe xúc lật đưa vào phễu cấp liệu, vật liệu được đưa xuống hệ thống định lượng nhờ bản thân trọng lượng và hệ thống gây rung gắn trên phễu, sau khi định lượng xong, hỗn hợp vật liệu được vận chuyển lên máy trộn, trong máy trộn hỗn hợp vật liệu được nhào trộn theo yêu cầu Trong một khoảng thời gian với tốc độ quay của trục trộn, hỗn hợp vật liệu sẽ đạt được độ đồng nhất theo yêu cầu khi hỗn hợp vật liệu ra đến cửa xả liệu Hỗn hợp trộn được chứa tại phễu chứa, sau đó được phương tiện vận chuyển chở tới nơi thi công

1.2.1.3 Máy trộn

Trộn là một trong những công đoạn quan trọng trong dây truyền sản xuất

VLXD Cốt liệu sau khi định lượng được đưa vào máy trộn, hỗn hợp được trộn đều

để tạo thành sản phẩm theo yêu cầu Do vậy tình năng kỹ thuật của máy trộn đóng vai trò quyết định đến chất lượng của sản phẩm Máy trộn được sử dụng rất nhiều trong xây dựng ở các lĩnh vực như trộn bê tông xi măng, trộn cấp phối dải đường, trộn vữa khô, trộn phối liệu trong sản xuất gạch nhẹ…các máy này chủ yếu là nhập ngoại, có xuất xứ từ các nước như CHLB Nga, Trung Quốc, Hàn Quốc, Pháp, Đức… với số lượng lớn và rất phong phú về chủng loại Các máy được sản xuất trong nước thường là các máy có công suất nhỏ

Khi tính toán thiết kế máy trộn cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Điều này đạt được khi người thiết kế lựa chọn hợp lý nguyên lý trộn cũng như kết cấu của máy;

- Năng lượng tiêu hao cho quá trình trộn là nhỏ nhất;

- Máy có độ tin cậy và tuổi thọ cao, khả năng chịu mài mòn của các bộ phận

công tác tốt;

- Thuận tiện khi sử dụng, sửa chữa và thay thế;

Về nguyên lý khi trộn hỗn hợp có thể sử dụng hai phương pháp trộn cơ bản là trộn tự do và trộn cưỡng bức

Trộn tự do: Là phương pháp trộn mà hỗn hợp được trộn do vỏ thùng quay và

nâng vật liệu lên cao, đến một vị trí nào đó vật liệu rơi tự do và trộn với nhau Ưu điểm của phương pháp trộn tự do là kết cấu đơn giản, số lượng các cụm cơ bản ít nên dễ chế tạo.Nhược điểm chủ yếu của trạm trộn tự do là hiệu quả thấp, khó đảm bảo sự phân bố đồng đều của cốt liệu do vậy chất lượng trộn của sản phẩm thường không cao Vì vậy trộn tự do thường sử dụng cho các máy trộn có năng suất nhỏ

Trộn cưỡng bức: Khác với trộn tự do trộn cưỡng bức là phương pháp trộn mà

hỗn hợp được trộn do quả trình chuyển động của các cánh tay trộn trong hỗn hợp trộn Ưu điểm của phương pháp này là chất lượng sản phẩm cao và có khả năng tạo được nhiều loại sản phẩm khác nhau, năng suất máy cao Nhược điểm của phương pháp này là máy trộn có cấu tạo phức tạp vì vậy giá thành đầu tư cao hơn

Do những ưu điểm trên nên máy trộn cưỡng bức được sử dụng khá phổ biến trong các nhà máy sản xuất sản phẩm vật liệu xây dựng Máy trộn cưỡng bức có thể

là máy trộn kiểu hành tinh, máy trộn cưỡng bức hai trục theo mẻ (máy trộn cưỡng bức theo chu kỳ) hoặc máy trộn cưỡng bức hai trục liên tục Phổ biến hơn cả là máy trộn cưỡng bức hai trục theo chu kỳ

1.2.2 Tình hình và kết quả nghiên cứu khoa học về máy trộn vật liệu rời trên

thế giới

1.2.2.1 Về nghiên cứu tính toán lý thuyết

* Pacĸaтoвa E.A [13] đã đề xuất phương trình động học của quá trình trộn

dưới dạng:

Trong đó:

- VC : Độ trộn không đồng đều của hỗn hợp

- f1(t) : Hàm đặc trưng cho quá trình trộn thuận

- f2(t) : Hàm đặc trưng cho quá trình trộn ngược

- Hiện tượng cân bằng động xảy ra khi f1(t)= f2(t)

Một số tác giả khác cũng đã có những nhận xét tương tự như vậy, đã coi quá trình trộn là sự thay đổi mật độ Ci của thành phần hỗn hợp, đã thành lập mối quan

hệ giữa tốc độ quá trình trộn với sự thay đổi mật độ Ci trong một đơn vị thời gian tính theo công thức:

* Đối với thiết bị trộn khô thì mô hình toán học biểu thị quá trình chuyển khối

lượng đã được Damkoehler [ 14] mô tả bằng phương trình bảo toàn động lượng với dạng

( ) ( )  0

G grad

D div v

 - Bề mặt chuyển pha riêng;

G - Lƣợng biến đổi do nguồn khối lƣợng;

* Các tác giả Liên Xô (cũ) qua nhiều năm nghiên cứu đã xác định: khi trộn sản

phẩm rời bằng cách nhiều lần chuyển dời chúng trong khuấy vật liệu Từ thực nghiệm so sánh, với một loại máy trộn, xác định số lần trộn (hay số lƣợng trung bình bột đƣợc trộn sau một vòng quay của thùng) tỉ lệ nghịch với mức độ chứa của thùng Vật liệu sẽ đƣợc đảo trộn với số lần m, theo công thức:

2 2 2

2 2

.

.

) (

R

r R L R

r R V

t tr  , phút;

Trong đó  tốc độ góc, rad/s;

* Theo [14] tác giả I.P Borodatrep cho rằng công suất động cơ dẫn động buồng trộn phải thắng được tổng các mô men trong quá trình trộn vật liệu gây ra cùng với các lực cản cơ học khác Lực cản của vật liệu đối với các cánh trộn được xét như lực cản thuỷ lực của vật rắn chuyển động trong khối chất lỏng không nhớt Quan điểm này xuất phát từ các lý thuyết tính toán thích hợp với quá trình làm việc của buồng trộn kiểu tác dụng cưỡng bức

Với quan điểm như trên để xác định lực cản trong buồng trộn, ta xuất phát từ công thức Niutơn xét cho trường hợp chuyển động có trượt của một vật rắn trong chất lỏng không nhớt:

Fv g

cơ học để nhận được công thức giải tích thích hợp

Theo tác giả Szevrov, việc tính toán công suất dẫn động trục trộn dựa trên việc xác định các thành phần lực cản chủ yếu như các lực ma sát của hỗn hợp trên

cánh trộn, lực ma sát của hỗn hợp trên thành buồng trộn, lực nâng vật liệu và các lực cản xuất hiện khi cánh trộn cắt vật liệu

Công suất dẫn động trục trộn được tính theo công thức:

W4: Lưc cản cắt tỷ lệ với ứng suất cắt của hỗn hợp tác dụng lên cạnh bên, phía trên cánh trộn

W5: Lực ma sát do trọng lượng của hỗn hợp sinh ra ở cạnh phía trên cánh trộn

W6: Lực ma sát ở cạnh phía trên của cánh trộn do ảnh hưởng của áp lực theo phương vuông góc sinh ra do lực cản cắt

W7: Lực cản nâng do trọng lượng của vật liệu trên bàn tay trộn

W8: Lực ma sát trên bề mặt cánh trộn đặt nghiêng góc 

W9: Lực cản nâng do trọng lượng của vật liệu trên cánh tay đòn gây ra

W10: Lực cản ma sát sinh ra trên bề mặt cánh tay trộn đặt nghiêng một góc ,

do áp lực của vật liệu trên cánh tay đòn

W11: Lực cản cắt tỷ lệ với ứng suất cắtcủa hỗn hợp sinh ra trên các cạnh của cánh trộn

