Реферат: Технология производства силикатного кирпича

Содержание.

Введение.

Кирпич является самым древним строительным материалом. Хотя вплоть до нашего времени широчайшее распространение имел во многих странах необожженный кирпич-сырец, часто с добавлением в глину резанной соломы, применение в строительстве обожженного кирпича также восходит к глубокой древности ( постройки в Египте, 3-2-е тысячелетие до н.э. ).

В наше время более 80% всего кирпича производят предприятия круглогодичного действия, среди которых имеются крупные механизированные заводы, производительностью свыше 200млн.шт. в год.

Белгородская область является достаточно перспективной для производства силикатного кирпича, которое обосновывается не только удобным расположением сырья, но и широкие возможности реализации продукции.

В настоящее время появилось множество специальных красителей для отделки фасадов, это позволяет придать силикатному кирпичу любой цвет и оттенок. Широкое распространение получила отделка стен колотым силикатным кирпичом.

Разновидностями силикатного кирпича являются известково-шлаковый и известково-зольный кирпич. Отличаются они от обычного силикатного кирпича меньшей плотностью и лучшими теплоизоляционными свойствами. Для их приготовления вместо кварцевого песка используют шлаки или золу.

В данной курсовой работе производство силикатного кирпича будет рассматриваться на примере Белгородского комбината строительных материалов (БКСМ) или АО «Стройматериалы». Форму акционерного общества комбинат приобрёл в 1992 году. Основными видами продукции являются: кирпич силикатный, известь строительная, мел молотый, газо-силикатные блоки, газо-бетонные плиты, мастика.

Основными цехами завода являются: силикатный цех, горный цех, мелоизвестковый цех, цех технического мела, цех герметик. В качестве топлива используется природный газ, теплота сгорания которого равна 7986 ккал/м³ .

1.Определение проекта.

В данной курсовой работе рассматривается цех по производству силикатного кирпича мощностью 100.000.000 шт. усл. кир. в год. Силикатный кирпич относится к группе автоклавных вяжущих материалов. Силикатный кирпич применяют для кладки стен и столбов в гражданском и промышленном строительстве, но его нельзя применять для кладки фундаментов, печей, труб и других частей конструкций, подвергающихся воздействию высоких температур, сточных и грунтовых вод, содержащих активную углекислоту.

Силикатный кирпич является экологически чистым продуктом. По технико-экономическим показателям он значительно превосходит глиняный кирпич. На его производство затрачивается 15…18 часов, в то время как на производство глиняного кирпича - 5…6 дней и больше. В два раза снижаются трудоемкость и расход топлива, а стоимость - на 15…40%. Однако у силикатного кирпича меньше огнестойкость, химическая стойкость, морозостойкость, водостойкость, несколько больше плотность и теплопроводность. В условиях постоянного увлажнения прочность силикатного кирпича снижается. Силикатный кирпич производится нескольких размеров:

- 250*120*65мм

-

Для улучшения качества и потребительских свойств рекомендуется производить, наряду со стандартным известково-песчаным кирпичом, известково-зольный кирпич, а также различные красители.

Известково-зольный кирпич содержит 20…25% извести и 75…80% золы. Технология изготовления такая же, как и известково-песчаного кирпича. Плотность - 1400…1600 кг/м3, теплопроводность - 0,6…0,7 Вт/(м С). Кирпич используют для строительства малоэтажных зданий, а также для надстройки верхних этажей.

В качестве способа производства рекомендуется силосный способ. По сравнению с барабанным, этот способ более экономичен, а технология производства более проста. Далее в курсовом проекте будет подробнее обоснован силосный способ производства.

2.Техническая характеристика продукции.

Требования к техническим свойствам силикатного кирпича меняются в зависимости от области его применения, обычно определяемой строительными нормами, неодинаковыми в разных странах.

Прочность при сжатии и изгибе.

В зависимости от предела прочности на сжатие силикатный кирпич подразделяют на марки 75, 100, 125, 150 и 200.

Марка кирпича определяется его средним пределом прочности при сжатии, который составляет обычно 7,5 – 35 МПа. В стандартах ряда стран (Россия, Канада, США), наряду с этим, также регламентируют предел прочности кирпича при изгибе. Пустотелые камни средней плотностью 1000 и 1200 кг/м³ могут иметь марки 50 и 25. В большинстве стандартов предусмотрено определение прочности кирпича в воздушно-сухом состоянии и лишь в английском стандарте – в водонасыщенном.

В стандартах приведены средняя прочность кирпича данной марки и минимальные значения предела прочности отдельных кирпичей пробы, составляющие 75 – 80% среднего значения.

Водопоглощение – это один из важных показателей качества силикатного кирпича и является функцией его пористости, которая зависит от зернового состава смеси, ее формовочной влажности, удельного давления при уплотнении. По ГОСТ 379 – 79 водопоглощение силикатного кирпича должно быть не менее 6%.

При насыщении водой прочность силикатного кирпича снижается по сравнению с его прочностью в воздушно-сухом состоянии так же, как и у других строительных материалов, и это, снижение обусловлено теми же причинами. Коэффициент размягчения силикатного кирпича при этом зависит от его макроструктуры, от микроструктуры цементирующего вещества и составляет обычно не менее 0,8.

Влагопроводность.

Она характеризуется коэффициентом влагопроводности , который зависит от средней плотности кирпича. При р_ср. , примерно равной 1800 кг/м³ , и различной влажности имеет следующие значения:

Таблица 1.

W , %	0,9	2	5	8	11	14	16,5	18,5
*10-5 , кг\м2	0	3,6	6,9	8,7	10,2	14,5	30	73

Морозостойкость.

В нашей стране морозостойкость кирпича, особенно лицевого, является наряду с прочностью важнейшим показателем его долговечности. По ГОСТ' 379 – 79 установлены четыре марки кирпича по морозостойкости. Морозостойкость рядового кирпича должна составлять не менее 15 циклов замораживания при температуре – 15⁰ С и оттаивания в воде при температуре 15 – 20⁰ С, а лицевого – 25, 35, 50 циклов в зависимости от климатического пояса, частей и категорий зданий, в которых его применяют.

Снижение прочности после испытания на морозостойкость по сравнению с водонасыщенными контрольными образцами не должно превышать 20% для лицевого и 35% для рядового кирпича первой категории и соответственно 15 и 20% для кирпича высшей категории качества.

Требования по морозостойкости к кирпичу марок 150 и выше предъявляются только в том случае, если его применяют для облицовки зданий. При этом кирпич должен пройти 25 циклов испытаний без снижения прочности более чем на 20%. По польскому стандарту силикатный кирпич всех видов должен выдерживать не менее 20 циклов замораживания и оттаивания без признаков разрушения. В стандартах Англии, США и Канады для облицовки наружных частей зданий, подвергающихся увлажнению и замораживанию, предусматривается кирпич повышенной прочности (21 – 35 МПа), но его морозостойкость не нормируется.

Морозостойкость силикатного кирпича зависит в основном от морозостойкости цементирующего вещества, которая в свою очередь определяется его плотностью, микроструктурой и минеральным составом новообразований. По данным П. Г. Комохова, коэффициент морозостойкости цементного камня из прессованного известково-кремнеземистого вяжущего автоклавной обработки колеблется после 100 циклов от 0,86 до 0,94. При этом с увеличением удельной поверхности кварца с 1200 до 2500 см² /г коэффициент морозостойкости несколько возрастает, а при дальнейшем увеличении дисперсности кварца он снижается.

В настоящее время в связи с применением механических захватов для съема и укладки сырца в сырьевую широту стали вводить значительно большее количество дисперсных фракций для повышения его плотности и прочности. Вследствие этого в структуре вырабатываемого сейчас силикатного кирпича заметную роль играют уже микрокапилляры, в которых вода не замерзает, что значительно повышает его морозостойкость.

Морозостойкость силикатных образцов зависит от вида гидросиликатов кальция., цементирующих зёрна песка (низкоосновных, высокоосновных или их смеси). После 100 циклов испытаний коэффициент морозостойкости образцов, предварительно прошедших испытания на атмосферостойкость, равнялся для низкоосновной связки 0,81, высокоосновной – 1,26 и их смеси – 1,65.

Изучалась также морозостойкость силикатных образцов, изготовленных на основе песков различного минерального состава. Были использованы наиболее распространенные пески: мелкий кварцевый, чистый и с примесью 10% каолинитовой или монтмориллонитовой глины, полевошпатовый, смесь 50% полевошпатового и 50% мелкого кварцевого, крупный кварцевый, содержащий до 8% полевых шпатов.

Кремнеземистая часть вяжущего состояла из тех же, но размолотых пород. Соотношения между активной окисью кальция и кремнеземом в вяжущем назначали исходя из расчета получения цементирующей связки с преобладанием низко- или высокоосновных гидросиликатов кальция или их смеси. Количество вяжущего во всех случаях было постоянным. Однако, морозостойкость силикатных образцов после 100 циклов замораживания и оттаивания зависит не только от типа цементирующей связки, нои от минерального состава песка. Влияние минерального состава песка особенно сказывается при наличии связки из низкоосновных гидросиликатов кальция, когда в смесь введено 10% каолинитовой или монтмориллонитовой глины. Коэффициент морозостойкости при этом падает до 0,82. При повышении основности связки коэффициент морозостойкости составов, наоборот, повышается до 1,5, что свидетельствует о продолжающейся реакции между компонентами в процессе испытаний.

