Технологические мероприятия по ускорению схватывания газосиликатной массы в камерах вызревания ООО «КДСМ»

Введение

      Газобетон постепенно завоевывает все большую  долю на рынке строительства за счет своих высоких технологических  и эксплуатационных параметров. Низкая теплопроводность, малый удельный вес, огнестойкость, экологичность —  эти и многие другие свойства позволили газобетону стать в одну шеренгу с такими популярными строительными материалами, как, например, кирпич. 

1. Общая часть
0. 1.1 Характеристика выпускаемой продукции

      Газобетон — это легкий пористый материал, получаемый в результате твердения  смеси гидравлического вяжущего, тонкодисперсного кремнеземистого компонента, воды и газообразователя. Размеры изготавливаемых производителями блоков обычно стандартные — от 50\200\600 мм до 400\200\600 мм. По структуре газобетон относится к группе ячеистых бетонов, названных так из-за наличия в искусственных камнях этого вида равномерно распределенных сферических пор размером от 1 до 3 мм в диаметре. Различают газобетоны автоклавного и неавтоклавного твердения (пропаривание или воздушное твердение).

      Легкость. Газобетон — легкий строительный материал, объемный вес которого может варьироваться в диапазоне от 300 до 1200 кг/м3. Однако в настоящее время, учитывая комплексные требования к современным строительным материалам, прежде всего по теплопроводности, оптимально выпускать ячеистые бетоны с минимальным объемным весом 400–600 кг/м3. Стандартный мелкий блок из ячеистого бетона (ГОСТ 21520-89), марки плотности Д500, размером 300\188\575 мм имеет массу до 20 кг и может заменить в ограждающей стене толщиной 640 мм 28 кирпичей, вес которых составляет 120 кг.

      Быстрота  и экономичность возводимых конструкций. За счет относительно больших габаритов  газобетонного блока и его  малого веса (не требуется специальных  подъемных механизмов) существенно (по некоторым оценкам — в 4 раза) возрастает скорость строительства. Соответственно меньше становятся трудозатраты, в 5–7 раз меньше расход сцепляющих веществ — клея или раствора. Все это уменьшает общую стоимость возводимого здания. Простота обработки. Газобетон легко обрабатывается любым режущим инструментом, пилится и т д.

      Низкая  теплопроводность. Стены, выполненные  из газобетона, полностью соответствуют  новым требованиям СНиП по сопротивлению  теплопередаче ограждающих конструкций  жилых и общественных зданий. Коэффициент  теплопроводности газобетона в сухом состоянии — 0,12 Вт/м °С, при влажности 12% — 0,145 Вт/м °С. В нашем регионе возможно устройство стен из газобетонных блоков (плотностью не более 500 кг/м3) толщиной 500 мм.

      Широко  известны и теплоаккумуляционные свойства газобетона. По теплопроводности блоки стандартной толщины (375 мм) эквивалентны 600-миллиметровой кирпичной кладке. Энергосбережение в настоящее время является одним из наиболее важных показателей. При применении газобетона наилучшие показатели по этому параметру достигаются путем использования этого материала с наименьшим объемным весом. В Европе применяют газобетон с объемным весом 500 кг/м3. Отечественные производители и производители из стран СНГ уже научились изготавливать газобетон плотностью 400 кг/м3 — характеристики по теплопроводности и морозостойкости у него существенно выше (коэффициент теплопроводности 0,10 Вт/м °С, марка по прочности В1,5, морозостойкость не менее 25 циклов).

      Казалось  бы, чем меньше плотность, тем меньше и теплопроводность материала (работает «эффект шубы», когда плохой проводник тепла — воздух — занимает в материале все больше места). Но применять в строительстве газобетон плотности меньшей чем 400 кг/м3 возможно только в качестве утеплителя, из-за его низких прочностных характеристик.

      Экологичность. Современный газобетон производится из песка, извести, цемента и алюминиевой пудры. Он не выделяет токсичных веществ и по своей экологичности уступает лишь дереву, но при этом не гниет и не стареет. Экологическая чистота применяемых сырьевых материалов гарантирует полную безопасность газобетонных изделий для человека. Радиационный фон газобетона не превышает 9–11 мкр/ч. Это пористый материал, поэтому в доме, построенном из газобетона, дышится так же легко, как и в деревянном.

