Технологічна лінія виробництва пустотілих стінових каменів з дрібнозернистого бетону на сульфатно-шлаковому в’яжучому мокрого помелу

Міністерство освіти, науки, молоді і спорту України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра технології будівельних виробів і матеріалознавства

до курсового проекту з дисципліни:

«Ресурсо- та енергозбереження у виробництві будівельних матеріалів»

на тему:

«Технологічна лінія виробництва пустотілих стінових каменів з дрібнозернистого бетону на сульфатно-шлаковому в’яжучому мокрого помелу »

Виконав:

студент 5 курсу ФБА

групи ТБК-51

Калінський М. С.

Перевірив:

Мироненко А.В.

Рівне 2011

Зміст

1.      Актуальність теми..............................................................................................4

2.      Сутність пропонованої технології виробництва.........................................8

3.      Номенклатура пропонованої продукції та її характеристики………....9

4.      Опис сировинних матеріалів. Склад сировинної суміші….…………..10

5.      Технологічна схема виробництва…………………………….…………....12

6.      Матеріальний баланс……………………………………….……………….13

7.      Підбір та розрахунок обладнання………………………………………...14

8.      Література……………………………………………………….……………22

1. Актуальність теми

Сучасний стан будівельної індустрії України в цілому характеризується інтенсивним зростання попиту на в’яжучі речовини, особливо на портландцемент та шлакові в’яжучі. Але зростання виробництва таких в'яжучих пов’язане з необхідністю розробки і використання нових джерел сировини а також високою енергоємністю виробництва основного компоненту портландцементу – клінкеру і забрудненням навколишнього середовища шкідливими викидами, до яких можна віднести також СО2. До найменш енергоємних в’яжучих, до складу яких входять переважно відходи виробництва, відноситься сульфатно-шлакове в’яжуче. Але для сучасних СШВ характерні  низька міцність, а для їх виготовлення використовують виключно доменні гранульовані шлаки з високим вмістом глинозему - 10 ... 20 мас. %. Можливість використання для цієї мети низькоглиноземистих шлаків зі вмістом Al2O3 < 10%, що характерні для українських металургійних підприємств, не досліджена. В якості сульфатного компоненту СШВ використовували гіпсовий камінь або ангідрит. Не досліджена також можливість використання в якості сульфатного компоненту СШВ на основі низькоглиноземистих українських ДГШ великотоннажного відходу хімічних підприємств України – фосфогіпсу.

Перше повідомлення про можливість отримання цементу із доменного шлаку і гіпсу було  зроблено Х. Кюлем (H. Kuhl) в 1908 р. (нім. пат. 237777). Згідно з цим патентом сульфатно-шлакове в’яжуче можна отримати при добавленні більше 2% гіпсу до доменного шлаку. Подальші дослідження, виконані Р.Грюном, П.П.Будніковим, Л.Блондьо, Ф.Кьоберіхом,  С.Ямагучі, С. Цумура та ін. дозволили визначити, що:

1)  шлаки з підвищеним вмістом SiO2 і пониженим вмістом СаО погано взаємодіють з гіпсом;

2)  для сульфатно-шлакових в’яжучих найбільш придатні шлаки з підвищеним вмістом Al2O3 і невеликим вмістом марганцю;

3)  до складу суміші СШВ, крім шлаку і гіпсу доцільно вводити біля 1% Са(ОН)2, або невелику кількість клінкеру;

4)  із різних видів сульфату кальцію найкращі результати дає ангідрит, випалений при 860 – 12000 С;

5)  сприятливий вплив на властивості СШВ справляють добавки випаленого доломіту.

Такі в’яжучі в теперішній час виготовляють в Бельгії, Німеччині, Франції, Італії, Росії а також Японії. Дослідженням СШВ в СРСР присвячені також роботи А.В.Волженського та його учнів, а також П.Г.Комохова, В.В.Бабкова, І.Л.Значко-Яворського, Л.Ф.Ямалтдінової та ін.

Відомі способи отримання СШВ розрізняються або способом утворення в’яжучої суміші (змішування, або спільний помел), або видом і кількістю використаних лужного та сульфатного активізатора СШВ.

Так П.П.Будніков, А.В.Волженський, Ю.М.Бутт та ін. використовували спільний помел компонентів СШВ. С. Цумура та Л.Ф.Ямалтдінова в своїх дослідженнях і рекомендаціях використовували окремий помел компонентів з подальшим їх механічним змішуванням. Порівняти результати цих досліджень досить складно, в наслідок використання авторами різних компонентів СШВ і тонкості помелу. В цілому міцність таких СШВ досягала, як було показано вище - 15 .. 30 МПа. 