Из приведенных данных видно, что хорошо изготовленный силикатный кирпич требуемого состава является достаточно морозостойким материалом.

Атмосферостойкость.

Под атмосферостойкостью обычно понимают изменение свойств материала в результате воздействия на него комплекса факторов: переменного увлажнения и высушивания, карбонизации, замораживания и оттаивания.

Н. Н. Смирнов исследовал микроструктуру свежеизготовленных и пролежавших в кладке 10 лет образцов силикатного кирпича Кореневского, Краснопресненского, Люберецкого и Мытищинского заводов. Он установил, что в общем случае чешуйки новообразований за 10 лет частично замещаются вторичным кальцитом в результате карбонизации гидросиликатов кальция.

Гаррисон и Бесси испытывали в течение многих лет силикатный кирпич разных классов прочности, зарытый в грунт полностью или наполовину, а также лежащий в лотках с водой и на бетонных плитах, уложенных на поверхность земли. Они установили, что внешний вид кирпичей, лежавших 30 лет в земле с дренирующим и не дренирующим грунтом, мало изменился, но их поверхность размягчилась, а у кирпичей, частично зарытых в землю, открытая часть осталась без повреждений, хотя в некоторых случаях поверхность покрылась мхом.

Состояние кирпичей, находившихся 30 лет на бетонных плитах, зависело от их класса, Так, оказались без повреждений или имели незначительные повреждения 95% кирпичей класса 4 – 5 (28 – 35 МПа), 65% .кирпичей класса 3 (21 МПа) и 25% кирпичей класса 2 (14 МПа). Все кирпичи класса 1 (7 МПа) имели повреждения уже через 16 лет. Все кирпичи, лежавшие 30 лет на земле в лотках с водой, получили повреждения, и чем ниже класс кирпича, тем раньше они появлялись: у кирпичей класса 1 – через 8 лет, класса 2 – через 19 лет; класса 3 – через 22 года и для классов 4 – 5 – через 30 лет.

Прочность кирпичей, пролежавших в земле 20 лет, уменьшилась примерно, вдвое. При этом наибольшее снижение прочности наблюдалось у кирпичей, находившихся в недренирующем глинистом грунте, а наименьшее – у кирпичей, наполовину зарытых в землю (стоймя). За 20 лет в зависимости от условий пребывания в грунте карбонизировалось 70 – 80% гидросиликатов кальция, причем в основном карбонизация произошла в первые 3 года. Таким образом, даже при таких исключительно жестких испытаниях силикатный кирпич классов 3 и 4 оказался достаточно стойким.

Общеизвестно, что прочность силикатного кирпича после остывания повышается. Именно поэтому по ранее действовавшему ОСТ 5419 предусматривалось определять его прочность не ранее чем через две недели после изготовления. Были проведены испытания кирпича на образцах, отобранных от большого, числа партий (в общей сложности 3 млн. шт.). По 10 кирпичей из каждой пробы раскалывали пополам, половинки разных кирпичей складывали попарно в определенной последовательности и испытывали сразу, а остальные укладывали на стеллажи и испытывали в той же последовательности через 15 сут. При этом было установлено, что прочность кирпича за это время возросла в среднем на 10,6%, влажность его уменьшилась с 9,6 до 3,5%, а содержание свободной окиси кальция снизилось на 25% первоначального. Таким образом, повышение прочности силикатного кирпича через 15 сут. после изготовления можно объяснить совместным влиянием его высыхания и частичной карбонизации свободной извести.

Термографическими и рентгеноскопическими исследованиями установлено, что после испытания образцов в климатической камере заметных изменений в цементирующей связке не отмечается, а после карбонизации гидросиликаты кальция превращаются в 'карбонаты и гель кремнекислоты, являющиеся стойкими образованиями, цементирующими зерна песка.

Таким образом, можно считать, что силикатный кирпич, изготовленный из песков различного минерального состава с 'использованием тонкомолотого известково-кремнеземистого вяжущего, является вполне атмосферостойким материалом.

Стойкость в воде и агрессивных средах.

Стойкость силикатного кирпича определяется степенью взаимодействия цементирующего его вещества с агрессивными средами, так как кварцевый песок стоек к большинству сред. Различают газовые и жидкие среды, в которых стойкость силикатного кирпича зависит от их состава. Из этих данных следует, что силикатный кирпич нестоек против действия кислот, которые разлагают гидросиликаты и карбонаты кальция, цементирующие зерна песка, а также против содержащихся в воздухе агрессивных газов, паров и пыли при относительной влажности воздуха более 65%. Необходимо отметить, что приведенные ориентировочные данные относятся к силикатному кирпичу по ГОСТ 379 – 53, требования к качеству которого значительно ниже, чем по ГОСТ 379 – 79.

Образцы силикатного кирпича подвергали воздействию проточной и не- проточной дистиллированной и артезианской воды в течение более 2 лет. В основном коэффициент стойкости образцов падает в первые 6 мес., а затем остается без изменения. Более высокий коэффициент стойкости – у образцов, содержащих 5% молотого песка, а более низкий – у образцов, в состав которых введено 5% молотой глины. Образцы, содержащие 1,5% молотого песка, занимают промежуточное положение: их коэффициент стойкости составляет примерно 0,8, что следует признать достаточно высоким для рядового силикатного кирпича.

Аналогичные образцы подвергали воздействию сильно минерализованных грунтовых вод, содержащих комплекс солей, а также 5%-ного раствора Na₂ SO₄ и 2,5%-ного раствора MgSO₄ .

Каждые 3 мес. определяли прочность и коэффициент стойкости образцов, находившихся в различных растворах. В растворе Na₂ SO₄ прочность образцов снижается в основном в течение 9 мес., а к 12 мес. она стабилизируется и в дальнейшем не меняется. В отличие от этого прочность образцов, находившихся в растворе MgSO₄ , падает все время, и они начинают интенсивно разрушаться уже по истечении 15 мес.

Как правило, коэффициент стойкости образцов, содержащих 5% молотого песка, составляет в грунтовых водах и растворе Na₂ SO₄ примерно 0,9, содержащих 1,5% молотого песка – 0,8, тогда как у образцов, в состав которых введено 5% молотой глины, в грунтовой воде и 5%-ном растворе Na₂ SO₄ он достигает 0,7. Следовательно, образцы с молотой глиной нельзя признать достаточно стойкими к воздействию агрессивных растворов, а также мягкой и жесткой воды.

Таким образом, силикатный кирпич, в состав которого введено 5% молотого песка, обладает высокой стойкостью к минерализованным грунтовым водам, за исключением растворовMgSO₄ .

Жаростойкость.

К. Г. Дементьев, нагревавший силикатный кирпич при различной температуре в течение 6ч, установил, что до 200'С его прочность увеличивается, затем начинает постепенно падать и при 600'С достигает первоначальной. При 800'С она резко снижается вследствие разложения цементирующих кирпич гидросиликатов кальция.

Повышение прочности кирпича при его прокаливании до 200'С сопровождается увеличением содержания растворимой SiO₂ , что свидетельствует о дальнейшем протекании реакции между известью и кремнеземом.

Основываясь на данных исследований и опыте эксплуатации силикатного кирпича в дымоходах и дымовых трубах разрешается применять силикатный кирпич марки 150 для кладки дымовых каналов в стенах, в том числе от газовых приборов, для разделок, огнезащитной изоляции и облицовки; марки 150 с морозостойкостью Мрз35 – для кладки дымовых труб выше чердачного перекрытия.

Теплопроводность.

Теплопроводность сухих силикатных кирпичей и камней колеблется от 0,35 до 0,7 Вт/(м 'С) и находится в линейной зависимости от их средней плотности, практически не завися от числа и расположения пустот.

Испытания в климатической камере фрагментов стен, выложенных из силикатных кирпичей и камней различной пустотности, показали, что теплопроводность стен зависит только от плотности последних. Теплоэффективные стены получаются лишь при использовании многопустотных силикатных кирпичей и камней плотностью не выше 1450 кг/м³ и аккуратном ведении кладки (тонкий слой нежирного раствора плотностью не более 1800 кг/м³ , не заполняющего пустоты в кирпиче).

3.Оценка конкуренции и рынков сбыта продукции.

На протяжении ряда последних лет в Белгородской области наметилось стабильное повышение спроса на строительные материалы. Прежде всего, это связано с относительно благоприятным экономическим климатом области (город Белгород занял ведущее место среди городов России в социально-экономическом аспекте). Благодаря этому, повысился спрос на жильё, что привело к усиленному строительству, как многоквартирных домов, так и для одной семьи. Причём, исходя из разных факторов предпочтительнее строительство жилищных помещений именно из кирпича.

АО «стройматериалы» сбывают силикатный кирпич по всей Белгородской области, занимая около 1/3 рынка сбыта силикатного кирпича. Так как комбинат использует для производства сырьё белгородской области, транспортируя его рельсовым способом, снижая таким образом удельные затраты и себестоимость продукции, продукция завода пользуется спросом. Ёмкость рынка растет за счёт увеличения расширения строительства в областном центре.