      Звукоизоляционные свойства газобетона, благодаря его пористой ячеистой структуре, в 10 раз выше, чем у кирпичной кладки. При наличии воздушного зазора между слоями газобетона или при отделке поверхности стен более плотными материалами, обеспечивается звукоизоляция в 45–50 дБ.

      Пожаробезопасность. Поскольку для изготовления газобетона берется лишь природное минеральное сырье, то нет и опасности возгорания. Газобетон, будучи неорганическим и негорючим материалом, выдерживает одностороннее воздействие огня в течение 3–7 ч. Это материал, способный защитить металлические конструкции от прямого воздействия огня. Газобетон морозостоек, что объясняется наличием резервных пор, в которые вытесняется при замерзании лед и вода. Сам материал при этом не разрушается. Считается, что при соблюдении технологии строительства морозостойкость материала превышает 200 циклов. При низкой объемной массе (например, 500 кг/м3) газобетон имеет достаточно высокую прочность на сжатие — 28–40 кгс/см3, за счет автоклавной обработки (для сравнения: пенобетон — 10–15 кгс/ см3).

      Конструкционность. За счет совершенствования технологических  процессов, точности резки, обеспечивающей погрешность не более 0,5–1 мм, предприятиям-производителям удается выпускать широкий ассортимент  продукции. Обычно производятся блоки  с размерами 600(250 мм различной толщины (от 50 до 500 мм с шагом 25 мм), а также перемычки, плиты перекрытий и покрытий под рулонную кровлю, U-образные блоки, служащие опалубкой для заливки монолитных поясов и оконных перемычек непосредственно по месту. Для объективного рассмотрения некоторых характеристик, таких как долговечность, морозостойкость и пр., не хватает практики: построенные из кирпича дома стоят несколько сотен лет, а здания из газобетона стали строить относительно недавно, поэтому многие показатели газобетона известны лишь из теории.

    На  предприятии КДСМ выпускаются блоки газосиликатные размером 250\300\600мм. Марка газобетона по плотности Д500. Коэффициент теплопроводности ячеистого бетона в сухом состоянии l₀ = 0,12 Вт/(м·°С) (фактическое значение коэффициента теплопроводности ячеистого бетона в сухом состоянии не должно превышать приведенные значения более чем на 10 %). Коэффициент паропроницаемости ячеистого бетона не менее m = 0,20 мг/(м·ч·Па). Усадка при высыхании ячеистых бетонов не превышает 0,5 мм/м (для конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных ячеистых бетонов, изготовленных на кварцевом песке).  

      Цемент

      Для производства данного вида изделий  применяется портландцемент марки  ПЦ 500 Д0. ГОСТ 10178 и дополнительным требованиям: удельная поверхность (по прибору ПСХ-2) в пределах 3000-4000 см2/г, начало схватывания не позднее 2ч, конец – 6ч. Содержание в клинкере трехкальциевого алюмината не должно превышать 6%. 

      Известь

      Известь не гашеная должна удовлетворять  требованиям ГОСТ 9179-70 «Известь строительная» и дополнительным требованиям содержание активных СаО и MgO не менее 70% и «пережога» - не более 2%, скорость гашения от 5 до 25 минут. 

      Песок

      Предпочтение  отдается кварцевым пескам, содержащим не менее 80 % кремнезема. В последнее время для производства ячеистых бетонов используют пески с меньшим содержанием кремнезема, например мелкие строительные, барханные, применение которых позволяет исключить или значительно сократить затраты на помол.

      Почти все заводы, производящие помол кремнеземистого компонента, работают по мокрому способу с подачей в шламбассейн. Средняя тонкость помола кремнеземистого компонента составляет 280—320 м2/кг, известково-песчаного вяжущего — 450—500 м2/кг. 

      Газообразователь

      В качестве газообразующего компонента применяют водоалюминиевую суспензию, которую готовят из алюминиевой пудры (марок ПАП-1 и ПАП-2, соответствующие требованиям ГОСТ 5494—71Е) или из пасты в специальной установке, обеспечивающей взрывобезопасность ее приготовления. Начало газовыделения — через 1—2 мин. Так как пудра пожароопасная, то с точки зрения техники безопасности ее необходимо хранить в металлической герметической таре. 

      Ускоритель  схватывания

      Натрий  сернокислый (сульфат натрия) – Na₂SO₄, удовлетворяющий ГОСТ 21458-75 «Сульфат натрия кристаллизационный. Технические условия».