Ю.М.Бутт, М.М.Сичьов та В.В.Тімашов виділяють два види СШВ: гіпсошлаковий цемент і шлаковий безклінкерний цемент. Перший отримують шляхом спільного помелу ДГШ (75 ... 85%), сульфатного компонента (15 ... 20% двоводного гіпсу або ангідриту) і лужного компоненту (до 5% портландцементного клінкеру, або до 2% оксиду кальцію). За О.О.Пащенко доза вапна для основних шлаків (металургійні заводи України) не повинна перевищувати 1%. а для кислих можна використати до 2% вапна. При  цьому витрата цементного клінкеру при використанні основних шлаків не повинна перевищувати 5%, а для кислих – 10%.

Шлаковий бесклінкерний цемент отримують шляхом спільного помелу ДГШ, сульфату кальцію і доломіту.

Л.Ф.Ямалтдінова в якості активізаторів СШВ запропонувала використати відходи виробництва: в якості лужних компонентів – цементний пил (вміст активного СаО біля 7%), дрібні відходи гашення вапна (вміст активного біля СаО біля 25%). та тверді відходи содового виробництва (вміст активного  СаО біля 10%), в якості сульфатних компонетів – фосфогіпс місцевих уральських заводів (1 - немелений і не митий, 2 - репульпований і термооброблений і 3 – репульпований, термооброблений і додатково розмелений). Нейтралізація фосфогіпсу виконувалась по складній і витратній технології, що включала відмивку, репульпацію і сушку, аналогічно запропонованій С.Н. Стонісом. Найбільша міцність, як і слід було очікувати, була отримана при використанні лужного компоненту – цементного пилу і сульфатного активізатора – репульпованого, термообробленого і додатково розмеленого фосфогіпсу. При питомій поверхні ДГШ біля 440 м2/кг і ФГ – біля 300 м2/кг міцність СШВ досягала 30 ... 35 МПа. Подальше збільшення тонкості помелу компонентів – ФГ до понад 600 м2/кг і ДГШ до майже 500 м2/кг дозволило підняти міцність до 40 ... 45 МПа.

Недоліком запропонованого складу такого СШВ є необхідність складної підготовки  сульфатного компоненту – ФГ, що включає відмивку, репульпацію, термообробку і додатковий помел цього компоненту, в результаті якого отриманий сульфатний компонент буде в 1,5 ... 2 рази дорожчий, ніж, наприклад, природний гіпсовий камінь. Викликає також сумнів у доцільності використання запропонованих в  лужних компонентів, витрата яких, в наслідок низького вмісту активного СаО, досягає 10 ... 20% від маси СШВ, замість невеликих кількостей відомих активізаторів - 1 .. 2% вапна, або до 5% портландцементного клінкеру, вартість яких відносно не значна. Використання таких великих кількостей лужних компонентів з відходів виробництв, більшу частину маси яких складає баласт у складі високодисперсних кристалічних карбонатів, силікатів і алюмінатів кальцію і магнію, очевидно, негативно впливає на міцність і довговічність в’яжучого і бетонів на такому СШВ.

Всі вищезгадані дослідники зійшлися на висновку, що для СШВ необхідно використовувати високоглиноземисті ДГШ зі вмістом Al2O3 на рівні 10 .. 20 мас. %, що, фактично, суттєво обмежує сировинну базу і можливості виробництва і застосування СШВ.

За відомими даними з літературних джерел при використанні бетонів на основі СШВ враховують експлуатаційні властивості в’яжучого: підвищену стійкість у м’яких і сульфатних водах. В цьому полягає основна перевага СШВ перед шлакопортландцементом. Встановлена висока стійкість СШВ у морській воді, розчинах Na2SO4, MgSO4, Al2(SO4)3, (NH4)2SO4, молочній і гуміновій кислоті, у лляній олії.

СШВ відрізняються відносно низьким тепловиділенням, у зв’язку з чим їх можна використовувати в масивних спорудах.

СШВ рекомендується використовувати у підводних і підземних спорудах, масивних конструкціях, особливо там, де вони піддаються дії агресивних вод, або вилужуванню. Як правило, це конструкції з важких крупнозернистих бетонів класів В7,5 та В10 з обмеженою морозостійкістю. Під час твердіння бетонних та залізобетонних споруд у надземних спорудах їх необхідно зволожувати протягом перших 2 ... 3 тижнів.

Не рекомендується застосовувати СШВ для бетонних споруд, що працюють у зоні поперемінного зволоження і висушування, для запобіганню утворення крихкого і не міцного поверхневого шару, а також при твердінні бетону при низьких температурах.