1.2.2.2 Nghiên cứu tính toán các chỉ tiêu chính của máy trộn

* Các tác giả Liên Xô (cũ) như IA.XoKolov, Alecxandrov.MP v.v… đã nghiên

cứu và đề xuất nhiều công thức mang tính thực nghiệm liên quan đến quá trình trộn vật liệu rời

Với máy trộn thùng quay, kết quả thực nghiệm về trộn cát và muối trong máy trộn như hình vẽ 1-4

Is - Chỉ số trộn (tham khảo chưong3 – Phương pháp đo)

Từ hình vẽ cho thấy trong 4 phút đầu, Is tăng từ số thấp đến 0,7 sau đó giao động từ 0,7 -:-0,6 Kéo dài thời gian trộn giá trị Is (chỉ số trộn) giảm dần Ban đầu hiệu quả trộn khá tốt nhưng với loại máy trộn thùng quay thường không đảm bảo được độ trộn đều một cách hoàn toàn

Xác định thời gian trộn

Như trên đã nêu, độ đồng đều của hỗn hợp sau khi trộn được đánh giá bởi biểu thức:

b a

Phương trình trên chỉ rõ thời gian trộn nhằm đảm bảo kết quả trộn đạt yêu cầu Giá trị k trong phương trình trên phụ thuộc vào độ lệch bình phương trung bình s, các thông số hình học của máy trộn và tính chất vật liệu

Trong đó: s - độ sai lệch bình phương trung bình;

D - Đường kính thùng trộn, m;

d - Đường kính cánh trộn, m;

H - Chiều cao lớp vật liệu trộn, m;

ρ - Khối lượng riêng của vật liệu trộn, m

Đại lượng k được xác định bằng thực nghiệm và có thể trọn trong giới hạn sau:

(1) Đối với máy trộn loại cánh, giá trị d và H lấy như sau:

d = (0,85 ÷ 0,95)D

H = (0,5 ÷ 0,7)D

Giá trị k = 300 ÷400

(1) Đối với máy trộn thùng quay:

Giá trị k = 200 ÷300

Trong thời gian gần đây, đã có các nghiên cứu về máy trộn dựa vào phương pháp phân tích cấu trúc, thông qua thực nghiệm, nhất là việc ứng dụng quy hoạch thực nghiệm, lý thuyết đồng dạng phép phân tích thứ nguyên để đề xuất các mô hình toán học, mô hình vật lý

Tuy nhiên tác giả được biết những nghiên cứu theo phương pháp này trên thế giới đối với loại máy trộn cưỡng bức hai trục nằm ngang chưa được thực hiện cụ thể và rất ít loại tài liệu nghiên cứu đã công bố về loại máy trộn đó

Khi trộn vật liệu hạt, các hạt chịu tác dụng của những lực có hướng khác nhau

và chuyển động của hạt chính là hệ quả của tổng hợp các lực đó Ngoài ra, cơ chế trộn phụ thuộc vào cấu trúc máy trộn và phương pháp tiến hành quá trình, nên rất khó mô tả bằng toán học

* Theo Lecey P.H.C (Anh), trong máy trộn bột thường có 5 quá trình cơ bản xảy

ra:

1- Tạo các lớp trượt với nhau theo mặt phẳng - quá trình trộn cắt;

2- Chuyển dịch từng nhóm hạt bột từ vị trí này tới vị trí khác- quá trình trộn đối lưu; 3- Thay đổi vị trí của từng hạt bột riêng rẽ - quá trình trộn khuếch tán;

4- Phân tán từng phần tử do va đập vào thành máy- quá trình trộn va đập;

5- Biến dạng và nghiền nhỏ các hạt- quá trình trộn nghiền

Tùy theo cấu trúc máy trộn và tính chất cơ lý của các thành phần hạt, có thể chỉ xuất hiện một hoặc một vài trong số những quá trình đã nêu Cũng do tác động khác nhau rất ngẫu nhiên của các lực vào hạt vật liệu và sự phụ thuộc của cấu trúc máy trộn vào phương pháp thực hiện các quá trình, cho nên quá trình trộn vật liệu rời rất khó mô tả đầy đủ bằng lý thuyết với các mô hình toán Ở máy trộn hai trục cưỡng bức thì các quá trình chủ yếu là trộn khuếch tán và đối lưu…