Силикатный кирпич на основе золы ТЭС и порошкообразной извести.

Вопросам использования зол тепловых станций в производстве силикатного кирпича посвящено большое число исследований. Однако чаше всего зола рассматривалась как компонент автоклавного вяжущего или добавка (20 – 30 %) в силикатную смесь. Золы применяются в качестве кремнеземистого компонента в ячеистых бетонах, но до недавнего времени практически не использовались при изготовлении силикатного кирпича.

В УралНИИстромпроекте проведены исследования и разработана технология производства известковозольного кирпича. Сырьевыми компонентами являются золошлаковая смесь Челябинской ТЭС-2 и пыль газоочистки известеобжигательных печей Челябинского металлургического комбината.

Испытания проб пыли рукавных фильтров и циклонов показали полное соответствие ее требованиям стандарта к порошкообразной строительной извести: содержание активных СаО+МgО – 60 %, время и температура гашения – соответственно 1,5-3 мин и 78-96⁰ С. Известковая пыль характеризуется равномерным изменением объема.

Зерновой и химический составы золошлаковой смеси, пробы которой отбирались с различных горизонтов золоотвала, представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Насыпная плотность золошлаковой смеси составляет 760-1000 кг/м³ , влажность 26 – 36 %. По зерновому составу она является среднезернистой, так как содержит 73-78% зольной составляющей. Образцы зольной составлявшей в смеси с портландцементом при кипячении проявляют равномерность изменения объема.

Зависимость прочности известково-зольного сырца и кирпича от величины формовочной влажности и давления прессования (табл. 3) аналогична влиянию указанных факторов на свойства известково-песчаного кирпича. Однако оптимальная формовочная влажность исследуемой смеси составляет 10 – 14 мас. %, что вдвое превышает величину, характерную для традиционных сырьевых материалов.

Таблица 3.

Прочность сырца и кирпича возрастает пропорционально увеличению давления прессования. Темпы упрочнения сырца и роста давления прессования одинаковы. Прочность кирпича в исследованном диапазоне влажности смеси повышается медленнее, чем давление прессования.

У известково-песчаных смесей менее тесная зависимость прочности сырца от величины давления прессования. Эти отличия обусловлены, прежде всего, более развитой поверхностью частиц золошлаковой смеси, чем у кварцевого песка одинакового зернового состава. Развитая поверхность предопределяет увеличение числа контактов между частицами при уплотнении и связанное с этим повышение прочности сцепления и механического зацепления. Доля последних в прочности сырца на основе кварцевого песка составляет всего 20 – 30%. Повышение роли названных факторов в формировании прочности известково-песчаного сырца и кирпича достигается при увеличении расхода вяжущего или введении в сырьевую смесь уплотняющих либо укрупняющих добавок.

Приведенные в табл. 3 данные получены на известково-зольной смеси, содержащей 5,6 % СаО акт. Повышение содержания извести до 9,2% (СаО акт.) при влажности смеси 13,5 % и давлении прессования 30 МПа способствовало росту прочности сырца до 1,1 МПа и кирпича до 16,3 МПа.

Изучение кинетики автоклавного твердения известково-зольного кирпича показало, что он нуждается в более длительном запаривании, чем известково-песчаный кирпич. Оптимальная длительность изотермической выдержки составила в зависимости от величины давления пара в автоклаве: 8 – 9 ч при 0,8 МПа., 6 – 8 ч при 1 МПа, 4 – 6 ч при 1,2 МПа.

Образцы кирпича марок 100, 125 и 150 выдержали комплексные испытания и имеют следующие характеристики:

водопоглощение, мас. % .............................................. 18-22

марка по морозостойкости ..............................................F 25

снижение прочности при сжатии

в водонасыщенном состоянии, % .................................18-20

плотность кирпича, кг/м³ ....................................... 1400-1500

коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)..............0,4-0,46

прирост теплопроводности

на 1 мас. % влажности, Вт/(м К) ................................... 0,015

Кирпич и сырьевые компоненты успешно прошли санитарно-гигиеническую экспертизу.

Зольный кирпич пользуется спросом, что обусловлено улучшенными потребительскими свойствами (на 25-30% меньшая плотность в сравнении с традиционным силикатным кирпичом и соответственно лучшие теплозащитные свойства) и более низкой ценой кирпича. Существенное снижение себестоимости эффективного зольного кирпича достигнуто не только за счет использования дешевого техногенного сырья, но и благодаря отсутствию двух таких энергоемких технологических переделов, как обжиг извести и помол вяжущего.

Преимуществом данной технологии является также экологический эффект от применения промышленных отходов взамен природных материалов.

В следствие всего перечисленного такой кирпич является наиболее эффективным и конкурентоспособным.

4.Технологическая часть.

4.1.Сырьё и его технологическая характеристика.

4.1.1Песок.

Основным компонентом силикатного кирпича (85 – 90% по массе) является песок, поэтому заводы силикатного кирпича размещают, как правило, вблизи месторождений песка, и песчаные карьеры являются частью предприятий. Состав и свойства песка определяют во многом характер и особенности технологии силикатного кирпича.

Песок – это рыхлое скопление зерен различного минерального состава размером 0,1 – 5 мм. По происхождению пески разделяют на две группы.– природные и искусственные. Последние, в свою очередь, разделяют на отходы при дроблении горных пород (хвосты от обогащения руд, высевки щебеночных карьеров и т. п.), дробленые отходы от сжигания топлива (песок из топливных шлаков), дробленые отходы металлургии (пески из доменных и ватержакетных шлаков).

По назначению их можно подразделять на пески для бетонных и железобетонных изделий, кладочных и штукатурных растворов, силикатного кирпича. В настоящей курсовой работе освещаются лишь данные о песках для производства силикатного кирпича.

Форма и характер поверхности зерен песка.

Эти факторы имеют большое значение для формуемости силикатной смеси и прочности сырца, а также влияют на скорость реакции с известью, начинающейся во время автоклавной обработки на поверхности песчинок. По данным В. П. Батурина, И. А. Преображенского и Твенхофелла, форма зерен песка может быть окатанной (близкой к шарообразной).; полуокатанной (более волнистые очертания); полуугловатой (неправильные очертания, острые ребра и углы притуплены); угловатой (острые ребра и углы). Поверхность песчинок может быть гладкой, корродированной и регенерированной. Последняя получается при нарастании на песчинках однородного материала, например кварца на кварцевых зернах.

Гранулометрия песков.

В производстве силикатного кирпича гранулометрия песков играет важную роль, так как она в решающей степени определяет формуемость сырца из силикатных смесей. Наилучшей гранулометрией песка является та, средние зёрна размещаются между крупными, а мелкие – между средними и крупными зёрнами.

Большинство исследователей к пескам относят зёрна размером 0,05 – 2 мм. В.В. Охотин выделяет при этом две фракции: песчаные – 0,25 – 2 мм и мелкопесчаные – 0,05 – 0,25 мм. П.И. Фадеев разделяет песок по размеру зёрен на пять групп: грубые (1 – 2 мм), крупные (0,5 – 1 мм), средние (0,25 – 0,5 мм), мелкие (0,1 – 0,25 мм) и очень мелкие (0,05 – 0,1 мм).

При смешении одинаковых по массе трёх фракций песка (крупного, среднего и мелкого) с соотношением размеров их зёрен 4:2:1 получают смесь с высокой пористостью; при соотношении 16:4:1 пористость значительно уменьшается, при соотношении 64:8:1 – уменьшается ещё более сильно, при соотношении 16² :16:1 достигается наиболее плотная их упаковка.

Установлено, что оптимальная упаковка зёрен силикатной смеси (с учётом наличия в ней тонкодисперсных зёрен вяжущего) находится в пределах соотношений от 9:3:1 до 16:4:1.

Пористость песков.

Пористость рыхло насыпанных окатанных песков возрастает по мере уменьшения диаметра их фракций, а в уплотненном виде она одинакова для всех фракций, за исключением мелкой. Пористость остроугольных песков возрастает по мере уменьшения их размеров, как в рыхлом, так и в уплотненном состоянии (табл. 4).

Таблица 4.

Из табл. 5 следует, что с уменьшением крупности песков их пористость возрастает довольно значительно. Таким образом, в большинстве случаевмелкие пески (за исключением хорошо окатанных) обладают повышенной пористостью как в рыхлом, так и в уплотненном состоянии, в связи с чем при их использовании в производстве силикатного кирпича расходуют больше вяжущего.

Таблица 5.

Влажность.

В грунтах содержится вода в виде пара, гигроскопическая, пленочная, капиллярная, в твердом состоянии, кристаллизационная и химически связанная. Способность грунта удерживать в себе воду за счет молекулярных сил сцепления называют молекулярной влагоемкостью, а влажность, соответствующую максимальному смачиванию, – максимальной молекулярной влагоемкостью. Последняя возрастает по мере уменьшения размера фракций песка, что видно из табл. 6.

Таблица 6.