Стосовно армованих залізобетонних конструкцій, з літературних джерел відомо, що в бетонах на СШВ, що не піддаються зволоженню, корозія сталевої арматури не розвивається. При підвищеній вологості бетонів на СШВ – арматура іржавіє. Очевидно, що цей факт пояснюється відносно низьким рН середовища бетону на СШВ, а також наявності великої кількості сульфатного компоненту, що є одним з інтенсифікаторів корозії сталі.

СШВ можна також використовувати і для приготування будівельних розчинів, як і на інших гідравлічних в’яжучих.

2.                Сутність пропонованої технології виробництва

Суть технологічного процесу виготовлення стінових каменів на  сульфатно-шлакового в’яжучому мокрого способу помелу полягає у складуванні сировинних матеріалів, ретельному дозуванні та спільному помелі всіх компонентів в’яжучого з водою, вкладанні суміші у форми, вібропресування, розформування і складування.

В процесі виробництва доменний шлак, відвальний фосфогіпс, вапно негашене, вода, хімічні добавки ретельно дозуються ваговими дозаторами і потрарляють у кульовий млин на спільний помел.

Помел матеріалів відбувається за циклічною схемою, за заданим режимом роботи. За 10 хв. до закінчення помелу в млин ввдиться суперпластифікатор Мелфлюкс, який дозується за допомогою вагового дозатора. Після помелу, готове в’яжуче вивантажується у бункер з якого  потрапляє у формувальне відділення.

У формувальному відділенні в’яжуче у відповідній пропорції змішується із гранітним відсівом та піском. Далі суміш вкладається у форми, і ущільнюється за допомогою вібро-преса. Після ущільнення вороби розформовуються і проходять стадію швидкої тепловологісної обробки ( режим 3+3,tіз=60 °С), і охолоджуються. Після охолодження вироби пакетуються або вкладаються на піддони і складуються.

Даний метод дозволяє значно здешевити процес  виробництва, у зв’язку з відсутностю стадії сушіння матеріалів, яка є дуже енергоємною та дорогою. Виробництво СШВ мокрим способом дозволяє здійснити сульфанту активацію твердіння шлаку, лужну та механічну активацію. Всі ці прийоми дають змогу отримати в’яжуче з високим значенням його активності. Це позитивно впливає на всі властивості сульфатно-шлакового в’яжучого і дає змогу ефективно впроваджувати його у виробництво будівельний матеріалів.

Недоліком мокрого способу виробництва СШВ є седиментація та швидке твердіння в’яжучого, що потребує швидкого процесу замішування бетонної суміші та формування виробів.

3. Номенклатура пропонованої продукції та її характеристики

Стінові блоки використовуються для зведення промислових та цивільних,

опалюваних та неопалюваних будівель у відповідності із затвердженою

проектною документацією.

Основною продукцією виробництва є сульфатно-шлакове в’яжуче. Технічні характеристики стінових блоків на СШВ згідно з ДСТУ Б В.2.7-46-96 і ГОСТ 310.1-76 представлені в табл. 1.

Технічні характеристики виготовлених стінових блоків на СШВ

Таблиця 1.

4. Опис сировинних матеріалів. Склад сировинної суміші.

Для виробництва стінових блоків на СШВ мокрого помелу основним компонентом є в’яже, отримують спільним помелом доменного гранульованого шлаку, сульфатного активізатора твердіння шлаку фосфогіпсу, негашеного вапна, хімічних добавок(тілоза, CaCl2, С-3, ЛСТ, КМЦ, мелфлюкс, пропіленгліколь), і води.

   В якості шлаку використаний Криворізький доменний гранульований шлак(ГОСТ 3476-74) вміст Al2O3, - 8,3%, з насипною густиною 1,25 т/м3 і модулем основності М0 = 1,3.

Хімічний склад доменного гранульованого шлаку таблиця 2.

Таблиця 2.

   В якості сульфатного компоненту –нейтралізований вапном (3%) відвальний фосфогіпс хімічного підприємства "Рівне-Азот" (ФГ).

   Вапно повітряне, негашене, грудкове, ІІ сорту що відповідає вимогам         ДСТУ Б.В.2.7-90-99 Любомирського вапняно-силікатного заводу.

Характеристики вапна наведені в таблиці 3.

Таблиця 3.

                       Щебінь гранітний з розміром зерен 5-10мм., наспна густина складає 1,75 т/м3, ДСТУ БВ.2.7-75-96, ГОСТ 26193-84..