1.2.3 Tình hình và kết quả nghiên cứu khoa học về máy trộn vật liệu rời ở

Việt Nam

Hiện nay nghiên cứu khoa học trong nước về máy trộn vật liệu rời nói chung

và đối với vật liệu xây dựng nói riêng còn khiêm tốn và thường là các nghiên cứu thực nghiệm trên cơ sở lý thuyết của các tác giả nước ngoài

* Theo [17] tác giả đã tập hợp và đưa ra 4 phương pháp tính toán để xác định

công suât động cơ của trạm trộn cấp phối theo chu kỳ năng suất 80T/h, trọng lượng một mẻ trộn 2 Tấn:

+ Phương pháp 1:Xác định công suất theo máy trộn của trạm trộn Asphalt

Với góc nghiêng cánh so với trục trộn vận tốc góc ω = 6 rad/s được:

N = 19,2 KW + Phương pháp 2: Xác định công suất theo máy trộn hỗn hợp bột khô

Với góc nghiêng cánh so với trục trộn vận tốc góc ω = 6 rad/s được:

N = 38,64 KW + Phương pháp 3: Xác định công suất theo máy trộn bê tông và vữa xây dựng Với góc nghiêng cánh so với trục trộn vận tốc góc ω = 6 rad/s được:

N = 37 KW + Phương pháp 4: Xác định công suất theo máy trộn cánh

Với góc nghiêng cánh so với trục trộn vận tốc góc ω = 6 rad/s được:

N = 24,7 KW

* Theo [2] Nhóm tác giả trường Đại học GTVT đã đưa ra công thức xác định

số vòng quay của trục trộn đối với máy trộn hai trục cưỡng bức:

R

3 , 45

Tuy nhiên số vòng quay không được vượt quá 80 vòng/phút

* Theo [16] Tác giả đưa ra đề xuất công thức tính toán công suất động cơ cho

m - Khối lượng vật liệu cấp phối trong thùng trộn (kg)

H - Chiều cao nâng của các hạt cấp phối (m)

g - Gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s2)

no - Số lần nâng các hạt cấp phối trong thời gian ở trong thùng trộn

t - thời gian vật liệu trong thùng trộn

U2:Năng lượng di chuyển vét ngang các hạt cấp phối trong lòng máng

2

2 2

1 V V m n

V2 - Tốc độ tiếp tuyến của hạt vật liệu do bàn tay trộn vung lên

+ W3: Công suất tiêu hao do sự cọ xát giữa các hạt cấp phối với nhau khi có bàn tay trộn tác động

U3 - Tổng năng lƣợng hao phí do sự cọ sát của các viên đá với nhau

U3 = Fo.S.no.N, (J) (1-21) + W4 - Công tiêu hao do ma sát giữa cấp phối với thép (sự cọ sát giữa hạt cấp phối với bàn tay trộn và với lòng máng thùng trộn)

W4 = (A1 + A2)/t (1-22)

A1 – Năng lƣợng tiêu hao do ma sát của hỗn hợp cấp phối dịch chuyển dọc máng trộn

A2 – Năng lƣợng tiêu hao do ma sát của hỗn hợp cấp phối với bàn tay trộn

+ W5: Công suất tổn hao do truyền động cơ khí từ động cơ đến trục trộn và tổn hao

do ma sát trong các ổ đỡ

W5 = 15%.(W1 + W2 + W3 + W4) (1-23) + W6: Công suất dự trữ cần thiết để khắc phục các trở lực ngẫu nhiên (do kẹt đá, do quá tải hoặc do khởi động khi có tải)

* Theo [4] đối với máy trộn cánh các loại vật liệu rời thì:

+ Số vòng quay của máy trộn cánh đƣợc tính theo công thức:

a, Khi máy làm việc gián đoạn:

p t x

V Q

+ Công suất của máy trộn cánh:

Là công suất cung cấp cho máy trộn cánh để thắng trở lực theo phương vòng và phương chiều trục được tính theo công thức:

Trong đó:

N1 – công suất để thắng trở lực do vật liệu gây ra theo phương vòng, kW;