Влажность песка в значительной мере влияет на его объем, что необходимо учитывать при перевозке песка в железнодорожных вагонах или баржах, а также при намыве его на карты. Наибольший объём пески занимают при влажности примерно 5%.

Добыча и обработка песка

Добыча песка. Все силикатные заводы размещают обычно вблизи месторождения основного сырья – песка. Для БКСМ песок добывается в Новоольшанском карьере. Прежде чем приступить к добыче песка, место добычи – карьер – необходимо предварительно подготовить к эксплуатации. Для этого снимают вскрышные породы, т. е. верхний слой, содержащий землю, посторонние предметы, глину, органические вещества и т. п. Если толщина слоя не более 1 м, то верхний слой снимают бульдозером или скрепером с последующим транспортированием его в отвал. Если же вскрышные породы имеют большую высоту, расстояние до отвала значительное, то вскрышные работы производят экскаваторами и отвозят пустую породу рельсовым или автомобильным транспортом. Добыча песка начинается после снятия вскрышных пород и производится одноковшовыми экскаваторами, оборудованными прямой лопатой с различной емкостью ковша.

Транспортирование песка от забоя. Для перевозки песка от забоя в производственное помещение, т. е. к песочным бункерам, пользуются различным транспортом, а именно: рельсовым, автотранспортом, ленточными транспортерами и т. д.

На Белгородском комбинате используется рельсовый транспорт для перевозки сырья с карьеров.

Для перевозки песка от забоя к песочным бункерам вагонетками укладывается узкоколейный рельсовый путь. Рельсовые пути по своему устройству разделяются на постоянные и переносные; при разветвлении и для переезда с одного пути на другой устанавливают стрелочные переводы. В зависимости от принятой системы движения составов существуют следующие разновидности путей: однопутная тупиковая или кольцевая. Карьерные пути необходимо поддерживать всегда в исправном состоянии.

Основные требования к состоянию пути: балластный слой должен иметь заданную толщину и откосы; все шпалы должны быть плотно подбиты во избежание просадки пути при движении составов; путь должен быть отрихтован строго по прямой или по кривой данного радиуса без отклонений в сторону.

При рельсовом транспорте песок грузят экскаватором в большегрузные вагонетки Т-54 с опрокидывающимся кузовом, емкостью 2,5 – 3 м³ .

Из вагонеток в песочные бункера песок разгружают, опрокидывая кузов. Эта трудоемкая операция в настоящее время на ряде заводов механизирована.

При небольшом расстоянии от забоя до песочных бункеров для транспортирования песка используют ленточные транспортеры, которые представляют собой бесконечную ленту из многослойной прорезиненной ткани, надетую на два цилиндрических барабана (приводной и натяжной). Если привести во вращение один из барабанов – приводной, то лента начинает двигаться и приводит в движение второй барабан – натяжной. Под лентой устанавливают поддерживающие ролики. Чем шире транспортерная лента, тем большее количество материала она может перебросить за единицу времени. Чтобы материал не сбрасывалсясленты, устанавливается определенная скорость движения.

Обработка песка. Песок, поступающий из забоя до его употребления в производство, должен быть отсеян от посторонних примесей – камней, комочков глины, веток, металлических предметов и т. п. Эти примеси в процессе производства вызывают брак кирпича и даже поломки машин. Поэтому над песочными бункерами на БКСМ устанавливают барабанные грохоты.

4.1.2Известь.

Известь является второй составной частью сырьевой смеси, необходимой для изготовления силикатного кирпича.

Сырьём для производства извести являются карбонатные породы, содержащие не менее 95% углекислого кальция CaCO_3. К ним относятся известняк плотный, известняковый туф, известняк-ракушечник, мел, мрамор. Все эти материалы представляют собой осадочную горную породу, образовавшуюся главным образом в результате отложения на дне морских бассейнов продуктов жизнедеятельности животных организмов. На БКСМ используется мел, добываемый в карьере «Зелёная поляна».

Известняк состоит из известкового шпата – кальцита – и некоторого количества различных примесей: углекислого магния, солей железа, глины и др. От этих примесей зависит окраска известняка. Обычно он бывает белым или разных оттенков серого и желтого цвета. Если содержание глины в известняках более 20%, то они носят название мергелей. Известняки с большим содержанием углекислого магния называются доломитами.

Мергель является известково-глинистой породой, которая содержит от 30 до 65% глинистого вещества. Следовательно, наличие в нем углекислого кальция составляет всего 35 – 70%. Понятно, что мергели совершенно не пригодны для изготовления из них извести и поэтому не применяются для этой цели.

Доломиты, так же как известняки, относятся к карбонатным горным породам, состоящим из минерала доломита (СаСО₃ *МgСО₃ ). Так как содержание в них углекислого кальция менее 55%, то для обжига на известь они также непригодны. При обжиге известняка на известь употребляют только чистые известняки, не содержащие большого количества вредных примесей в виде глины, окиси магния и др.

По размерам кусков известняки для обжига на известь делятся на крупные, средние и мелкие. Размеры кусков известняка приведены в табл. 7.

Таблица 7.

Действующим ГОСТ 5331 – 55 установлены правила приемки известняков и методы их испытания. Размер партии известняка установлен в 100 т, причем остаток более 50 т считается также партией.

Содержание мелочи в известняке определяют, просеивая 1 т, породы через грохоты.

Основным вяжущим материалом для производства силикатных изделий является строительная воздушная известь. По химическому составу известь состоит из окиси кальция (СаО) с - примесью некоторого количества окиси магния (МgО).

Различают два вида извести: негашеную и гашеную; на заводах силикатного кирпича применяется негашеная известь. Технические условия на воздушную негашеную известь регламентированы ГОСТ 9179 – 59, согласно которому известь разделяется на три сорта. Требования к качеству извести изложены в табл. 8.

Таблица 8.

Технические условия на негашёную комовую известь.

При обжиге известняк под влиянием высокой температуры разлагается на углекислый газ и окись кальция и теряет 44% своего первоначального веса. После обжига известняка получается известь комовая (кипелка), имеющая серовато-белый, иногда желтоватый цвет.

При взаимодействии комовой извести с водой происходят реакции гидратации СаО+ Н₂ О = Са(ОН)₂ ; МgО+Н₂ О=Мg(ОН)₂ . Реакции гидратации окиси кальция и магния идут с выделением тепла. Комовая известь (кипелка) в процессе гидратации увеличивается в объеме и образует рыхлую, белого цвета, легкую порошкообразную массу гидрата окиси кальция Са(ОН)₂ . Для полного гашения извести необходимо добавлять к ней воды не менее 69%, т.е. на каждый килограмм негашеной извести около 700 г воды. В результате получается совершенна сухая гашеная известь (пушонка). Если гасить известь с избытком воды, получается известковое тесто.

К извести предъявляют следующие основные требования:

1) известь должна быть быстрогасящаяся, т. е. время гашения ее не должно превышать 20 мин.; применение медленногасящейся извести снижает производительность гасительных установок;

2) сумма активных окислов кальция и магния (СаО+МgО) в извести должна составлять не менее 85%;

3) содержание окиси магния в извести не должно превышать 5%, так как магнезиальная известь гасится медленно;

4) содержание недожженной извести не должно превышать 7%, так как она не активна и не влияет на твердение кирпича при запаривании, а является балластом, увеличивающим расход извести и удорожающим себестоимость готовой продукции;

5) известь не должна быть пережженной, так как в таком виде она медленно гасится и вызывает растрескивание кирпича в запарочных котлах (автоклавах).

Известь нужно хранить только в крытых складских помещениях, предохраняющих ее от воздействия влаги. Не рекомендуется длительное время хранить известь на воздухе, так как в нем всегда содержится небольшое количество влаги, которая гасит известь. Содержание в воздухе углекислого газа приводит к карбонизации извести, т. е. соединению с углекислым газом и тем самым частичному снижению ее активности.

Погасившаяся известь может быть использована для производства силикатного кирпича. Однако вследствие того, что она после гашения превращается в мелкий и очень легкий порошок (пушонку), применение ее связано с большими затруднениями: увеличиваются потери, повышается расход извести и себестоимость.

4.1.3Вода.

При производстве силикатного кирпича воду применяют на всех стадиях производства: при гашении извести, приготовлении силикатной массы, прессовании и запаривании кирпича-сырца, получении технологического пара.

Природная вода никогда не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит различные примеси, попавшие в нее из воздуха (растворенные газы, пыль, микроорганизмы). Растворенных веществ в такой воде немного и поэтому она называется мягкой. Вода, содержащая большое количество углекислых солей кальция и магния (карбонатных), называется жесткой. Применять жесткую воду в промышленных целях, например для получения технологического пара, без предварительного умягчения ее нельзя, иначе при кипении воды на стенках промышленных котлов образуется накипь, которая выводит их из строя. При снабжении котлов мягкой водой удлиняется срок их службы.

Борьба с накипью в паровых котлах осуществляется двумя способами: обработкой воды умягчением до поступления ее в паровые котлы и внутрикотловой обработкой.

Воду умягчают двумя способами: термическим и химическим. Термический способ основан на разложении карбонатной жесткости нагреванием воды до 85 – 110⁰ , при этом образуются труднорастворимые выпадающие в осадок карбонат кальция и гидроокись магния. Этот способ обычно применяется в сочетании с химическим методом. Реагентами при этом являются едкий натр и кальцинированная сода.

