Силикатный кирпич. 3
Введение
Сегодня большая часть промышленных, гражданских и социально-культурных объектов Восточно-Казахстанской области Республики Казахстан построены из силикатного кирпича, значительная часть продукции отправляется в другие области Казахстана и регионы России.
При огромных масштабах промышленного, жилищного и культурно-бытового строительства в нашей стране, развитие промышленности строительных материалов является одним из важнейших условий создания материально-технической базы. Значительная роль при этом принадлежит предприятиям, изготавливающим глиняный и силикатный кирпич. Силикатный кирпич - широко распространенный стеновой материал, представляющий собой искусственный камень, получаемый из смеси кварцевого песка и извести путем прессования и последующего твердения в автоклаве под действием пара высокого давления. Он отличается сравнительной износостойкостью и хорошими строительными качествами: правильной формой, точными размерами и необходимой прочностью. Производство силикатного кирпича имеет ряд преимуществ по сравнению с производством глиняного кирпича. Оно характеризуется более высокой степенью механизации, компактностью технологического оборудования, коротким циклом производства, сравнительно небольшим расходом топлива.
Заводы силикатного кирпича - это высокомеханизированные предприятия. Повышение эффективности работы силикатных заводов обеспечивается на базе широкого использования достижений науки и техники и достигается путем сокращения производственного цикла, снижения трудовых затрат, существенного улучшения качества выпускаемой
В условиях постоянного увлажнения прочность силикатного кирпича снижается. Несомненный плюс силикатного кирпича перед керамическим состоит в его повышенных звукоизоляционных характеристиках, что является немаловажным при возведении межквартирных или межкомнатных стен.
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.
В данной курсовой работе рассматривается цех по производству силикатного кирпича мощностью 17 млн. шт. усл. кир. в год. Силикатный кирпич относится к группе автоклавных вяжущих материалов. 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.
1 Основные свойства готовой продукции, сырья и вспомогательных материалов
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*65 мм
-250*120*88 мм, и других видов.
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.
Силикатный кирпич не уступает керамическому при строительстве зданий и сооружений, а по некоторым и превосходит его:
обладает высокой морозостойкостью;
обладает высокими противопожарными свойствами;
относится к группе несгораемых материалов;
поддерживает комфортный температурно-влажностный режим за счет «дышащих» стен;
Удобен в работе, т. к. обладает хорошими геометрическими формами.
Силикатный кирпич обладает хорошими эстетическими свойствами – он может применяться в качестве облицовочного, внося разнообразие в архитектуру наших городов и поселков.
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.
По назначению кирпич и камни разделяют на рядовые и лицевые, по видам изготовления – на пустотелые, пористые (с пористым заполнителем), пористо-пустотелые и полнотелые. Лицевые кирпичи и камни могут быть неокрашенными и цветными – окрашенными в массе или с поверхностной отделкой лицевой грани. По теплотехническим показателям и плотности в сухом виде кирпич и камни делят па три группы: эффективные – кирпич средней плотностью не более 1400 кг/м3 камни не более 1450 кг/м3 и теплопроводностью до 0,46 Вт/(м*К) (0,4 ккал/м*ч°С); условно эффективные – кирпич средней плотностью 1401–1650 кг/м3, камни средней плотностью 1451–1650 кг/м3 и теплопроводностью до 0,58 Вт/ /(м*К) (0,5 ккал/м* ч°С); обыкновенный силикатный кирпич плотностью свыше 1650 кг/м3 и теплопроводностью до 0,7 Вт/ (м • К) (0,6 ккал/м*ч °С).
Для силикатного кирпича и камня существуют следующие марки по прочности: 300, 250, 200, 150, 125, 100 и 75. Лицевые изделия должны иметь марки: кирпич не менее 125 и камни не менее 100. По морозостойкости кирпич и камни подразделяют на марки: Мрз 50, Мрз 35, Мрз 25 и Мрз 15. Морозостойкость лицевых изделий должна быть не ниже 25. Более одной трещины на рядовом кирпиче и камне, пересекающей два смежных ребра одной ложковой грани и протяженностью до 40 мм по постелям, не допускается. Изделий с такими трещинами в партии не должно быть более 10%. В партии лицевых изделии должно быть половинок не более двух, а в партии рядовых – не более 3%. Общее число отбитостей, в партии должно быть не более 5%. Потеря прочности образцов кирпича и камней при сжатии после испытания их на морозостойкость не должны быть более 25% для рядовых изделий и 20% для лицевых. Водопоглощение – кирпича и камня 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.
По ГОСТ 379-10 установлены четыре марки кирпича по морозостойкости. Морозостойкость рядового кирпича должна составлять не менее 15 циклов замораживания при температуре – 150С и оттаивания в воде при температуре 15 – 20 0С, а лицевого – 25, 35, 50 циклов в зависимости от климатического пояса, частей и категорий зданий, в которых его применяют [2].
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.
