Виды, размеры и марки кирпича

1. Введение

Несмотря на то, что кирпич - это один из самых древних материалов, он и сегодня является наиболее применяемым в строительстве, как в жилищном, так и в гражданском. До недавнего времени основное количество кирпича производилось методом пластического формования. К недостаткам этого метода необходимо отнести то, что необходима сушка отформованного кирпича. Для получения качественной поверхности кирпича необходимо, чтобы процесс сушки происходил медленно. В результате сушка занимает от 3-х дней до нескольких недель, и, несмотря на то, что многие заводы вводят в глину целый комплекс элементов для уменьшения растрескивания кирпича в процессе сушки (шамот, опилки, уголь, сланец и др.), все равно добиться, чтобы кирпич не растрескался, удается немногим. Вторым недостатком метода пластического формования является то, что для получения качественного кирпича глину необходимо качественно переработать, что требует больших затрат на электроэнергию. Поэтому большинство отечественных предприятий использует минимальный комплект перерабатывающего оборудования, что отнюдь не способствует качеству выпускаемого кирпича.

              Особенно хочется сказать об использовании парка сушильных и обжиговых вагонеток. Так, для кирпичного завода мощностью 10 млн штук кирпича в год, требуется около 100 обжиговых вагонеток, 500-800 сушильных вагонеток и около 20000 сушильных рамок. Учитывая, что и те и другие вагонетки работают в агрессивных средах, срок их эксплуатации небольшой, и как следствие стоимость ремонта и возобновления парка вагонеток занимает значительное место в себестоимости кирпича. Применение современного оборудования западных фирм, таких как Келлер (Keller), Серик (Ceric), Морандо (Morando), позволяет частично избавиться от этих недостатков и получить качественный кирпич. Однако этот кирпич весьма дорог и используется в основном более богатой частью населения, а стоимость одного только оборудования оценивается десятками миллионов долларов, так, что едва ли заводы, использующие импортное оборудование найдут широкое применение в России.

Американская фирма «J.C..Steele & Sons», штат Северная Каролина, свыше двухсот лет занимается производством кирпича и свыше ста лет производит оборудование для кирпичной промышленности. На ее оборудовании производится свыше 15% мирового выпуска керамического кирпича и почти 100% мирового выпуска «жестко» экструдированного кирпича.              

              «Жесткая» экструзия – это доминирующая технология в производстве керамического кирпича в США, Канаде, Англии, ЮАР, Австралии, Корее, Японии, Саудовской Аравии и др. В отличие от пластичной экструзии и полусухого прессования, «жесткая» экструзия была не очень хорошо известна в СССР, несмотря на то, что эта технология наилучшим образом подходит почти для всех типов сырья России и других стран СНГ.

              При «жесткой» экструзии получается очень прочный и плотный пустотелый или полнотелый кирпич-сырец, который можно укладывать вручную или автоматом-садчиком на под печных вагонеток в пакеты высотой до 1,8 м для сушки и обжига, при этом пакеты кирпича-сырца после садки проходят сушку в туннельной сушилке и обжиг в туннельной печи без перекладки, что значительно упрощает технологическую схему, снижает количество машин, и, соответственно, эксплуатационные и трудовые затраты. Основные преимущества и достоинства технологии «жесткой» экструзии:

- «Жесткая» экструзия позволяет работать с высокопластичными аллювиальными и кембрийскими глинами, а также использовать запесоченные и низкопластичные глины и суглинки, в т.ч. содержащие каменистые включения. Подготовка сырья может быть менее тщательной, чем при «пластичной» технологии, часто даже примитивной. Учитывая, что большинство глин и суглинков России имеют низкую пластичность и содержат большой процент песчаных частиц, «жесткая» технология идеально подходит для производства высококачественного кирпича на российских кирпичных заводах.

- Высокая прочность бруса после экструзии позволяет наносить любую текстуру или красители на поверхность кирпича.

- Изделия, полученные методом «жесткой» экструзии имеют высокое качество поверхности и значительно более высокие прочностные и геометрические характеристики. В связи с высокой степенью плотности и компактности массы снимаются проблемы морозостойкости изделий. 

- Инвестиции в строительство новых кирпичных заводов с применением технологии «жесткой» экструзии примерно на 30-35% ниже, чем при строительстве заводов с технологией «пластичной» экструзии, а площадь зданий на 40-45% меньше.

- Одним из наиболее дешевых и эффективных методов реконструкции существующих кирпичных заводов является их перевод на технологию «жесткой» экструзии, что позволяет выпускать высококачественный лицевой кирпич. Особенно легко могут быть реконструированы заводы «полусухого» прессования.