Внутрикотловая обработка заключается в растворении накипи соляной кислотой (5 – 7-процентным раствором), для чего через паровые котлы прокачивают раствор. Продолжительность промывки зависит от степени загрязнения (но не больше - 10 – 20 час.). По окончании кислотной промывки и после удаления кислоты котлы промывают слабым раствором щелочи.

Вода при нагревании превращается в пар; если воду нагревать в закрытом сосуде, например в котлах, то она будет испаряться с поверхности и пар будет накапливаться в пространстве над поверхностью воды до тех пор, пока между водой и образующимся из нее паром не установится динамическое равновесие, при котором в единицу времени столько же молекул воды испаряется, сколько и переходит обратно в жидкость. Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, из которой он образовался, называется насыщенным. В производстве силикатного кирпича для гашения силикатной массы и для запаривания кирпича-сырца применяется насыщенный пар, который производится в котельных.

4.2.Описание технологической схемы производства с обоснованием технологических процессов.

4.2.1Подготовка силикатной массы.

Дозировка компонентов.

Для получения сырьевой смеси (силикатной массы) требуемого качества необходимо правильно дозировать их.

Дозу извести в силикатной массе определяют не по количеству извести в ней, а по содержанию той ее активной части, которая будет участвовать в реакции твердения, т. е. окиси кальция. Поэтому норму извести устанавливают в первую очередь в зависимости от ее активности.

На каждом заводе обычно ее устанавливают опытным путем. Среднее содержание активной извести в силикатной массе равно 6 – 8%. При употреблении свежеобожженной извести без посторонних примесей и недожога количество ее может быть уменьшено; если же в извести содержится большое количество недожженного камня ипосторонних примесей, а также если известь долго хранилась на воздухе, норма ее в смеси должна быть увеличена. Как недостаточное, так и излишнее количество извести в силикатной массе влечет за собой нежелательные последствия: недостаточное содержание извести снижает прочность кирпича, повышенное содержание удорожает себестоимость, но в то же время не оказывает положительного влияния на качество. Активность извести, поступающей в производство часто изменяется; поэтому для получения массы с заданной активностью требуется часто изменять в ней количество извести. На БКСМ используется известь активностью 70 – 85%.

Практически на производстве пользуются заранее составленными таблицами, позволяющими определять дозировку извести в кг на единицу продукции (1 м³ силикатной массы или 1000 шт. кирпича) – таблица 9.

Таблица 9.

Необходимое количество песка отмеривается по объему, а известь по весу при помощи бункерных весов.

Кроме извести и песка, составной частью силикатной массы является вода, необходимая для полного гашения извести. Вода также придает массе пластичность, необходимую для прессования кирпича-сырца, и создает благоприятную среду для протекания химической реакции твердения кирпича при его запаривании.

Количество воды должно точно соответствовать норме. Недостаток воды приводит к неполному гашению извести; избыток воды, хотя и обеспечивает полное гашение, но создает не всегда допустимую влажность силикатной массы. Влага частично поступает с песком, карьерная влажность которого колеблется в зависимости от климатических условий. Количество воды, необходимое для доведения влажности силикатной массы до нужной величины, практически также можно заранее рассчитать в зависимости от карьерной влажности поступающего в производство песка и составить таблицу для определения расхода воды на единицу продукции (1000 шт. кирпича или 1 м³ силикатной массы). Количество воды (в л ), потребное для доувлажнения силикатной массы (на 1000 шт. кирпича), в зависимости от влажности песка, приведено в табл. .

Таблица 10.

Общий расход воды для получения силикатной массы требуемого качества составляет около 13% (от веса массы) и распределяется следующим образом (в%):

на гашение извести……………………………………………..2,5

на испарение при гашении……………………………………..3,5

на увлажнение массы…………………………………………...7,0

Химическая реакция гашения извести протекает по формуле:

СаО+Н² О=Са(ОН)²

Иногда для повышения прочности кирпича в силикатную массу вводят различные добавки в виде молотого песка, глины и др.

Чтобы достигнуть правильного соотношения всех составляющих компонентов, применяют специальные дозировочные приспособления. Ввиду того что приготовление силикатной массы требуемого качества является одной из наиболее важных операций в технологическом процессе производства силикатного кирпича, обязательно регулярно проверять в лабораториями ее свойства.

Определение скорости гашения извести следует производить не менее двух раз в смену; в случае удлинения времени гашения извести необходимо немедленно изменить режим гашения путем удлинения цикла приготовления силикатной массы.

Определение активности извести (содержание СаО+МgО) необходимо проводить также два раза в смену и соответственно с активностью извести изменять дозировку ее для получения нормальной силикатной массы.

Активность и влажность силикатной массы следует проверять через каждые 1 – 1,5 часа и в случае отклонения получаемых показателей от заданных немедленно изменять дозировку извести и воды.

Приготовление силикатной массы.

Известково-песчаную смесь готовят двумя способами: барабанным и силосным. На Белгородском комбинате применяется силосный способ, и это вполне обосновано.

Силосный способ приготовления массы имеет значительные экономические преимущества перед барабанным, так как при силосовании массы на гашение извести не расходуется пар. Кроме того, технология силосного способа производства значительно проще технологии барабанного способа. Подготовленные известь и песок непрерывно подаются питателями в заданном соотношении в одновальную мешалку непрерывного действия иувлажняются. Перемешанная и увлажненная масса поступает в силосы, где выдерживается от 4 до 10 час., в течение которых известь гасится.

Силос представляет собой цилиндрический сосуд из листовой стали или железобетона; высота силоса 8 – 10 м, диаметр 3,5 – 4 м. В нижней части силос имеет конусообразную форму. Силос разгружается при помощи тарельчатого питателя на ленточный транспортер, при этом происходит большоё выделение пыли. При вылеживании в силосах масса часто образует своды; причина этого – относительно высокая степень влажности массы, а также уплотнение и частичное твердение ее при вылеживании. Наиболее часто своды образуются в нижних слоях массы, у основания силоса. Для лучшей разгрузки силоса необходимо сохранять возможно меньшую влажность массы. Из опыта работы рассматриваемого завода установлено, что силосы разгружаются удовлетворительно лишь при влажности массы в 2 – 3%. Силосная масса при выгрузке более пылит, чем масса, полученная по барабанному способу; отсюда более тяжелые условия для работы обслуживающего персонала.

Перечисленные выше отрицательные моменты не полностью, но в какой-то мере устраняются механизацией разгрузки.

Работа силоса протекает следующим образом. Внутри силос разделен перегородками на три секции. Масса засыпается в одну из секций в течение 2,5 час., столько жетребуется и для разгрузки секции. К моменту заполнения силоса нижний слой успевает вылежаться в течение того же времени, т.е. около 2,5 час. Затем секция выстаивается 2,5 часа, и после этого ее разгружают. Таким образом, нижний слой гасится около 5 час. Так как разгрузка силосов происходит только снизу, а промежуток между разгрузками составляет 2,5 часа, то и все последующие слои также выдерживаются в течение 5 час. в непрерывно действующих силосах. В случае образования свода при разгрузке силоса и прекращении поступления массы на ленточный транспортер категорически запрещается рабочим находиться в силосе

Для облегчения разгрузки периодически включают вибратор, укрепленный на стенке силоса; и этим уменьшают прилипание массы к стенкам. При более серьезных зависаниях массы в силосах ее шуруют ломами через разгрузочные окна.

На БКСМ разгрузка массы из бункеров механизирована. Распределительные щетки на транспортерной ленте поднимают механическим пневмоподъемником. Над транспортерной лентой, подающей силикатную массу, установлены распределительные щетки, перемещающиеся вертикально по раме. Опускание и подъем щеток над лентой осуществляется с пульта управления, который оснащен световой сигнализацией и устройством, регулирующим подачу воздуха в пневмоцилиндры.

4.2.2.Прессование сырца

На качество кирпича и в основном на его прочность наиболее существенно влияет давление, которому подвергается силикатная масса во время прессования. В результате прессования происходит уплотнение силикатной массы. Тщательно уплотнить сырец – значит довести до минимума свободное пространство между частицами песка, сблизив их настолько, чтобы они разделялись друг от друга только тончайшим слоем вяжущего вещества. Такое сближение зерен песка при дальнейшей водо-тепловой обработке кирпича-сырца в автоклаве обеспечивает получение плотного и прочного конгломерата.

На Белгородском комбинате строительных материалов 9 прессов СМ – 816 и два пресса СМС – 152, которые работают под давлением 20 Мпа. Производительность пресса – 2680 штук условного кирпича за 1 час.

В момент прессования силикатной массы возникают силы сопротивления сжатию со стороны зерен песка, препятствующие максимальному сближению зерен. Сила трения массы о стенки формы и зерен друг о друга преодолевается путем применения давления. Поэтому давление должно распределяться равномерно по всей площади прессуемого изделия. Прессование необходимо вести только до известного предела, так как при увеличении давления выше предельного в массе появляются упругие деформации, которые исчезают после снятия давления и ведут к разрушению сырца. Поэтому нельзя повышать давление до появления деформаций.

