Силикатный кирпич. 7

 Аннотация

В данном курсовом проекте разработано предприятие  по производству силикатных стеновых материалов, производительностью 50 млн. усл. кирпича в год. Приведен расчет складов и бункеров, спроектирован состав силикатной смеси для получения кирпича заданной прочности. Рассчитано необходимое оборудование для производства кирпича сплошного цветного.

Содержание

Введение

Посчитать конкретно, как долго  человек занимается строительством практически невозможно. Каждый век  характеризуется своим строительным материалом. В одно время было популярным строительство из дерева, из песка  и камня. Сегодня самым распространенным строительным материалом по праву считается  кирпич. Он и раньше занимал лидирующие позиции в строительстве, только сейчас технологи делают все, что  помимо эстетических качеств кирпич отличался высокой прочностью, крепостью, долговечностью и эффективностью.

Всем этим требованиям соответствует  силикатный кирпич, производство которого началось еще в начале ХХ века. Хотя технология производства была создана  еще в ХIX веке. Силикатный кирпич – экологически чистый строительный материал – изготавливается из смеси обожженной извести, кварцсодержащего песка и воды. С помощью высокого давления из смеси прессуется кирпич-сырец, отличающийся точными размерами и совершенством формы. Окончательную прочность силикатный кирпич приобретает в автоклаве, в котором поддерживается высокое давление пара и температура 160–200˚С, при которых известь вступает в реакцию с кварцсодержащим песком и образует силикатное соединение.

Имея правильные геометрические формы, силикатный кирпич, по стандартам, бывает пустотелым, с пористым наполнителем, пористо-пустотелым, полнотелым модульным, то есть утолщенным, с габаритами 250х120х88 мм и полнотелым одинарным с параметрами 250x120x65 мм.

Государственным стандартом, отличающим строительные материалы, обозначены кирпичи  и камни, названные рядовыми и  лицевыми, неокрашенные и цветные (окрашенные всем объемом или с обработкой поверхностей передних граней).

В ряде случаев для достижения архитектурной  выразительности фасадов зданий применяют лицевой силикатный кирпич. Основные поля стен выкладываются из кирпича слабых тонов, декоративные вставки, тяги и другие архитектурные  детали зданий обычно кладутся из кирпича  ярких тонов. Главные условия  получения окрашенного силикатного  кирпича — высокая дисперсность красителя, его точная дозировка  и равномерное распределение  в силикатной смеси.

При расчете состава цветной  смеси учитывают колебания активности извести.

К технологическим приемам и  операциям, обеспечивающим наиболее эффективное  окрашивание силикатных смесей при  минимальном расходе красителей, относятся:

• предварительный помол красителя с частью песка или извести;
• введение красителя в смесь до гашения извести;
• сокращение изотермической выдержки при автоклавной обработке.

Следует выделить два основных способа  производства цветного силикатного  кирпича: окрашивание кирпича по всей массе (объемное окрашивание) и  нанесение на кирпич цветного слоя.

Наиболее распространена технология производства цветного кирпича способом объемного окрашивания, основанная на применении известково-кремнеземистого  вяжущего вещества смеси, обработке  смеси в стержневом смесителе. Для  приготовления окрашенной смеси  пигменты вводят по следующим технологическим  схемам.

При первой схеме технологическая  линия полностью механизированна и состоит из расходных бункеров гашеной смеси и пигмента, оборудованных тихоходными ленточными питателями, и стержневого смесителя, рассчитанного на обслуживание нескольких прессов, специально оборудованных для выпуска лицевого кирпича.

При второй схеме, т.е. подаче пигментов  в мельницу, необходимо одновременно изготовлять цветной лицевой  кирпич на всех прессах. В этом случае возрастает расход пигментов за счет потерь при переходе с производства неокрашенного на цветной кирпич и обратно.

В последнее время возросла роль красящих промышленных отходов или  полуфабрикатов:

• пиритных огарков,
• красного бокситового шлама,
• железомагнезиальных шламов,
• железной суриковой руды, которые можно использовать для получения цветного кирпича.

В технологической схеме производства цветного кирпича должна быть предусмотрена  возможность использования как  товарных пигментов, так и промышленных отходов, требующих помола.