- Реконструкция большинства Российских заводов на технологию «жесткой» экструзии не потребует больших капиталовложений, однако даст возможность увеличить производительность завода, резко улучшить качество и ассортимент продукции.

В производстве кирпича методом жесткой экструзии в качестве сырья будет использоваться кембрийская глина – 70% и золы мусороперерабатывающих заводов – 30%. Добавление золы в качестве компонента позволяет:

- при минимальных капитальных затратах, связанных с организацией дозированного ввода золы, сделать безотходной утилизацию осадков промышленных и бытовых сточных вод городского коммунального хозяйства;

- расширить сырьевую базу для производства золокерамических камней и кирпичей с одновременным снижением себестоимости готовой продукции за счет снижения стоимости сырьевой смеси и уменьшение расхода газа на обжиг;

- снизить потребление природных ресурсов (песка, газа );

- получить строительные экологически чистые изделия.

              Производимый кирпич должен соответствовать стандарту, распространяющегося на кирпич, изготовленный из глин, трепелов и диатомитов методами пластического формования или полусухого прессования с добавками или без них, с нанесением фактурного слоя или без него. Кирпич и камни предназначаются для кладки и одновременной облицовки наружных и внутренних стен зданий и сооружений.

1. Виды, размеры и марки кирпича

1.1. Кирпич и камни по ГОСТ 530-95 изготовляют из глинистых и кремнезёмистых пород (трепела, диатомита), лёссов и промышленных отходов угледобычи, углеобогащения, а также зол, шламов с минеральными и органическими добавками или без них. Кирпич можно изготовлять полнотелым или пустотелым, а камни - только пустотелыми.

1.1.1 Основные параметры и размеры.

Кирпич и камни в зависимости от размеров подразделяются на виды, указанные в таблице 1.1.1.

Таблица 1.1.1.

По теплотехническим свойствам и плотности (объёмной массе) кирпич и камни в высушенном до постоянной массы состоянии подразделяются на три группы:

                        эффективные, улучшающие теплотехнические свойства стен и позволяющие уменьшить их толщину по сравнению с толщиной стен, выполненных из обыкновенного кирпича. К этой группе относят кирпич плотностью не более1400 кг/м3 и камни плотностью не более 1450 кг/м3;

                        условно эффективные, улучшающие теплотехнические свойства ограждающих конструкций. К этой группе относят кирпич плотностью свыше 1400 кг/м3 и камни плотностью свыше1450 и до 1600 кг/м3;

                        обыкновенный кирпич плотностью свыше 1600 кг/м3.

Масса кирпича и камней должна удовлетворять требованиям ГОСТ 22951-78.

По прочности кирпич и камни подразделяют на марки 300,250, 200, 175, 150, 125, 100, 75.

По морозостойкости кирпич и камни подразделяются на марки Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35 и Мрз 50.

1.1.2 Технические требования.

Кирпич и камни должны удовлетворять требованиям настоящего стандарта и изготовляться по технологическим регламентам, утверждённым в установленном порядке.

Предел прочности при сжатии и изгибе кирпича и предел прочности при сжатии камней по площади брутто (без вычета площади пустот) должны быть не менее значений, указанных в таблице 1.1.2.

Таблица 1.1.2.

Кирпич и камни керамические имеют форму прямоугольного параллелепипеда с прямыми рёбрами и углами и ровными гранями на лицевых поверхностях. Поверхность граней может быть рифлёной. Допускается изготовление кирпича и камней с закруглёнными углами радиусом закругления до 15 мм. Пустоты в кирпиче и камнях должны располагаться перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными и несквозными. Размер сквозных цилиндрических пустот по наименьшему диаметру должен быть не более 16 мм, ширина щелевидных пустот - не более 12 мм. Диаметр несквозных пустот не регламентируется. Размер горизонтальных пустот не регламентируется. Толщина наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм.

Отклонения от установленных размеров и показателей внешнего вида кирпича и камней не должны превышать на одном изделии следующих значений:

1.                        Отклонение от размеров, мм:

                        по длине                             ________              ±7

                        по ширине              ________               ±5

                        по толщине:

кирпича              ________              ±3

камня                            ________              ±4

2.                        Непрямолинейность ребер и граней кирпича и камней, мм, не более:

                        по постели              ________               4

                        по ложку                             ________              6

3.                        Отбитости углов глубиной от 10 до 15 мм, шт._______2

4.                        Отбитости и притупленности ребер, не доходящие до пустот, глубиной более 5 мм, длиной по ребру от 10 до 15 мм, шт.__________2

5.                        Трещины протяжённостью по постели полнотелого кирпича до 30 мм, пустотелых изделий не более, чем до первого ряда пустот (на кирпиче- на всю толщину, на камнях- на ½ ложковой или тычковой граней), шт.