Существенное значение имеет скорость, с которой производится давление. Так, например, ударное быстрое приложение усилия вызывает не уплотнение, а разрушение структуры изделия. Поэтому для преодоления внутренних сил трения давление должно прикладываться плавно с постепенным увеличением. Рабочее давление в прессах применяется равным 150 – 200 кг/см² .

На нормальную работу пресса, а следовательно, на получение кирпича хорошего качества большое влияние оказывает содержание влаги в силикатной массе. В оптимальных условиях прессования кирпича влажность массы должна составлять б – 7% от веса сухого вещества и постоянно контролироваться. Увеличение влажности выше оптимальной не дает возможности спрессовать сырец, снять его со стола пресса и уложить на вагонетку; уменьшение влажности приводит к тому, что спрессованный сырец трудно снять со стола пресса: он разламывается под действием собственного веса. Кроме того, недостаточное содержание влаги в сырце лишает известь необходимой пластичности, обеспечивающей связь между отдельными зернами песка.

Процесс прессования кирпича складывается из следующих основных операций: наполнения прессовых коробок массой, прессования сырца, выталкивания сырца на поверхность стола, снятия сырца со стола, укладки сырца на запарочные вагонетки.

Силикатная масса, приготовленная в силосах, передается при помощи транспортерной ленты в бункер над пресс-мешалкой пресса. Подача массы в пресс-мешалку должна так регулироваться, чтобы она занимала примерно ³ /₄ объема пресс-мешалки. Если поступающая масса имеет более низкую влажность, чем требуется, доувлажнение ее производится в пресс-мешалке, вокруг стенок которой укладывается водопроводная труба с мелкими отверстиями по ее длине, направленными вниз.

Сила струи поступающей по трубке воды регулируется прессовщиком при помощи вентиля. Увлажненная масса ножами пресс-мешалки при вращении их подается в прессовые коробки через отверстия в дне пресс-мешалки. При повороте стола пресса коробки, наполненные массой, перемещаются на определенный угол и занимают положение между прессующим поршнем и верхней стороной плитки контрштампа. Под давлением поршень постепенно поднимается и производится прессование сырца.

В момент прессования стол пресса останавливается, а ножи пресс-мешалки вращаются и заполняют массой следующую пару прессовых коробок. После прессования стол пресса поворачивается так, чтобы штампы пресса вместе с сырцом подошли к выталкивающему поршню. Сырец выталкивается поршнем в вертикальном направлении; верхняя пластина штампа при выталкивании выходит из прессовых коробок на 3 – 5 мм выше уровня стола. Затем выталкивающий поршень опускается вниз в первоначальное положение. После снятия пары кирпичей двумя съемщиками-прессовщиками стол поворачивается и штампы подводятся под механическую щетку для очистки.

Верхние пластины очищаются от налипшей массы, штампы опускаются на величину наполнения прессовых коробок и цикл начинается снова.

Силикатный кирпич по размерам должен отвечать требованиям ГОСТ 379 – 53; в случае отклонения от установленных размеров сырец считается браком.

Плотность прессования сырца достигается исключительно изменением величины наполнения прессовых коробок: чем больше высота наполнения, тем выше плотность сырца и, наоборот, чем меньше высота наполнения коробок, тем ниже плотность сырца. Во время прессования необходимо следить за тем, чтобы сырец получался одинаковой плотности; для этого нужно поддерживать высоту наполнения прессовых коробок одинаковой. Ножи пресс-мешалки должны быть закреплены от дна и стенок на одинаковом расстоянии.

После прессования полученные кирпичи автоматом-укладчиком укладываются на вагонетки, которые транспортируются в автоклавы, где производится тепло-влажная обработка кирпича.

4.2.3.Процесс автоклавной обработки

Для придания необходимой прочности силикатному кирпичу его обрабатывают насыщенным паром; при этом температурное воздействие сочетается с обязательным наличием в кирпиче-сырце водной среды, которая благоприятствует протеканию реакции образования цементирующих веществ с максимальной интенсивностью. Насыщенный пар используется с температурой 175⁰ при соответствующем такой температуре давлении в 8 атм.

Автоклав представляет собой трубу длиной 19м и диаметром 2м, вместимостью 12 вагонеток (V=5965 м³ ). Режим работы автоклава:

- 1,5 час. – подъём пара,

- 5-6 час. – выдержка,

- 1-1,5 час. – спуск пара.

В процессе автоклавной обработки, т. е. запаривания кирпича-сырца, различают три стадии.

Первая стадия начинается с момента впуска пара в автоклав и заканчивается при наступлении равенства температур теплоносителя (пара) и обрабатываемых изделий.

Вторая стадия характеризуется постоянством температуры и давления в автоклаве. В это время получают максимальное развитие все те физико-химические процессы, которые способствуют образованию гидросиликата кальция, а следовательно, и твердению обрабатываемых изделий.

Третья стадия начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий в автоклаве до момента выгрузки из него готового кирпича.

В первой стадии запаривания насыщенный пар с температурой 175⁰ под давлением 8 атм. впускают в автоклав с сырцом. При этом пар начинает охлаждаться и конденсироваться на кирпиче-сырце и стенках автоклава. После подъема давления пар начинает проникать в мельчайшие поры кирпича и превращается в воду. Следовательно, к воде, введенной при изготовлении силикатной массы, присоединяется вода от конденсации пара. Образовавшийся в порах конденсат растворяет присутствующий в сырце гидрат окиси кальция и другие растворимые вещества, входящие в сырец. Известно, что упругость пара растворов ниже упругости пара чистых растворителей. Поэтому притекающий в автоклав водяной пар будет конденсироваться над растворами извести, стремясь понизить их концентрацию; это дополнительно увлажняет сырец в процессе запаривания. И третьей причиной конденсации пара в порах сырца являются капиллярные свойства материала.

Роль пара при запаривании сводится только к сохранению воды в сырце в условиях высоких температур. При отсутствии пара происходило бы немедленное испарение. воды, а следовательно, высыхание материала и полное прекращение реакции образования цементирующего вещества – гидросиликата.

С того момента, как в автоклаве будет достигнута наивысшая температура, т. е. 170 – 200⁰ , наступает вторая стадия запаривания. В это время максимальное развитие получают химические ифизические реакции, которые ведут к образованию монолита. К этому моменту поры сырца заполнены водным раствором гидрата окиси кальция Са(ОН)₂ , непосредственно сопри- касающимся с кремнеземом SiO₂ песка,

Наличие водной среды и высокой температуры вызывает на поверхности песчинок некоторое растворение кремнезема, образовавшийся раствор вступает в химическую реакцию с образовавшимся в течение первой стадии запаривания водным раствором гидрата окиси кальция и в результате получаются новые вещества – гидросиликаты кальция:

Сначала гидросиликаты находятся в коллоидальном (желеобразном) состоянии, но постепенно выкристаллизовываются и, превращаясь в твердые кристаллы, сращивают песчинки между собой. Кроме того, из насыщенного водного раствора гидрат окиси кальция также выпадает в виде кристаллов и своим процессом кристаллизации участвует в сращивании песчинок.

Таким образом, во второй стадии запаривания образование гидросиликатов кальция и перекристаллизация их и гидрата окиси кальция вызывают постепенное твердение кирпича-сырца.

Третья стадия запаривания протекает с момента прекращения доступа пара в автоклав, т. е. начинается падение температуры в автоклаве, быстрое или медленное в зависимости от изоляции стенок автоклава и наличия перепуска пара. Происходит снижение температуры изделия и обеднение его водой, т. е. вода испаряется и повышается концентрация раствора, находящегося в порах. С повышением концентрации гидрата окиси кальция и снижением температуры цементирующего вещества силикаты кальция становятся более основными, и это продолжается до тех пор, пока кирпич не будет выгружен из автоклава. В результате усиливается твердение гидросиликатов кальция и, следовательно, повышается прочность силикатного кирпича. Одновременно пленки цементирующего вещества сильней обогащаются выпадающим из раствора гидратом окиси кальция.

Механическая прочность силикатного кирпича, выгруженного из автоклава, ниже той, которую он приобретает при последующем выдерживании его на воздухе. Это объясняется происходящей карбонизацией гидрата окиси кальция за счет углекислоты воздуха по формуле

Са(ОН)₂ +СаСО₂ =СаСО₃ +Н₂ О

Таким образом, полный технологический цикл запаривания кирпича в автоклаве состоит из операций очистки и загрузки автоклава, закрывания и закрепления крышек, перепуска пара; впуска острого пара, выдержки под давлением, второго перепуска, выпуска пара в атмосферу, открывания крышек и выгрузки автоклава. Совокупность всех перечисленных операций составляет цикл работы автоклава, который равен 10 – 13 час.

Запаривание кирпича в автоклавах требует строгого соблюдения температурного режима: равномерного нагревания, выдержки под давлением и такого жеравномерного охлаждения. Нарушение температурного режима приводит к браку.

Для контроля за режимом запаривания на автоклавах установлены манометры и самопишущие дифманометры, снабженные часовым механизмом, записывающим на барограмме полныйцикл запаривания кирпича.