Во время прессования и автоклавной  обработки цветного кирпича необходимо помнить следующее:

• при длительной выдержке вагонеток с окрашенным кирпичом-сырцом на путях возможно его подсушивание и выслаивание растворенной извести на поверхности, что ослабляет цвет кирпича; во избежание этого желательно выдерживать вагонетки с цветным кирпичом-сырцом в камерах с влажными стенками или закрывать их влажной мешковиной
• при температуре в автоклаве выше 180^оС железоокисные и некоторые другие пигменты разлагаются и теряют яркость цвета; в связи с этим давление в автоклаве при запаривании цветного кирпича, изготовленного с применением таких пигментов, не должно превышать 0,9 МПа
• реакция между известью и тонкодисперсным кремнеземом вяжущего вещества с образованием гидросиликатов кальция заканчивается при давлении в автоклаве 0,8 МПа примерно через 5-6 часов; в случае дальнейшего пребывания кирпича в автоклаве гидросиликаты кальция обволакивают пигменты и глушат их цвет
• при подаче в автоклав сырого пара, содержащего капельки конденсата, образующегося в паропроводах, на поверхности кирпича-сырца в начале запаривания образуются известковые потеки, остающиеся и на готовом кирпиче; в связи с этим на паропроводе, питающем автоклавы, обязательно устанавливаются конденсационные горшки.

На сегодняшний день производители  силикатной продукции готовы предложить потребителю не только традиционный белый кирпич, но и богатую палитру  цветного кирпича. 

Крашеный кирпич – это облицовочный кирпич, используется для кладки лицевых  поверхностей стен. Соответственно, к  облицовочному кирпичу предъявляется  ряд требований: идеальная геометрия, высокая интенсивность окрашивания  и т.д. 

Использование цветного кирпича позволяет  воплотить самые смелые архитектурные  решения, дизайнерские идеи и находки. Физические свойства, характеристики и принцип производства декоративного  кирпича аналогичны белому облицовочному  кирпичу, отличие лишь в том, что  кроме извести, песка и воды добавляются  красящие пигменты.  

Для получения цветного силикатного  кирпича чаще всего применяют  красящие пигменты органического происхождения. Одним из распространенных пигментов  является оксид железа. Его использование  позволяет получать желтый, розовый, коричневый, оранжевый цвета. Количество используемого пигмента зависит  от выбранной технологии, свойств  извести, качества песка, и т.д., на каждом предприятии  устанавливаются свои нормы дозирования.  
 Для получения оттенков серого – одного из самых распространенных цветов – используют технический углерод (например, П-803, российские поставщики – Ростов, Ярославль). 

К пигментам предъявляется ряд  требований. Это и щелочестойкость, и большая красящая способность, и маслоемкость, и светостойкость (т.е. стойкость к ультрафиолету) и т.д. 

Различают два способа окрашивания  кирпича: объемное и поверхностное  окрашивание. При объемном окрашивании красящие пигменты вводятся в готовую силикатную массу перед стадией формования кирпича, таким образом, мы получаем кирпич цветной как снаружи, так и внутри.  
Различают сухую и жидкостную технологии смешивания силикатной массы и красящего вещества. Сухая технология смешивания заключается в следующем: в гомогенизатор поступают пигмент и силикатная масса, далее окрашенная масса проходит процесс до увлажнения, а затем осуществляется процесс прессования. Эту технологию применяют примерно  65% производств.  
При жидкостном окрашивании  пигмент предварительно растворяют в воде, а затем в виде суспензии добавляют к силикатной массе посредствам лопастных смесителей. Дозирование пигментов может осуществляться двумя методами: объемным (дозирование компонентов по объему) и весовым (измеряется масса пигмента, воды, силикатной массы). Весовой метод более точный и эффективный, но требует серьезной автоматизации оборудования для измерения массы компонентов. Доля технического углерода составляет  0,1-1%, фталоцианиновых пигментов -  0,5-1%.

Процесс формования окрашенного кирпича  идентичен процессу формирования кирпича  неокрашенного. Поверхностный способ окрашивания кирпича состоит в том, что красящее вещество наносится непосредственно на поверхность готового кирпича (готовый кирпич окунают в краску или распыляют краску на поверхности). При последующей тепловой обработке на поверхности кирпича образуется полимерная пленка, которая служит дополнительной защитой от влаги и пыли. При поверхностном окрашивании применяются самые разнообразные красители. Перспективными являются порошковые красители, использование которых позволяет получить множество вариантов цветовых решений. Посредствам поверхностного окрашивания можно добиться колоссальной палитры самых разных цветов и оттенков, однако, незначительные сколы, которые могут появиться в процессе транспортировки и эксплуатации, существенно снижают эстетические характеристики материала.  

Стоимость окрашенного кирпича  несколько увеличивается за счет дополнительных издержек (применение пигментов, амортизация дополнительного  оборудования, трудо-, энергозатраты и т.п.). При транспортировке декоративного кирпича следует соблюдать те же требования, что и для белого лицевого кирпича. При хранении декоративный кирпич рекомендуется накрывать пленкой или аналогичным материалом с целью предотвращения его загрязнения. Технологии изготовления цветного кирпича различны, технологические рецептуры, как правило, держатся в секрете. Мы же  постарались охватить общие принципы  производства окрашенного лицевого силикатного кирпича. 