      Бесцветные  кристаллы. Встречается в природе  в виде минерала тенардита. В природе кристаллогидрат Na₂SO₄·10H₂O образует минерал мирабилит (глауберову соль). Способ получения сульфата натрия — взаимодействие NaCl с H₂SO₄ в специальных «сульфатных» печах при 500—550°С.

      Доставляется  на предприятие в мешках, массой 40-50кг. Упакованный сульфат натрия хранят в неповрежденной упаковке в  крытых складских помещениях, в неупакованном  виде – в крытых складских помещениях с цементным, асфальтовым или кирпичным полом.  

где, 12 – число  праздников в году;

52 - число выходных дней в году. 

   Таблица 1 – Сменность работы цехов предприятий

Годовой фонд времени  Т_г,ч определяют по формуле:

где 301 – число рабочих дней в году;

3 – число  смен в день;

8 – средняя  продолжительность одной смены. 

    Часовая производительность технологической  линии Р_ч, м³/ч, рассчитывают по формуле

Р_ч = Р_н/Т_г

Р_ч = 152500/7224 = 21,11 м³/ч

Где Р_н – проектная производительность технологической линии, м³/год (из задания на курсовое проектирование);

Т_г – годовой фонд времени работы, ч.

    Суточную  производительность технологической  линии Р_сут, м³/сут высисляют по формуле

Р_сут = Р_н/301

Р_сут = Р_н/301 = 506,64 м³/сут

Где Р_н – проектная производительность технологической линии, м³/год;

301 – номинальное количество рабочих суток в год для предприятия.

    Сменную производительность технологической  линии Р_см, м³/смену, определяют по формуле

Р_см = Р_сут/3

Р_см = 506,64/3 = 168,88

Где Р_сут – суточная производительность технологической линии, м³/сут;

3 – число  рабочих смен в сутки. 

2. Технологическая часть
0. 2.1 Анализ существующих схем производства газосиликатных изделий

       Процесс приготовления газобетонной смеси включает:

       -помол сырьевых материалов до требуемой дисперсности;

       -подготовку  алюминиевой суспензии;

       -дозирование  сырьевых компонентов в необходимых  количествах;

       -перемешивание  отдозированных компонентов сырьевой  смеси в смесителях специальной  конструкции. 

    Подготовка  сырьевых материалов

    Подготовка  сырьевых материалов в технологии ячеистых бетонов заключается, прежде всего, в их измельчении. Это связано с тем, что повышение дисперсности исходных материалов способствует улучшению их реакционной активности. В результате можно уменьшить расход вяжущего, повысить прочность изделия при одновременном уменьшении их средней плотности. При недостаточной удельной поверхности обязательному измельчению должны быть подвергнуты кремнеземистые компоненты. Применяют два способа измельчения — мокрый и сухой.

    Мокрый  способ предусматривает совместный помол извести и кремнеземистых компонентов (песка, золы, шлака и т. п.) в шаровой или вибромельнице в присутствии воды с целью получения шлама. Возможен также вариант мокрого помола кремнеземистых компонентов (получение шлама), сухого помола известково-кремнеземистого вяжущего и смешение вяжущего со шламом, обеспечивающее получение суспензии требуемой текучести.

    Сухой способ предусматривает совместный помол сырьевой шихты, состоящей  из извести, кремнеземистого компонента и цемента без добавления воды.

    Если  есть возможность выбора, то предпочтение следует отдать мокрому помолу, так  как он менее энергоемкий по сравнению  с сухим (на 10—15%), а так же более интенсивный.

    В обоих случаях для ускорения процесса помола целесообразно вводить ПАВ в количестве 0,1—0,3 % массы сухих компонентов смеси. 

    Усреднение  и хранение песчаного шлама производят в шламбассейнах. Расчетную плотность  шлама принимают:

    - при вибро- и ударной технологии 1700 кг\м3

    - при литьевой технологии 1600 кг\м3

    Условия, при которых после отключения виброплощадки в период стабилизации газовыделения происходит быстрое восстановление разрушенной вибрацией структуры, блокирующей уход газовых пузырьков и препятствующей осадке смеси, являются оптимальными при вибровспучивании. Мелкие поры, получаемые при использовании вибротехнологии, обусловливают малую подъемную силу пузырьков и соответственно более легкую блокировку в массиве. В момент прекращения вибровоздействия ячеистая смесь должна «застыть», зафиксировав свою макроструктуру.