Из автоклава силикатный кирпич поступает на склад.

4.3 Выбор режима работы предприятия и план производства продукции.

Режим работы предприятия определяется характером протекания производственных процессов. Предприятие по производству силикатного кирпича характеризуется непрерывным производственным процессом. Таким образом, при выборе режима работы предприятия необходимо руководствуются следующими параметрами:

-эффективный фонд времени (Тэф.) составляет 365 дней

-число часов работы в смену (Тсм.) принимают 8

-проектная годовая мощность предприятия равная 100000000 шт.усл. кирпича

Необходимое количество смен в сутки можно рассчитать по формуле:

,

Q – проектная мощность предприятия,

q – часовая производительность производства.

Часовая производительность равна:

Таким образом, количество смен в сутки составит:

Годовой план производства продукции определяется проектной мощностью предприятия, а выпуск её на рынок сбыта в течении года может быть распределён поквартально, что наиболее удобно для силикатного кирпича. Намечаемый объём выпуска продукции показан в таблице 11.

Таблица 11.

Намечаемый объём выпуска продукции.

4.4 Расчёт потребности сырья и материалов.

Потребность сырья и материалов рассчитывается из следующих параметров:

Исходная активность извести = 70%. Содержание извести в вяжущем = 80%. В этом случае, активность полученного вяжущего составит:

На 1т сухой известково-песчаной смеси для получения её активности необходимо взять 80*0,56 = 44,8 кг ИПВ и 955,2 кг песка.

Потребность сырья на 1000 шт. усл. кирпича.

1. Потребность песка:

0,9552*4,3 = 4,1т

С учётом 5%-ной карьерной влажности потребность песка составит:

4,1*1,05= 4,305т

2. ИПВ:

0,384*4,3= 1,6512

из них: -извести 1,6512*0,8=1,32096т

-песка 1,6512*0,2=0,33024т

Таким образом, общее количество песка составит:

4,305+0,33024=4,63524т

С учётом 3% потерь смеси в процессе производства количество компонентов составит:

Þ Песок – 4,63524*1,03=4,8т

Þ Извести – 1,3296*1,03=1,4т

При проектной мощности 100 млн. шт. усл. кирпича потребность сырья составит:

Þ Песок – 4,8*100=480 тыс. т в год;

Þ Известь – 1,4*100=140 тыс. т в год

Таблица 12.

4.5 Выбор и расчёт складов сырья и готовой продукции.

1. Слад песка.

Тип склада открытый. С учётом месячного запаса сырья, высоты слоя складирования и насыпной плотности, общая площадь склада составит:

2. Склад извести.

Известь хранится в приёмных бункерах V=6 м³ . Насыпная плотность комовой извести = 1600 кг/м³ . Таким образом, рассчитаем необходимое количество бункеров:

3. Склад кирпича.

Кирпич хранится пакетами (клетками). Склад рассчитан на хранение готовой продукции в течение 1 недели от месячного объёма производства. Тогда запас продукции составит:

8333333:3=2777778 шт. усл. кирпича.

В одном штабеле 672 кирпича, и он занимает 1,8 м² . Таким образом, всего штабелей понадобится:

2777778:672=4134 штабелей

Исходя из полученных данных, можно рассчитать площадь склада кирпича:

5. Механическая часть.

Расчёт основного технологического оборудования.

Основой расчёта технологического оборудования является проектная мощность предприятия (100 млн.шт.усл.кир.), режим его работы (непрерывный), продолжительность технологического цикла и часовая производительность агрегата.

Расчёт необходимого числа единиц (n) оборудования производят по формуле:

,

Рn – требуемая часовая производительность предприятия,

Рч – часовая производительность выбранного агрегата,

К – нормативный коэффициент использования оборудования во времени (0,8)

Расчёт необходимого числа единиц оборудования:

1. Шаровые мельницы.

2. Силосы.

3. Прессы.

4. Автоклавы.

Данные о технологическом оборудовании сведены в таблице 13.

Таблица 13.

Перечень технологического оборудования.

6.Контроль производственного процесса и качества готовой продукции.

Дробление извести. Проверяют один раз в смену путем рассева пробы дробленой извести на ситах с отверстиями 5, 10, 20 и 30 мм. При измельчении в молотковой дробилке вся известь должна проходить сквозь сито с отверстиями 10 мм, а остаток на сите с отверстиями 5 мм не должен превышать 25%. Если на заводе используют щековые дробилки, то вся дробленая известь должна проходить сквозь сито с отверстиями 30 мм, а остатки на остальных ситах должны быть соответственно не более 50, 30 и 20%.

Шихтовка песков . Эту операцию контролируют в начале каждой смены. В том случае, если крупность песков отличается не более чем в три раза, их шихтовку следует прекратить, так как при этом пористость песков увеличится, что приведет к перерасходу вяжущего.

При грубой шихтовке песков в карьере проверяют, в какой пропорции загружают вагонетки или автосамосвалы песками различной крупности в каждом забое. При наличии нескольких приемных бункеров для разных фракций песка необходимо проверять заданную пропорцию песков в шихте по количеству питателей одинаковой производительности, одновременно выгружающих пески различной крупности. Если жеподача разных песков осуществляется только из двух бункеров, то. в этом случае проверяют количество песка, выдаваемого каждым питателем, общеизвестными приемами по скорости движения ленты питателя и площади сечения лежащего на ней песка с учетом его насыпной плотности.

Отсев включений из песка . В начале каждой смены проверяют состояние сит на грохотах, так как при разрыве сит крупные включения могут попадать в просеянный песок, а при замазывании – песок может поступать в отсев.

Дозирование компонентов вяжущего . Проверяют ежесменно положение шиберов или отсекающих ножей при использовании объемных питателей и показания регистрирующих приборов при использовании весовых дозаторов. Не реже раза в неделю производят контрольные взвешивания порций компонентов, выдаваемых питателями и дозаторами за определенный промежуток времени (например, за 15 – 20 с).

Тонкость помола вяжущего . Контролируют не реже одного раза в смену путем просева пробы на механическом приборе для просеивания цемента. Остаток на сите с сеткой №021 не должен превышать 2%, а на сите с сеткой №008 – 10%. Удельная поверхность вяжущего должна быть не менее 4000 см² /г.

Дозирование компонентов силикатной смеси . Эту операцию проверяют в начале каждой смены аналогично контролю дозирования компонентов вяжущего.

Приготовление смеси . Контролируют увлажнение компонентов, их пароподогрев (в случае его применения) и содержание активной окиси кальция в смеси не реже трех раз в смену. Однородность смеси определяют один раз в неделю путем последовательного отбора за 10 с в стеклянные бюксы с притертыми крышками не менее 15 проб смеси, выходящей из смесителя, и определения содержания в них влаги и активной окиси кальция. Для определения активности следует брать навеску смеси 7 г, так как, при этом получаются наиболее правильные результаты. Затем известными способами подсчитывают коэффициент вариации влажности и активности смеси, который должен быть не выше 0,1. В случае его превышения необходима тщательная регулировка работы дозаторов, проверка состояния лопастей смесителей и частоты вращения их валов.

Гашение смеси . Проверяют температуру поступающей в силосы или реакторы и выходящей из них смеси три раза в смену и степень погашенности извести один раз в смену. Степень погашенности определяют по пробе массой 100 г, помещенной в сосуд Дьюара, непосредственно на месте отбора, сравнивая кривую остывания пробы с тарировочной кривой остывания сосуда Дьюара при одинаковой их начальной температуре. В том случае, когда кривая остывания пробы расположена выше тарировочной кривой, необходимо увеличить сроки гашения смеси.

Обработка гашеной смеси . Проверяют не реже трех раз в смену зерновой состав и влажность гашеной смеси до и после обработки, Визуально под бинокулярной лупой определяют один раз в смену, из чего состоят отсеянные комочки: из скоплений частиц извести, глины, дисперсного кремнезема или же из окатышей хорошо промешанной однородной смеси компонентов. При наличии в смеси отдельных комочков извести, глины и других дисперсных материалов следует проверить правильность и равномерность питания стержневых смесителей, а в случае обработки и доувлажнения смеси в лопастных смесителях – также состояние лопастей и частоту их вращения.

Формование и укладка сырца на вагонетки . Необходимо не реже одного раза в смену определять на циферблатных весах массу сырца, сформованного в различных гнездах стола каждого пресса, внешний вид и прочность сырца, наличие в нем дефектов, возникающих при формовании и укладке автоматами на запарочные вагонетки, а также состояние поверхности платформ вагонеток.

Транспортирование сырца и загрузка его в автоклавы . Следует ежесменно проверять состояние откаточных путей и стыков, загрязненность рельсов просыпью, плавность заталкивания запарочных вагонеток в автоклавы, закрывание крышек проходных автоклавов с выгрузочного конца сразу после выкатки состава запаренного кирпича во избежание охлаждения и подсушки загружаемого сырца.

Автоклавная обработка. Ежесменно контролируют правильность проведения заданного режима запаривания сырца по диаграммам на контрольных приборах или же при наличии программных регуляторов по их записям. Одновременно проверяют запись давления пара в магистральном паропроводе, которое должно превышать по крайней мере на 0,05 МПа заданное давление в автоклавах. Необходимо регулярно следить за выпуском воздуха из автоклавов в начале запаривания.

