Прочность брикета на цементной связке, полученного из одинаковых материалов и правильном их соотношении, определяется плотностью брикета.

B + V„

где Ki - коэффициент, зависящий от качества материалов, условий его изготовления и твердения; Уц - расход цемента; В - расход воды; Vn - объем пор в брикете.

Смысл же зависимости прочности от В/Ц заключается в том, что последняя в значительной мере определяет плотность готового брикета. Действительно, для полной гидратации цемента необходимо 10-15% воды от веса вяжущего. Избыточная (не прореагировавшая с цементом) вода - основной источник пористости брикета. Более плотная укладка смеси способствует ускорению нарастания прочности брикета.

Опытами установлено, что уменьшение плотности на 5% снижает прочность примерно на 30%, а при пористости 10% прочность уменьшается более чем в два раза. Грубо можно считать, что изменение плотности брикета на 1% изменяет его прочность на 5%.

Вибрациями в технологии брикетирования принято называть механические колебания, имеющие частоту более одного цикла в секунду. При уплотнении смесей используются вибрации в диапазоне частот от 10 до 350 гц.

Колебания, при которых рассматриваемая точка тела не остается ни на прямой, ни в плоскости, а перемещается в некотором объеме пространства, называются объемной вибрацией.

В практике уплотнения смесей объемным вибрированием называют иногда способ формования изделий на вибростолах, поскольку при этом весь объем смеси одновременно подвергается колебаниям.

Формование включает два основных технологических процесса: смеси придается форма, а затем она уплотняется до требуемого предела, обеспечивая заданные плотность и прочность брикета. Оба этих процесса протекают одновременно и не могут быть отделены один от другого.

Качество виброуплотнения смеси зависит, с одной стороны, от ее консистенции, а с другой - от способа и режима вибрирования.

На качество смеси влияют вид цемента и тонкость его помола, форма, размеры и характер поверхности частиц заполнителя, количественные соотношения всех составляющих материалов (заполнителей, вяжущего, воды, добавок), способ и качество перемешивания, температура и влажность среды, а также время выдержки смеси до уплотнения.

Из явлений физико-химического характера большое значение при уплотнении имеет тиксотропия. Под этим термином понимают способность коллоидных растворов обратимо загустевать и соответственно разжижаться при механическом воздействии (перемешивании, встряхивании). Как известно, в процессе взаимодействия цемента с водой образуются коллоидные материалы, большая часть которых находится в виде геля. Явление тиксотропии при вибрировании смеси способствует заполнению промежутков между частицами заполнителя разжиженным цементным тестом.

Внутри вибрируемой смеси на частицы ее действуют силы внутреннего трения, сцепления, инерции, реакции формы и тяжести. Из всех этих сил лишь сила тяжести имеет стремление уплотнить смесь в определенном направлении.

Это положительное влияние еще больше увеличивается в результате того, что при распространении волн колебаний в смеси ослабляется вредное влияние сил внутреннего трения. Вследствие их уменьшения и тиксотропных свойств вибрируемая смесь приобретает некоторые свойства жидкости. Из нее выделяется воздух, который перед уплотнением занимает 10-12% объема смеси. Она может принять любую форму и создает давление на стенки формы, которое подчиняется законам гидростатики. При этом тяжелые частицы перемещаются вниз, а более легкие могут всплывать наверх.

Степень перехода смеси в жидкое состояние зависит от того, как уменьшилось внутреннее трение между частицами в результате воздействия волн колебаний, передаваемых от вибратора. Уплотнение возможно тогда, когда происходит взаимное смещение частиц и число этих смещений достаточно велико, чтобы полностью реализовать вероятность перемещений каждой из них в наиболее устойчивое положение.

Вибрация не только взаимно сближает частицы, но и способствует более равномерному распределению жидкой фазы и лучшему смачиванию зерен цемента. Она, безусловно, улучшает качество смеси, но ни в какой мере не является средством исправления тех недостатков, которые были допущены во время подготовительных операций.

После прекращения вибрирования все компоненты смеси перестают смещаться, образуя связное тело - свежеотформованный брикет.

Для эффективного уплотнения шихтовой смеси заданной консистенции необходим определенный режим колебаний (интенсивность, продол­жительность). Если они недостаточно интенсивны, то смесь не приобретает свойств жидкости и уплотнения; не будет или оно будет недостаточным. Слишком большая интенсивность и продолжительность колебаний может вызвать нарушение однородности смеси (расслоение) и ухудшить ее уплотнение. Таким образом, сущность виброуплотнения заключается в том, что шихтовой смеси сообщаются колебания необходимой интенсивности и продолжительности. Под их влиянием уменьшается внутреннее трение, и она самоуплотняется. Знание условий и законов взаимодействия ее с вибрирующим органом должно быть использовано для передачи смеси колебаний возможно большей интенсивности и равномерного распределения их в формуемом объеме. Сочетание вибрации с оптимальным давлением на смесь улучшает процесс уплотнения.

Полный эффект от вибрационного воздействия зависит от времени - продолжительности уплотнения. В начале формования смесь уплотняется быстро, затем нарастание плотности замедляется и может совсем прекратиться, если интенсивность воздействия не изменится или достигнуто максимально возможное уплотнение (рис. 9.6).

Иногда при длительном вибропрессовании подвижных и плохо подобранных по составу смесей может наступить их расслоение и качество брикетов снизится (штриховая линия на рис. 9.6)

Время, после которого плотность и прочность практически не нарастают, и соответствует оптимальной продолжительности уплотнения. При значениях ниже той величины смесь будет недоуплотнена, и следовательно, прочностные возможности ее компонентов не будут полностью использованы. Большая продолжительность формования заметного повышения прочности не дает (рис. 9.6). Это бесполезно, а иногда даже вредно (перерасход энергии, непроизводительное использование оборудования, более длительное воздействие шумов и вибраций на обслуживающий персонал).

В связи с тем, что небольшое сокращение продолжительности формования по сравнению с оптимальной сопровождается при виброуплотнении заметным снижением прочности то, чтобы избежать недоуплотнения смеси в тех случаях, когда оптимальную продолжительность установить трудно, смесь лучше «перевибрировать». Продолжительность формования всегда должна быть не меньше оптимальной.