                       Пісок кварцевий: наспна густина складає 1,4т/м3 модуль крупності Мкр=2,3;  вміст пиловидних та глинистих домішок, не більше 3%, ДСТУ БВ.2.7-32-96.

                       Вода питної якості для бетонів і розчинів за ГОСТ 23732-79

За даними лабораторних досліджень прийнятий такий склад сировинної суміші для виготовлення СШВ мокрого помелу:

-         Шлак доменний гранульований 88%;

-         Фосфогіпс 10%;

-         Вапно негашене 2%;

-         Прискорювач твердіння CaCl2 2%;

-         суперпластифікатор С-3 2% .

Технічні характеристики СШВ наведені в табдилі 4.

Таблиця 4.

5. Технологічна схема виробництва

6. Матеріальний баланс

Згідно діючих норм проектування передбачається наступний режим роботи виробництва:

- номінальна кількість робочих діб на рік Nн = 260 діб ;

- кількість робочих змін на добу Nр = 2 зміни ;

- тривалість роботи зміни Тз = 8 год ;

- тривалість планових зупинок на ремонт (діб) : 7 діб ;

- розрахункова кількість робочих діб на рік Nд (діб) ;

260 – 7 = 253 доби ;

Тоді річний фонд часу складає:

Тр=Nд·Nр·Тз=253·2·8=4048 год.

Так як підприємство виготовляє 10000 м3/рік стінових блоків типу СБ-Пр-СШВ-Р-390х190х188 на сульфатно-шлаковому в'яжучому мокрого помелу, виходячи з того, шо витрата таких блоків на 1м3 складає 72 шт., виходить, що річна продуктивність підприємства по блокам становить:

Пбл.(шт)=Пбл.(м3) х nбл./м3 =10000х72=720000 шт/рік.

Річна продуктивність по СШВ становить (т):

ПСШВ=Пбл. х m1бл.=720000х19,3=13896000 кг=13896 т/рік.

Матеріальний баланс виробництва наведений в таблиці 3.

Таблиця 3.

7. Підбір та розрахунок обладнання

7.1. Розрахунок складу заповнювачів

Кут природного укосу заповнювачів при відсипанні у штабель складає 0,698 рад. (40°).

Максимальний кут нахилу стрічкових конвеєрів з гладкою стрічкою приймають для подавання:

   щебеню і піску 0,314 рад (18°).     

   Відсіву 0,227-0,262 рад. (18°).

Визначаємо місткість складу заповнювачів, м3:

, м3 або , де

- добова витрата заповнювачів, т;

Q – річна продуктивність підприємства, м3;

З – витрата заповнювача на 1 м3, визначена при розрахунку складу бетону, м3/м3;

n – запас заповнювачів на складі, днів;

1,02 – коефіцієнт що враховується при розвантажувальних, транспортних роботах та в бетонній суміші;

Тріч – кількість робочих днів в році.

При постачанні заповнювачів автотранспортом отримаємо наступне:

Для шлаку:

м3

Для піску:

м3

Для щебеню:

м3

Згідно з показниками норм проектування приймаємо склад із 4 відсіками з них 2 на щебінь, 1 на пісок, 1 на шлак. Тоді:

   об`єм одного штабелю шлаку складає: 246,48 м3;

   об`єм одного штабелю піску складає: 145,65 м3;

   об`єм одного штабелю щебеню складе: 350,11/2=175,05 м3.

Об’єм штабелю у вигляді кругового конусу розраховується за формулою:

, де

H – висота штабелю, м;

j = 40 – кут природного відкосу матеріалу, град.

Тоді висота штабелю шлаку повинна складати:

м.

Тоді висота штабелю піску повинна складати:

м.

Висота штабелю щебеню:

м.

Приймаємо висоту штабелю для шлаку 6 м, а для піску і для щебеню – 5 м.

Знаючи висоту кругового конусу, визначаємо діаметр його основи:

м., приймаємо 15 м;

м., приймаємо 12 м;

м., приймаємо 12 м.

Площа основи штабелю шлаку, піску, та щебеню:

м2.

м2.

м2.

Загальна корисна площа заповнювачів складу складає: м2.

Загальна площа складу заповнювачів:

м2, де

kп = 1,5 – коефіцієнт, який враховує проїзди та проходи на складі.

7.2. Розрахунок бункерів

Для забезпечення безперебійної роботи технологічного обладнання після складів матеріалу передбачаються бункери із запасом матеріалу на 4 год роботи. Для зберігання матеріалу приймаємо бункер призматичнопірамідальної форми зображений на рис. 3.