Kết luận chương I

- Để đáp ưng được các yêu cầu kỹ thuật và thi công ngày càng chất lượng hiện nay, thì độ trộn đều (đồng đều) trong các sản phẩm vật liệu xây dựng nói chung cũng như sản phẩm vữa khô và cấp phối dải đường nói riêng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng của công trình Phương pháp trộn vữa thi công bằng tay và trộn cấp phối dải đường bằng các máy không chuyên dùng hiện có tại công trình sẽ dần được thay thế bằng các máy và thiết bị trộn chuyên dùng tiên tiến và hiện đại, sản phẩm bêtông trộn khô được sử dụng thay thế bêtông tươi chuyển đến công trình khắc phục được bị linh kết trước khi đưa đổ, cùng với đó là sự phát triển của công nghệ mới trong xây dựng thi công các công trình đập cỡ lớn và đường giao thông sử dụng bêtông đầm lăn

- Nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả nước ngoài đều quan tâm đến chuyển động của hỗn hợp hạt rời trong quá trình trộn, để từ đó xác định được chất lượng trộn, làm cơ sở cho tính toán thông số cấu tạo của máy trộn

- Các tác giả trong nước đã đưa ra được các lý thuyết hay công thức mang tính ứng dụng trong việc tính toán hay lựa chọn các thông số kỹ thuật và kích thước giúp cho việc thiết kế chế tạo ra các sản phẩm máy trộn phục vụ trong thực tiễn Các công thức thường có miền giá trị lựa chọn rộng vì vậy rất khó khăn cho người thiết kế trong việc lựa chọn tối ưu các thông số dẫn đến sự sai khác trong tính toán thông số khi ta áp dụng các phương pháp tính khác nhau

Do vậy đề tài luận văn cao học được lựa chọn là: “ Nghiên cứu ảnh hưởng

của một số thông số đến chất lượng trộn và mức tiêu thụ năng lượng của máy trộn hai trục cưỡng bức với các loại vật liệu xây dựng”

CHƯƠNG II

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRỘN HỖN HỢP VẬT LIỆU RỜI TRONG MÁY TRỘN HAI TRỤC CƯỠNG BỨC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT

ĐỒNG DẠNG - MÔ HÌNH - THỨ NGUYÊN 2.1 Nghiên cứu quy luật chuyển động của hỗn hợp vật liệu rời

2.1.1 Quy trình trộn

Trộn là một nguyên công trọng yếu trong một dây truyền sản xuất sản phẩm xây dựng mục đích của trộn là căn cứ vào yêu cầu phối trộn sẽ được trộn đều, hoặc đảm bảo cung cấp sản phẩm cuối cùng hợp quy cách

Dưới tác dụng ngoại lực các vật liệu hoà vào nhau khiến cho khối vật liệu được tách ra thành các thể tích nhỏ, mỗi loại trong quá trình trộn chiếm một tỉ lệ đều như nhau dưới tác dụng của của ngoại lực, vật liệu trộn có thể phân thành hỗn hợp trộn đối lưu, khuyếch tán hỗn hợp và cắt đứt hỗn hợp thành ba loại hình khác nhau

1 Trộn đối lưu:

Trong quá trình trộn đối lưu có rất nhiều các hạt vật liệu dịch chuyển từ nơi này đến nơi khác, vật liệu tương đối lưu động Với loại hình này, vật liệu kết hợp một cách nhanh chóng Tính chất vật liệu của vật liệu kết hợp chịu tác động của môi trường tương đối nhỏ, nhưng tác dụng của trộn là để vật liệu liên kết thành một khối Vì vậy, tính chất không đồng đều trong khối vật liệu khó bị phá hỏng, mức độ trộn đều của hỗn hợp không cao

2 Trộn khuyếch tán:

Do nhận được lực tác dụng lên và khuyếch tán, giữa hạt vật liệu này với hạt vật liệu khác có sự hấp dẫn nhau, đẩy ra hoặc hút vào, sự chuyển động không theo quy luật Tốc độ trộn dạng khuyếch tán rất chậm Tính chất vật lý của vật liệu có ảnh hưởng đến hiệu quả trộn tương đối lớn, nghĩa là vật liệu có tính chất phân tán tốt thì trộn dễ đều hơn vật liệu dính bết