                        на ложковых гранях_________________1

                        на тычковых гранях_________________1

Общее количество кирпича и камней с отбитостями, превышающими допускаемые, не должно быть более 5%. Количество половняка в партии не должно быть более 5%.

Половняком считают изделия, состоящие из парных половинок или имеющие трещины протяжённостью по постели полнотелого кирпича более 30 мм, пустотелых изделий - более чем до первого ряда пустот (на кирпиче на всю толщину, на камнях на ½ ложковых или тычковых граней).

Недожог и пережог  кирпича и камней являются браком; поставка таких изделий потребителю не допускается.

Известковые включения (дутики), вызывающие после испытания разрушение изделий или отколы на их поверхности размером по наибольшему измерению от 5 до 10 мм в количестве более трёх, не допускаются.

Водопоглощение кирпича и камней, высушенных до постоянной массы, должно быть для полнотелого кирпича не менее 8%, для пустотелых изделий - не менее 6%.

Кирпич и камни в насыщенном водой состоянии должны выдерживать без каких-либо признаков видимых повреждений (расслоение, шелушение, растрескивание, выкрашивание) не менее 15, 25, 35, и 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания, в зависимости от марки по морозостойкости.

Кирпич и камни высшей категории качества должны удовлетворять требованиям:

                  пустотелые должны быть эффективными или условно эффективными и иметь марку по прочности не менее 100;

                  полнотелый кирпич должен иметь марку по прочности не менее 150;

                  морозостойкость изделий должна быть не менее Мрз 25;

                   общее количество кирпича и камней с отбитостями, превышающими допускаемые, не должно быть более 3%.

2. Исходные данные для проектирования.

Производительность завода – 60 млн шт./год;

состав сырья: 70% кембрийской глины + 30% золы мусоросжигательных заводов;

влажность глины – 15%, влажность золы – 3%;

ППП – 5%;

Масса готового изделия – 2,7 кг.

Масса сырого изделия – 3 кг.

3. Описание технологической схемы.

Подготовка глины, золы для производства кирпича, и общая технологическая схема производства кирпича происходит следующим образом:

1)     Материал доставляется на предприятие по изготовлению кирпича для механической обработки. Глина поступает в ящичный питатель с глинорыхлителем, который подает подошедшую к выходному отверстию питателя глину, частично разбивает попадающиеся на пути куски и сбрасывают глину на камневыделительные вальцы для выделения камней и крупных включений. Также в питатель подаются отходы после формования, которые заново подготавливаются и возвращаются в технологический процесс.

2)     Камневыделительные вальцы одновременно перерабатывают глину как гладкие вальцы, а каменистые включения подводятся к одному концу вальцов спиралями и по желобу выбрасываются.

3)     Подготовленная измельченная глина и зола мусороперерабатывающих предприятий поступают в смеситель двухвальный, где перемешиваются и увлажняются необходимым количеством воды до достижения заданной влажности массы.

4)     Из смесителя подготовленная масса подается на вальцы тонкого помола, где осуществляется окончательное измельчение до необходимых размеров фракций, а затем в глинорастиратель.

5)     Готовая обработанная масса подается в пресс формования (экструдер), соединенный с резательным аппаратом. Проволока резательного автомата отрезает кирпич от глиняной ленты и мгновенно отходит обратно. Отрезанный кирпич попадает (на ребро) на подкладочные деревянные рамы, движущиеся на 2-3 см. ниже глиняной ленты. Так как скорость движения рам несколько больше, чем глиняной ленты, то между отрезанными кирпичами образуются промежутки, необходимые при последующей сушке. После расфасовки по рамам, сырец подаётся в сушильную камеру. По заполнении камера плотно запирается и обогревается. Для сушки применяют тепло отработанного пара, остывающего обожженного кирпича, а в некоторых случаях тепло дымовых газов.

6)     Высушенный кирпич при помощи различного рода подъёмников и вагонеток подаётся в печь для обжига. Обжиг кирпича обычно производится в кольцевых печах или “ зиг-заг “, а в последнее время в туннельных печах.

4. Расчет материального баланса

Примем, что печь работает непрерывно 350 дн. в году, а все остальное оборудование – в 2 смены по 12 часов. Тогда, зная, что масса готового изделия – 2,7 кг получаем:

60 млн. шт/год = 7143 шт/час = 19286 кг/час на выходе.

Расчет массы сырья, подаваемого на каждый этап производства с учетом потерь:

1). Расчет необходимого количества сырца, поступающего в печь после резки из экструдера.