1 Технологическая часть 

1.1 Номенклатура продукции

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

Планируемая мощность завода 50 млн. штук условного кирпича в год, кирпич сплошной марки М150.

Кирпичи сплошной изготовляют в форме прямоугольного параллелепипеда размерами, указанными в таблице 1.

Таблица 1 – Номенклатура выпускаемого кирпича

Размеры и форма показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 - Одинарный кирпич сплошной

Внешний вид:

1 Поверхность граней изделия должна быть плоской, ребра прямолинейными;

Допускается выпускать лицевые изделия с закругленными вертикальными ребрами радиусом  не более 6 мм;

2 На рядовом изделии не допускаются дефекты внешнего 
вида, размеры и  количество которых превышают указанные в 
таблице 2;

3     Отбитости и притупленности углов и ребер, шероховатости, трещины и другие повреждения на лицевых поверхностях лицевых  изделий не допускаются;

4 В рядовом изделии не допускается наличие в изломе или 
на поверхности глины, песка, извести и посторонних включений 
размером свыше 5 мм в количестве более 3;

5 Количество половняка в партии должно быть не более 5% 
для рядовых изделий.

Марка по прочности.

Марку кирпича определяют по значению пределов прочности при сжатии и изгибе, указанных в таблице 2.

Таблица 2 – Марка по прочности

Принимаем марку сплошного цветного кирпича равной М150.

Маркировка изготавливаемого изделия:

Кирпич силикатный цветной сплошной одинарный рядовой марки по прочности 150, марки по морозостойкости 25:

Кирпич  СЛД-150/25 ГОСТ 379-95

1.2 Характеристика сырьевых материалов

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.

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 (таблица 3).

Таблица 3 –  Пористость песков                                                 

Из таблицы 3 следует, что с уменьшением крупности песков их пористость

возрастает  довольно значительно. Таким образом, в большинстве случаев мелкие 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.

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 таблица4.

Таблица 4 – Зависимость молекулярной влагоемкости песка от его фракции

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%.

Для каждой группы природного песка  полный остаток на сите с сеткой № 063 и модуль крупности М_к должны соответствовать значениям, указанным в таблице 5.

Таблица 5 – Группы крупности песков

Причем, если при определении группы песка по крупности он не отвечает одновременно обоим требованиям  таблицы 6, то решающей является величина модуля крупности этого компонента.

От качества песка в значительной степени зависит качество силикатного  кирпича. Одним из важных показателем  является зерновой состав песка. Наиболее эффективен кварцевый песок неоднородный по гранулометрическому составу  с наличием зерен с острыми  гранями и шероховатой поверхностью. В этом случае происходит более компактная укладка сырьевой смеси в процессе прессования за счет равномерного распределения  крупных мелких зерен песка между  собой, а также более полное связывание кварца с известью в процессе тепловлажностной обработки.

По зерновому составу песок  должен удовлетворять требованиям  таблицы 6. (ОСТ 21-1-72)

Таблица 6 – Зерновой состав песка /4/

При использовании однородных по гранулометрическому  составу песков, а также содержащих зерна окатанной формы, требуется  большое количество извести при  формовании, а сырец и готовый  силикатный кирпич, как правило, имеют  более низкую прочность.

Зерен крупнее 5 мм не должно быть более 5% по весу.

Существенное влияние на качество цветного силикатного кирпича оказывают  примеси песка. Вредные примеси  – комковатые глинистые включения  – затрудняют подготовку и переработку  силикатной массы, снижают прочность  и 

морозостойкость кирпича, повышают его  водопоглощение. Поэтому при изготовлении цветного силикатного кирпича, к которому предъявляются более высокие требования по прочности и морозостойкости, силикатные заводы должны уделить особое внимание вопросам переработки силикатной массы, содержащей глинистые включения.

В кварцевых песках однородного  состава при равномерном распределении  и допустимом содержании глина оказывает  положительное влияние на формовочную  способность смеси, сырцовую прочность  кирпича и качество готовой продукции.

Содержание в песке пылевидных, илистых и глинистых частиц размером менее 0,05 мм должно быть не более 10%, в том числе глинистых частиц размером менее 0,005 мм – не более 2%; содержание слюды – не более 0,5%.

Содержание в песке сернистых  и сернокислых примесей в пересчете  на SO₃ должно быть не более 2%, а щелочей (в пересчете на Na₂О) не более 3,6% /4/.

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 CaCO₃. 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.

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. 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). 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+ Н₂О = Са(ОН)₂; МgО+Н₂О=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.