Giữa các hạt vật liệu phân cánh nhau hình thành mặt cắt, giữa các hạt thông qua

sự dính kết lẫn nhau, tăng mức độ đồng đều của vật liệu

2.1.2 Nguyên lý cấu tạo của máy trộn cưỡng bức hai trục

Máy trộn cưỡng bức hai trục bao gồm các cụm chi tiết chính là vỏ thùng, hai trục mang các cánh trộn nằm ngang, cụm bánh răng đồng tốc và hệ dẫn động Khi làm việc hai trục được dẫn động từ động cơ với cùng vận tốc góc song song có chiều ngược nhau Do các cánh trộn (hoặc các cặp cánh trộn) được bố trí theo quy

luật nhất định nên vật liệu được trộn đều trong thùng

2.1.3 Chuyển động của các hạt vật liệu trong buồng trộn CBCK 2 trục

2.1.3.1 Cách bố trí các cánh trộn và bàn tay trộn trong buồng trộn

Hình 2-1 : Bố trí cánh tay trộn và bàn tay trộn trên hai trục trộn buồng

trộn cưỡng bức

Cặp trục trộn cùng với các cánh tay trộn, bàn tay trộn kết hợp với vỏ ngoài buồng trộn tạo thành các chi tiết tham gia trộn vật liệu Hiện nay, đối với các loại máy trộn thường có nhiều kiểu bố trí cánh tay trộn khác nhau Tuy nhiên, nguyên tắc trộn chủ yếu của các loại buồng trộn là dựa theo nguyên tắc máy trộn dạng vít tải cánh đứt, hải trục trộn Vật liệu trong buồng trộn sẽ được trộn đều với nhau sau quá trình di chuyển vật liệu từ đầu này đến đầu kia của buồng trộn và được đẩy sang phía trục trộn đối diện

Đối với loại buồng trộn cưỡng bức hai trục hiện nay có cách bố trí các cánh tính toán trước

Trên trộn gồm có 2 trục trộn, đặt cánh nhau một khoảng cách là a đã được tính toán trước

Trên các trục trộn có các cặp cánh tay trộn đối xứng được liên kết với nhau bằng bulông kẹp chặt qua trục trộn Các cặp cánh tay trộn và bàn tay trộn này được

bố trí cách nhau một khoảng cách là S đã tính toán trước để cho hiệu qua trộn tôi

ưu và hai cặp cánh tay trộn liền kề sẽ có phương vuông góc với nhau Vị trí tương đối giữa các cánh tay trộn trên hai trục trộn được thể hiện như trên hình vẽ, các cánh tay trộn của hai trục trộn được bố trí thẳng hàng với nhau và cũng tạo với nhau một góc 900

Trên mỗi cặp cánh tay trộn có một đôi bàn trộn, bàn tay trộn của buồng trộn cưỡng bức chu kỳ 2 trục thường có góc nghiêng 450 so với phương trục trộn Hai bàn tay trộn trên cặp cánh tay được bố trí sao cho khi quay trục trộn đi 1800 thì cánh tay trộn và bàn tay trộn phía đối diện sẽ có vị trí tương đối với trục trộn giống như cánh tay trộn và bàn tay trộn ở vị trí trước Điều đó có nghĩa là khi ta nhìn theo phương song song với cánh tay trộn thì hai bàn tay trộn vuông góc với nhau Tuỳ theo chủ ý của người thiết kế các bàn tay trộn được sắp xếp một góc 450 phù hợp với chiều đẩy vật liệu và chiều quay của trục Riêng cặp bàn tay trộn tại vị trí cuối cùng của dòng vật liệu chuyển động sẽ có cách bố trí ngược lại

2.1.3.2 Sự chuyển động của các hạt vật liệu trong buồng trộn

a) Sự chuyển động và vị trí của các bàn tay trộn trong quá trình trộn

Sự hoạt động của bàn tay trộn trong buồng trộn thể hiện qua vị trí của nó và

vị trí tương đối của nó so với các bàn tay trộn khác trong buồng trộn Để thuận tiện cho việc theo giõi vị trí của bàn tay trộn trong buồng trộn cũng như vị trí tương đối của nó đối với các bàn tay trộn khác trong buồn trộn, ta ký hiệu định vị các bàn tay