Под атмосферостойкостью обычно понимают изменение свойств материала в результате воздействия на него комплекса факторов: переменного увлажнения и высушивания, карбонизации, замораживания и оттаивания.
Стойкость силикатного кирпича определяется степенью взаимодействия цементирующего его вещества с агрессивными средами, так как кварцевый песок стоек к большинству сред. 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%. По итогам исследований , можно сказать,что силикатный кирпич, в состав которого введено 5% молотого песка, обладает высокой стойкостью к минерализованным грунтовым водам, за исключением растворов MgSO4.
При возведении и эксплуатации зданий важное значение имеет усадка силикатного кирпича, поэтому в некоторых странах она нормируется.
Усадка силикатных прессованных образцов зависит от состава новообразований и наличия в них свободной влаги. С увеличением основности гидросиликатов усадка образцов повышается от 0,01 до 0,04%. При повышении давления и сокращении длительности автоклавной обработки она уменьшается [3].
Сырьем для производства силикатного кирпича служат кварцевый песок и воздушная известь. В известково-песчаную смесь вводят примерно 7% воды. 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 [4].
Песок – это рыхлое скопление зерен различного минерального состава размером 0,14 – 5 мм. Его измельчают до 2 мм, разделив на фракции 1-2 мм, 0,5-1 мм, 0,1-0,25 мм. 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. К песку предъявляются требования по зерновому составу, содержанию примесей, кварца и др. Качество песка оценивается требованиями по действующим нормативным документам [3].
Песок характеризуется насыпной плотностью - отношением массы зернистых и порошкообразных материалов ко всему занимаемому ими объему, включая и пространство между частицами. От плотности в значительной мере зависят его технические свойства, например прочность, теплопроводность.
Пористость песка - одна из наиболее показательных характеристик песка, влияющих на свойства и качество строительных растворов и бетонов. Коэффициент пористости, указывая на процентное содержание пустот в единице объема, одновременно позволяет судить о количестве цементного теста, которое необходимо израсходовать для получения плотного раствора или бетона.
Форма и характер поверхности зерен 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.
Влажность песка в значительной мере влияет на его объем, что необхо-димо учитывать при перевозке песка в железнодорожных вагонах или баржах, а также при намыве его на карты. В данной работе влажность песка 4,8%. Влажностью песка считают суммарное содержание в нем механически примешанной воды и гигроскопической влаги, выраженное в процентах к весу песка [3].
Известь, используемая в производстве силикатного кирпича, должна удовлетворять требованиям ГОСТ 9179-10. В зависимости от содержания активных CaO и MgO, а также непогасившихся частиц негашеная и гашеная известь, за исключением карбонатной, делится на сорта I, II и III. В данной работе применяется кальциевая негашеная известь II сорта.
Плотность молотой извести в рыхлонасыпном состоянии равна 900-1100, а в уплотненном 1100-1300 кг/м3. Основные свойства извести определяются ГОСТ 9179-10 [5].
Вода, используемая для гашения извести и увлажнения силикатной массы, должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732-11 [6]. Нельзя использовать болотные, сточные воды без предварительной очистки. 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. Воду умягчают двумя способами: термическим и химическим. Термический способ основан на разложении карбонатной жесткости нагреванием воды до 85 - 1100C, при этом образуются труднорастворимые выпадающие в осадок карбонат кальция и гидроокись магния. Этот способ обычно применяется в сочетании с химическим методом. Внутрикотловая обработка заключается в растворении накипи соляной кислотой (5-7% раствором), для чего через паровые котлы прокачивают раствор. По окончании кислотной промывки и после удаления кислоты котлы промывают слабым раствором щелочи. 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.
Характеристика готовой продукции, сырья и вспомогательных материалов представлена в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристика готовой продукции и сырья для ее получения
№ |
Продукт |
Показатель |
Размерность |
Значение (норма) |
Источник информации |
1 |
Полнотелый силикатный кирпич |
Марка |
М100 |
[2] | |
Размеры |
мм |
250х120х65 | |||
Предел прочности при сжатии, не менее |
МПа (кгс/см2) |
10,0 (100) | |||
Предел прочности при изгибе, не менее |
МПа (кгс/см2) |
2,0 (20) | |||
Масса |
кг |
3,315 | |||
Средняя плотность |
кг/м3 |
1700 | |||
Морозостойкость |
циклов |
F15 | |||
2 |
Известь негашеная кальциевая |
Сорт |
II |
[5] | |
Содержание активных CaO+MgO, не менее |
% по массе |
80 | |||
Содержание активной MgO, не более |
% по массе |
5 | |||
Содержание CO2, не менее |
% по массе |
5 | |||
Содержание непогасившихся зерен, не более |
% по массе |
11 |
Продолжение таблицы 1 – Характеристика готовой продукции и сырья для ее получения
3 |
Песок |
Модуль крупности |
2,0 |
[7] | |
Насыпная плотность |
кг/м3 |
1540 | |||
Истинная плотность |
кг/м3 |
2620 | |||
Пустотность |
% |
41 | |||
Содержание пылевидных и глинистых частиц |
% |
1,20 | |||
Влажность песка |
% |
4,8 | |||
4 |
Вода |
Окисляемость |
Мг/л |
12 |
[6] |
Водородный показатель pH |
11 |
Для получения качественного продукта необходимо следовать стандартам. Силикатный кирпич выпускается марки М100.