Контроль качества готовой продукции. Качество запаренного силикатного кирпича и камней определяется по ГОСТ 379-79 для каждой партии изделий, равной вместимости одного автоклава, по внешнему виду, размером (250*120*88мм), испытанию на прочность при изгибе и сжатии, причём последние испытание помогает определить марку кирпича. Силикатный кирпич также испытывается на водопоглощение и морозостойкость (25 циклов).

Основные параметры контроля сведены в таблице 11.

Таблица 11.

Контроль производства и качества силикатного кирпича.

7.Мероприятия по охране окружающей среды.

Одним из факторов, отрицательно влияющих на морально-психологическое состояние людей, стала в последнее время радиоэкология окружающей среды, в том числе и строительных объектов промышленного и гражданского назначения. Каждый житель нашей страны в среднем получает ежегодно дозу около 5 мЗв (1Зв=100 бэр) на все тело за счет природной радиации и медицинской диагностики.

Эффективные эквивалентные радиационные дозы облучения, получаемые населением от строительных материалов и конструкций, наиболее высоки и составляют 56 – 65%, в том числе: гамма-излучение (30 – 35%) и радиоактивные газы (26 – 30%).

Учитывая неравномерность распределения естественных радионуклидов (от 7 до 4700 Бк/кг) в горных породах и минералах, используемых для производства строительных материалов, возникает необходимость регионального исследования на радиоактивность строительных материалов, изделий и конструкций и составления четкой и полной картины о вкладе их в эффективную эквивалентную дозу облучения.

В районах с нормальным естественным радиационным фоном основной вклад в радиоактивность строительных материалов и изделий вносят природные источники и в первую очередь естественные радионуклиды – ^238,235 U , ⁴⁰ K , ²²⁶ Ra и ²³² Th .

Представляется актуальным создание эффективной системы радиационного контроля и принятия неотложных мер по обеспечению радиационной безопасности человека с учетом снижения риска при возникновении нарушений дейстующих норм на всех этапах технологического процесса производства – от карьера до выпуска готовой продукции. Как только минеральное сырье извлечено из недр и пущено в технологический процесс, источник излучения из природного превращается в антропогенный.

Силикатный кирпич, соответствующий ГОСТ 379 – 95 «Кирпич и камни силикатные», является одним из основных видов строительных материалов в жилищном строительстве. В связи с этим проведены исследования радиационной безопасности представительных проб на основных технологических переделах производства полнотелого утолщенного силикатного кирпича марки 150, производства крупнейшего в Белгородской области АО «Стройматериалы».

Общую радиоактивность и удельную эффективную активность радиоизотопов тория, радия, калия и цезия определяли гамма-спектрометрическим методом как в исходном сырье, так и на основных технологических переделах, включая готовую продукцию. Измерения проводили в аккредитованной в Госстандарте РФ лаборатории радиационного контроля («Спектр») при Бел ГТАСМ.

Более 50% заводов силикатного кирпича в стране располагают собственными известково-обжигательными цехами, сырьем для которых служат карбонатные породы. АО «Стройматериалы» в качестве карбонатного сырья использует мел Белгородского месторождения. Меловые породы Белгородского месторождения относятся к верхнемеловому возрасту. В геологическом строении месторождения принимают участие меловые, палеогенные и четвертичные отложения. Форменный состав мела – это коколиты, фораминеферы, призмы иноцерамов и порошковый кальцит. Мел отличается повышенной степенью чистоты. В меловой породе встречаются лишь отдельные пятна, окрашенные гидроокислами железа. Высокое качество мела подтверждается его химическим составом, который свидетельствует о преимущественном содержании кальцита СаСО₃ .

Присутствующие в небольшом количестве карбонаты магния образуют рассеянные в основной массе мела кристаллы магнезиального кальцита, доломита и сидерита. Некарбонатная часть представлена глинистыми минералами, силикатами, окислами железа, калия, титана, соединениями марганца и фосфора.

Рисунок 1.

Технологическая карта радиационного мониторинга производства силикатного кирпича. *

Знание закономерностей распределения радионуклидов в меловых отложениях и песке необходимо не только для оценки геохимического поведения их в природе, но и весьма важно для обеспечения радиационной и экологической безопасности при производстве извести и силикатного кирпича.

Анализ содержания радионуклидов и обшей удельной эффективной активности показывает, что относительный вклад радионуклида АК в суммарную гамма-активность песка, мела, извести и готового силикатного кирпича составляет соответственно 47; 0,6; 17 и 26 %.

Природный мел практически не сорбирует ²³² Th , однако он содержится в готовом изделии (силикатном кирпиче) за счет введения песка, в котором активность по торию составляет 5 Бк/кг. При декантировании песка водой содержание тория в нем резко снижается.

По технологическому циклу при производстве извести пыль из пылеосадительной камеры возвращается во вращающуюся печь. Это приводит к увеличению активности ²²⁶ Ra в силикатном кирпиче. В связи с тем, что радий является источником выделения радиоактивного газа радона при его распаде, возникает вопрос о целесообразности возвращения пыли во вращающуюся печь из пылеосадительной камеры.

Полученные системные анализы на радиационное качество карьерных материалов, извести и готового силикатного кирпича согласно требованию ГОСТ 30108 – 94 «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов» свидетельствуют о том, что меловые отложения Белгородского месторождения, а также песок Нижне-Ольшанского месторождения, известь и силикатный кирпич относятся к низкорадиоактивным объектам и соответствуют первому классу радиационной безопасности, пригодны во всех видах строительства. Однако в сложившейся практике радиационный мониторинг в условиях действующего производства обеспечивается только на стадиях 1; 3 и 9 (см. рисунок 1).

Выполнение комплексного и системного радиационного мониторинга горного сырья, а также на всех технологических стадиях производства извести и силикатного кирпича, принятие ряда технических решений по использованию пылевидных известковых фракций позволят существенно снизить - радиационный уровень силикатного кирпича, а следовательно, и общего радиационного фона в жилых и промышленных зданиях и сооружениях.

Заключение.

В заключение, о проделанной работе можно совершенно точно сказать, что предложенный способ производства – силосный – силикатного кирпича, был выбран вполне обоснованно и является на данный момент наиболее эффективным.

Силосный способ имеет значительные экономические преимущества, так как при силосовании массы на гашение извести не расходуется пар. Кроме того, технология силосного способа производства значительно проще технологии барабанного способа. Подготовленные известь и песок непрерывно подаются питателями в заданном соотношении в одновальную мешалку непрерывного действия иувлажняются. Таким образом, происходит уменьшение как финансовых затрат, так и временных. Последние в свою очередь неизбежно влекут за собой экономию денежных средств. Кроме того, увеличивается производительность завода.

Белгородский рынок является весьма перспективным для производства силикатного кирпича. Сейчас создаются проекты строительства новых жилых районов, которые потребуют большого количества строительных материалов. Кроме того, уже сегодня ведётся обширное строительство как в совершенно новых районах города, так и в уже достаточно обжитых.

Однако не только белгородские предприятия являются потребителями силикатного кирпича. Кирпич может успешно сбываться по всей области.

Но дело не только в достаточном количестве потребителей. Производство силикатного кирпича в Белгородской области является целесообразным с точки зрения расположения сырья. По средствам этого фактора в значительной мере снижаются затраты, связанные с транспортировкой и доставкой сырья.

Таким образом, достигается экономия на единицу продукции.

Более того эффективно производить известково-зольный силикатный кирпич.

Данный кирпич имеет ряд преимуществ. Существенное снижение себестоимости эффективного зольного кирпича достигнуто не только за счет использования дешевого техногенного сырья, но и благодаря отсутствию двух таких энергоемких технологических переделов, как обжиг извести и помол вяжущего.

Преимуществом данной технологии является также экологический эффект от применения промышленных отходов взамен природных материалов.

С точки зрения социально-этического маркетинга, силикатный кирпич является прогрессивным строительным материалом. А при использовании предложенного способа производства, снижаются не только экономические затраты, но и растут его социально-этические свойства, такие как достигаемый экологический эффект и облегчение труда рабочих.

Применение данной технологии позволит расширить рынки сбыта силикатного кирпича, повысив, таким образом, рентабельность производства.

Список литературы.

1. Боженов П.И. Технология автоклавных материалов. – С.-П., 1978.

2. Вахнин М.П., А.А. Анищенко Производство силикатного кирпича. – М.,1989

3. Воробьёв В.А. Строительные материалы. – М., 1979

4. Воронин В.П., Заровнятных В.А. Эффективный силикатный кирпич на основе золы ТЭС и порошкообразной извести/ Строительные материалы, №8 – М., 2000.

5. Гвоздарев И.П. Производство силикатного кирпича – М., 1951.

6. Митрохина М.М., Хвостенков С.И. Использование отходов ТЭС в производстве силикатного кирпича. – М., !977.

7. Павленко В.И., Тушева И.С. Радиационный мониторинг производства извести и силикатного кирпича/ Строительные материалы, №4 – М., 2001.

8. Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича. – М., 1982.

* Цифры указывают участки радиационных замеров.