    В качестве газообразующего компонента применяют водоалюминиевую суспензию, которую готовят из алюминиевой пудры или из пасты в специальной установке, обеспечивающей взрывобезопасность ее приготовления.

    Для дозирования вяжущих, шлама и  воды применяют весовые дозаторы с электронно-тензорезисторными устройствами с точностью для вяжущего ±1%, а для кремнеземистого компонента ±2%.

    Газобетонную  смесь готовят в гидродинамическом  или вибросмесителе. Последовательность загрузки сырьевых материалов следующая: песчаный шлам+ вода+ вяжущее или вода+ сухой песок+ вяжущее+ добавки. После 2-х мин. Перемешивания в смеситель подают заданное количество суспензии алюминиевой пудры и смесь перемешивают еще 1-2 мин. 

    Формование

    Технология  формования выбирается в зависимости  от номенклатуры выпускаемой продукции и исходного сырья в соответствии с технологическим регламентом.

    Формование  изделий из ячеистого бетона может  быть осуществлено по одной их схем:

    - агрегатно-поточная в индивидуальных форма -  эта схема предусматривает перенос формы с изделием от поста к посту. Для нее характерна низкая автоматизация процесса;

    - агрегатно-поточная с механизированной  разрезкой массива;

    - конвейерная с механизированной  разрезкой массива – характеризуется полной автоматизацией процесса.

    Формование  изделий включает подготовку форм, укладку в формы арматурных каркасов и закладных деталей, заполнение форм бетонной смесью, предварительное выдерживание отформованных изделий.

    Подготовка  форм предусматривает их очистку, смазку и подогрев до 40°С. 

    Формование  может происходить двумя способами:

    - вибро – и ударной технологии;

    - литьевой технологии (медленный,  но простой по сравнению с  вибро- и ударной технологией).

    При литьевой технологии ячеисто-бетонные смеси отличаются повышенной подвижностью за счет высокого водозатворения (В/Т=0,45…0,65; текучесть по Суттарду 22—44 см). Вспучивание массы происходит в неподвижных формах в течение 20—50 мин, вызревание — 4—6 ч. Повышение В/Т требует высокомарочных вяжущих и увеличения их расхода, увеличивает продолжительность цикла производства изделий.

    Суть  вибрационной технологии изделий из газобетонов состоит в более  низком водозатворении сырьевой смеси (В/Т=0,3..0,4; текучесть по Суттарду 9—12 см) и в интенсификации процесса вспучивания при применении вибровоздействия за счет использования явления тиксотропии (разжижения) и ускорения хода реакции газовыделения. Продолжительность вибровспучивания — 10±2 мни. Способ впервые в мировой практике разработан и применен в нашей стране.

    Известно, что при отсутствии активного воздействия, т. е. при напряжениях, не превышающих напряжений предельного сдвига, ячеистые смеси ведут себя как типично твердые тела. Картина резко меняется при приложении к ним вибрации, при определенных режимах которой коагуляционная структура ячеистой смеси с пленочными неводостойкими контактами может полностью потерять свои пластические свойства.

      Поризация смеси осуществляется на стадии формирования материала за счет взаимодействия газообразователя (алюминиевой пудры) с известью. Образующийся в результате коррозии алюминия водород выделяется в свободном состоянии в виде газовых пузырьков, используемых для вспучивания газобетонной массы. Данная технологическая стадия является весьма ответственной, предопределяющей формирование пористой структуры материала.  

    «Горбушку»  срезают механизированным способом при достижении поверхностным слоем пластической прочности 0.01 -0.015 МПа или прикатку изделий при пластической прочности 0.015- 0.02 МПа,

    Подъем  форм с изделиями или массивами  производят шарнирными траверсами или специальными захватами, предотвращающими перегас форм.

    При производстве мелких блоков и панелей  для разрезки массивов применяют различные комплексы резательных агрегатов типа «Универсал—60», «Виброблок» и др.

    Отходы  смеси, полученные при срезке «горбушки», разрезке мисси нов, повторно используют путем перекачки перемешанной с водой «горбушки» в смеситель.

    Твердение отформованных изделий в индивидуальных формах или полученных в результате разрезки массивов производят в автоклаве.

    Распалубку  после выгрузки изделий из автоклава производят при разности температуры поверхности изделий и окружающего воздуха не более 40 °С, Продолжительность остывания крупно-размерных изделий в формах до распалубки должна быть не менее 4 ч. 
 