2 Технологическая часть
Добыча (песок) Добыча (негаш.кальцевая известь) Вода
Автотранспорт (самосвалы) Железнодорожный транспорт
Барабанный грохот Щековая дробилка
Ленточный питатель Пневмотранспорт
Бункер для песка Бункер для извести
Ленточный питатель Пневмотранспорт
Дозатор для песка дозатор для извести
Ленточный питатель Тарельчатый питатель
Бункер пресса
Пресс (рабочее давление 150-200 кг/см)
Рисунок 1 - Технологическая схема производства силикатного кирпича
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.
С карьера сырье поступает на завод с помощью авто- и железнодорожного транспорта. Дробленая известь с размером кусков не более 10 мм подается в силосный склад. Песок отправляется на измельчение в барабанный грохот, далее в стальной бункер для песка. Со склада известь поступает в щековые, затем в молотковые дробилки, откуда мелкодробленая негашеная известь пневмотранспортом подается в бункер. Из бункеров песок ленточным питателем, а известь пневмотранспортом подаются в дозатор для песка и извести соответственно [3].
Подготовленные известь и песок подаются питателями в заданном соотношении в лопастный смеситель и увлажняются.
Перемешанная и увлажненная масса поступает в силосы, где выдерживается от 4 до 10 ч при температуре 50-600C, 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.
Работа силоса протекает следующим образом. Внутри силос разделен перегородками на три секции. Масса засыпается в одну из секций в течение 2,5 ч, столько же требуется и для разгрузки секции. К моменту заполнения силоса нижний слой успевает вылежаться в течение того же времени, т.е. около 2,5 ч. Затем секция выстаивается 2,5 ч, и после этого ее разгружают. Таким образом, нижний слой гасится около 5 ч. Так как разгрузка силосов происходит только снизу, а промежуток между разгрузками составляет 2,5 ч, то и все последующие слои также выдерживаются в течение 5 ч в непрерывно действующих силосах.
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 [3].
Силикатная масса, приготовленная в силосах, передается при помощи шнекового питателя в бункер пресса. Пресс представляет собой четырехпозиционный автомат: на первой позиции производится заполнение пресс-форм силикатной смесью; на второй - подпрессовка; при повороте стола со второй на третью позицию - срезание излишка смеси; на третьей - прессование двух кирпичей; на четвертой - выталкивание и съем. Очистка стола и штампов осуществляется при перемещении стола с четвертой на первую позицию. Полный цикл работы пресса осуществляется за один оборот коленчатого вала.
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/см.
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 6 – 7% от веса сухого вещества и постоянно контролироваться [3].
Силикатный кирпич по размерам должен отвечать требованиям ГОСТ 379 - 10; в случае отклонения от установленных размеров сырец считается браком [2].
Плотность прессования сырца достигается исключительно изменением величины наполнения прессовых форм: чем больше высота наполнения, тем выше плотность сырца и, наоборот, чем меньше высота наполнения, 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.
После прессования полученные кирпичи автоматом-укладчиком укладываются на вагонетки, которые транспортируются в автоклавы, где производится тепло-влажная обработка кирпича.
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 1750C при соответствующем такой температуре давлении в 8 атм.
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 1750C 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.
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, наступает вторая стадия запаривания. В это время максимальное развитие получают химические и физические реакции, которые ведут к образованию монолита. К этому моменту поры сырца заполнены водным раствором гидрата окиси кальция Са(ОН)2, непосредственно соприкасающимся с кремнеземом SiO2 песка.
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.
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.
Запаривание кирпича в автоклавах требует строгого соблюдения температурного режима: равномерного нагревания, выдержки под давлением и такого же равномерного охлаждения. Нарушение температурного режима приводит к браку [8].
Для контроля за режимом запаривания на автоклавах установлены манометры и самопишущие дифманометры, снабженные часовым механизмом, записывающим на барограмме полный цикл запаривания кирпича.
Из автоклава ленточным конвейером силикатный кирпич, пройдя отдел контроля качества, поступает на склад готовой продукции.
Работники ОТК определяют марочность, проводят необходимые измерения и отбор образцов для анализа в соответствии с системой контроля и качества готовой продукции, предусмотренной стандартом предприятия. На складе готовой продукции отдел технического контроля предприятия-изготовителя принимает кирпич партиями. Партия состоит из одного вида кирпича по прочности и морозостойкости. За партию принимают количество кирпича, соответствующее емкости одного или нескольких автоклавов, в зависимости от стабильности технологии производства, но не более 100 тыс. шт.