Известно, потери в печи составляют: 3% - брак, 5% - ППП, 15% - влажность массы. Тогда масса заготовок, поступающих на обжиг, равна:

M=19286*100/(100-3-5-15) = 25 047 кг.

2). Расчет необходимого количества сырья, поступающего в экструдер.

Известно, что потери при формовании составляют 3%, из которых 2% - обратимые потери.

М=25047*100/(100-3)=25 822 кг.

Рассчитываем возвратимые потери:

М=25822*2/100=516 кг

3). Расчет необходимого количества сырья, поступающего в глинорастиратель.

Известно, что потери в глинорастирателе составляют 1%.

М=25822*100/(100-1)=26 083 кг

3). Расчет необходимого количества сырья, поступающего в вальцы тонкого помола.

Известно, что потери на глинорастирателе составляют 2%.

М=26083*100/(100-2)=26 615 кг

4). Расчет необходимого количества золы, глины и воды, поступающих в смеситель двухвальный.

Известно, что потери в смесителе двухвальном составляют 3%.

М=26615*100/(100-3)=27 43 8кг

Из исходных параметров известно, что для производства сырья используется 70% кембрийской глины с вл. 15% и 30% золы с вл. 3%.

М глины, поступающей в вальцы: М=27438*70/100=19 206 кг

М золы, поступающей на вальцы: М=27438-19206=7 231 кг.

Необходимо рассчитать количество воды, которое необходимо добавить в вальцы, чтобы зола и вся смесь достигла заданной влажности 15%. Известно, что исходная зола имела 3% влажности. Соответственно, необходимо добавить количество воды, равное 12% от массы золы.

М воды, подаваемой в смеситель: М=7231*12/100=988 кг.

5). а) Расчет необходимого количества глины, поступающей в вальцы камневыделительные.

Известно, что потери на камневыделительных вальцах составляют 2%.

М=19206*100/(100-2)=19 598 кг

6). Расчет необходимого количества глины, поступающей в ящичный питатель с глинорыхлителем.

Известно, что потери в ящичном питателе с глинорыхлителем составляют 2%.

М=19598*100/(100-2)=19 998 кг

7). Расчет необходимого количества золы, поступающей в ящичный питатель.

Известно, что потери в ящичном питателе составляют 2%.

М=7231*100/(100-2)=7 379 кг

Итоговый материальный баланс производства по заданным условиям сведен в табл. 3

Табл. 3

Сводный материальный баланс.

5 Расчет количества основного и вспомогательного оборудования.

Количество основного оборудования N находят путем деления часового расхода материала на данном переделе (ачас), определенный по материальному балансу, на коэффициент использования и производительность агрегата: N=ачас/(K*P).

Сначала задаем теоретический коэффициент использования оборудования, примем К=0,8. После определения количества агрегатов, рассчитываем фактический коэффициент использования оборудования: K=aчас/(Р*N)

1). Расчет необходимого количества ящичных питателей для глины и золы:

N=ачас/(K*P).

Nдля глины  =19998+516/30000*0,8 = 0,85 ≈1 шт.

Кфакт =19998+516/30000*1 = 0,68

Nдля золы  =7379/10000*0,8 = 0,92 ≈1 шт.

Кфакт =7379/10000*1 = 0,7

2). Расчет необходимого количества глинорыхлителей:

N=ачас/(K*P).

N=19998+516/50000*0,8 = 0,51 ≈1 шт.

Кфакт =19998/50000*1 = 0,4

3). Расчет необходимого количества вальцов камневыделительных:

N=ачас/(K*P).

N =19598/25000*0,8 = 0,98 ≈1 шт.

Кфакт =19998/25000*1 = 0,82

4). Расчет необходимого количества смесителей двухвальных:

N=ачас/(K*P).

N=19206+7231+988/64000*0,8 = 0,54 ≈1 шт.

Кфакт =27425/64000*1 = 0,43

5). Расчет необходимого количества вальцов тонкого помола:

N=ачас/(K*P).

N=26615/50000*0,8 = 0,66 ≈1 шт.

Кфакт =26615/50000*1 = 0,53

6). Расчет необходимого количества глинорастирателей:

N=ачас/(K*P).

N=26615/50000*0,8 = 0,66 ≈1 шт.

Кфакт =26615/50000*1 = 0,53

7). Расчет необходимого количества экструдеров:

N=ачас/(K*P).

N=25822/0,8*37500 = 0,86 ≈1 шт.

Кфакт =25822/1*37500 = 0,7

Результаты расчетов сведены в табл. 4.

Табл. 4

Ведомость основного технологического оборудования