       Песок завозится на рабочую площадку и  выгружается в песочный бункер. Песок загружается в загрузочную воронку, откуда он поступает в шаровую мельницу  по конвейерной ленте с системой взвешивания. Сюда же, в шаровую мельницу, подается вода, известь и ускоритель схватывания (сульфат натрия). Здесь будет происходить гашение извести:

       CaO + H₂O = Ca(OH)2, экзотермический процесс.

       Механизм  действия сульфата натрия заключается в том, что реагируя с гидратом окиси кальция, выделяющимся из цемента, он образует гипс по формуле: 

       Ca(OH) + Na₂SO₄ + nH₂O = CaSO4 x 2H₂O + 2NaOH + H₂O

       NaOH + Al = Na₂O x Al₂O₃ + H₂ ↑

       Образующийся  мелкодисперсный гипс реагирует с трехкальциевым гидроалюминатом (3СаО*Al₂О₃*6Н₂О) и способствует гидросульфоалюминатом кальция (3СаО*Al₂О₃*3СаSO₄*31Н₂О).

       Песок перемалывается с водой, известью и  сульфатом натрия до состояния жидкого раствора, который насосом загоняется в шламбассейн

       По обводной трубе из бункера с песочным раствором он перекачивается через охлаждающую систему для раствора, чтобы получить раствор приемлемой температуры (около 40^о С).

       Алюминиевый порошок поставляется в бочках. Алюминий дозируется винтовым конвейером в рассеивающем резервуаре, наполненном водой, в присутствии ПАВ. После перемешивания с помощью мешалки алюминиевая суспензия дозируется и выливается в смеситель.

       Вяжущие вещества на предприятие доставляются ж/д транспортом и автоцементовозами. Эти материалы хранятся в силосах. Вяжущие вещества (гипс и цемент) взвешиваются дозаторами и загружается в смеситель.

       Компоненты  в смесители смешиваются в  определенной последовательности: песчаный шлам + вода + цемент, гипс + алюминиевая суспензия.

       В перемешивающем устройстве исходный материал перемешивается до получения однородной смеси, затем выливается в форму. 

       Форма, помимо своего прямого назначения, также служит платформой для транспортировки блоков при изготовлении на более поздней стадии. Форма смазывается смазкой и переправляется в секцию разливки, где стоит, пока перемешивающее устройство не будет готово для разливки смеси.

       После разливки  форма перемещается по транспортеру в созревающую секцию.  В созревающей секции свежая смесь  затвердеет до требуемой прочности (0,01-0,015 МПа).

       Образование гидроалюмината кальция и пористой структуры:

       2Al + 3Ca(OH)₂ + 6 H₂O -> 3CaO∙ AL₂O₃∙6 H₂O + 3H₂ ↑(поры) 

       После выдержки в созревающей камере массив перемещают из камеры созревания  тем же многофункциональным транспортером, который устанавливает форму с массивом на линию резки.

       Тележка на линии резки переносит блок через разные этапы резки и контурной обработки. Вначале струнами отрезают «горбушку» и разрезают массив по длине блока.

       После вертикальной резки блок проходит через горизонтальный режущий автомат, для резки блока по толщине. Струны располагаются под углом к движению тележки для избегания вырывания материала на ведомом конце массива.

       После горизонтальной резки платформа  с массивом переходит в положение  поперечного (вертикального) распила. Работа режущего автомата препятствует двойную распилку и гарантирует точные размеры. 

       Под линией резки располагается шламканал. В него попадают отходы распиленного массива. Эти отходы растворяются в  воде для получения обратного шлама соответствующей плотности, который подается в обратный шламбассейн.

       Тележки въезжают в автоклав через многофункциональный  транспортер, работающий перед автоклавами.

       В автоклавах  массивы обрабатываются при давлении около 12 атм.

       Автоклавное твердение (12ч, 190°C,12атм):

       6SiO₂ + 5 Ca(OH)₂ + 5 H₂O -> 5CaO∙6SiO₂∙5 H₂O  (гидросиликат кальция, фазы C-S-H)

       По  окончании автоклавного процесса тележка доставляет массивы на   разгрузку разделительное устройство.

       После разделения разгрузочный кран переносит массивы на линию упаковки блоков, где они укладываются на деревянные поддоны и упаковываются.