Производство фибролита

содержание

введение

Актуальность темы связана с тем, что фибролит –многофункциональный, экологически безопасный, обладающий тепло- и звукоизоляционными, влаго- и огнестойкими, высокими прочностными свойствами материал.

Фибролит может заменить традиционные виды строительных материалов, так как он не горит, морозо- и  влагостоек. Строение из фибролита «дышат», то есть летом будет свежо, а зимой временные колебания температуры на улице окажут незначительное влияние на энергорасход.

Фибролит можно монтировать даже при низких температурах. Он легко обрабатывается - его можно пилить, сверлить и вбивать в него гвозди. В него хорошо ввинчиваются шурупы и саморезы. При строительстве из фибролита не требуется тяжелая строительная техника. Материал экологичен, безопасен для здоровья человека и окружающей среды.

Высокие теплоизоляционные свойства фибролитовых плит  позволяют существенно снизить затраты на подогрев бетона, проводить в зимних условиях заливку бетонного раствора сразу на целый этаж здания.

Фибролит – хороший теплоизоляционный материал и имеет достаточную несущую способность. Фибролит используется в зданиях с древесным каркасом для обшивки стен, устройства перегородок, перекрытий как конструктивный, тепло- и звукоизоляционный материал. Его применение не ограничивается только строительством, он с успехом применяется для декоративной отделки стен, в качестве подвесных потоков, а также в Европе широко используется как звукопоглощающие барьеры на автостраде, в аэропортах.

Ко всем достоинствам прибавляется еще и то, что срок службы фибролита на цементном вяжущем – не меньше 100 лет.

Температура внутренней поверхности фибролита начинает изменяться только по прошествии 9,46 ч от времени изменения температуры воздуха на улице (для минеральной ваты это значение составляет 1,84 ч).  Именно это доказывает неоспоримое преимущество применения фибролита как наиболее эффективного энергосберегающего материала.

Виды применяемого сырья и его свойства

Сырьевыми материалами для изготовления цементного фибролита являются древесина в виде древесной шерсти, цемент, минерализующие добавки и вода.

Древесную шерсть для фибролитов получают из неделовой древесины — дровяника, тонкомерного кругляка и отходов лесопиления без гнили с определенными допусками по кривизне и наличию сучков. При выборе древесины большое значение имеет наличие в ней водорастворимых веществ, вредно влияющих на процессы схватывания и твердения портландцемента.

Содержание водорастворимых веществ в древесине зависит от породы, части дерева, его возраста и времени рубки, а также от продолжительности вылеживания древесины на складе. Наименьшее количество водорастворимых веществ содержится в ели, затем идут пихта, тополь, сосна. Наиболее богаты ими береза, осина, бук. Поэтому древесную шерсть получают преимущественно из хвойных пород. В основании ствола содержится значительно больше водорастворимых веществ, чем в его середине. Древесина летней рубки значительно богаче ими, чем древесина зимней рубки.

Древесная шерсть для фибролитов — длинная тонкая древесная стружка длиной 200-500 мм, шириной 2-5 мм и толщиной 0,3-0,5 мм. Применение древесной шерсти толщиной менее 0,3 мм приводит к снижению прочности плит, а при толщине более 0,5 мм шерсть становится ломкой и менее эластичной.

В составе фибролита древесная шерсть выполняет роль наполнителя. Благодаря этому фибролитовые плиты обладают ценными качествами древесины, как натурального экологически чистого материала, её прочностью и отличной теплоизоляцией.

Для изготовления фибролита обычно применяют портландцемент марки не ниже 400, быстротвердеющий портландцемент либо шлакопортландцемент. Наиболее пригодны быстротвердеющие цементы с содержанием C3S более 60% и С3А — не менее 12%, обеспечивающие быстрый рост прочности цементного камня.

Содержание цемента обеспечивает готовым плитам прочность и долговечность использования.

Для нейтрализации вредного воздействия на цементный камень выщелачиваемых водорастворимых веществ и улучшения сцепления древесной шерсти с цементом древесную шерсть пропитывают растворами минеральных веществ — минерализаторов. Минерализаторами служат хлористый кальций, жидкое стекло и другие вещества.

Для минерализации древесной шерсти используем раствор жидкого стекла низкой концентрации. Его использование при изготовлении фибролита обусловлено тем, что при смешивании с цементом древесина выделяет водорастворимые сахара, препятствующие твердению цемента. При обработке древесной шерсти раствором жидкого стекла на ее поверхности образуется тончайшая водонепроницаемая пленка, которая препятствует взаимодействию сахаров древесины и цемента, при этом сокращая время «схватывания» цемента и улучшая «сцепление» древесины и цемента. Вводят минерализатор в строго определенном количестве, так как избыток или недостаток его существенно понижает прочность цементного камня и, следовательно, готовых плит.

Характеристика используемых сырьевых материалов приведена в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика сырьевых материалов

ВЫПУСКАЕМая ПРОДУКЦИя. характеристики

Фибролит в силу своей структуры имеет только форму плит, прочность которых на изгиб находится в пределах от 4 до 12 кг/см2.

Фибролитовые плиты - трудносгораемый, биостойкий материал, который делят на три марки и применяют в качестве теплоизоляционного (марки Ф-300), конструкционно-теплоизоляционного и акустического (марки Ф-400 и Ф-500) материалов в строительных конструкциях зданий и сооружений с относительной влажностью воздуха не выше 75%.

В зависимости от вяжущих веществ он разделяется на магнезиальный, доломитовый, цементный, известковотрепельный, гипсовый, битуминозный.

Фибролит бывает термоизоляционный и конструктивный. Первый применяют для утепления стен и покрытий, второй - для перегородок каркасных стен в сухих условиях. Фибролит считается местным материалом.

Для испытания фибролитовых плит применяют различные методы. Определение размеров плит производится с точностью до 1 мм по трем направлениям - длине, ширине и толщине, причем толщина измеряется в центре, по углам и по середине каждой стороны плиты.

Объемный вес фибролита определяют следующим образом: целую плиту или часть ее, вырезанную в виде образца прямоугольного сечения, измеряют по длине, ширине и толщине, определяют ее объем, затем образец взвешивают на весах с точностью до 10 г, после чего вес делится на объем.

Для определения влажности образцы взвешивают с точностью до 1 г и высушивают в сушильном шкафу при температуре +1050С до постоянного веса и помещают на склад стройматериалов. Влажность фибролитовых плит не должна превышать 15%.

Физико-механические показатели фибролитовых изделий различных марок должны соответствовать указанным в таблице 2.

Таблица 2. Физико-механические свойства фибролитовых плит

Фибролитовые плиты выпускаются правильной, прямоугольной формы, размерами:

• длина - 1500, 2000, 2500 и 3000 мм;
• ширина - 500 и 750 мм;
• толщина - 25, 50, 75 и 100 мм.

В зависимости от объемного веса фибролитовые плиты подразделяют на:

1. теплоизоляционные (250 - 400 кг/м3) с пределом прочности при изгибе 5 - 6 кг/см2;
2. конструктивные (500 - 600 кг/м3) с пределом прочности при изгибе не менее 8 - 10 кг/см2.

Номенклатура выпускаемой продукции представлена в таблице 3.

Таблица 3. Номенклатура выпускаемой продукции

Описание технологического ПРОЦЕССа

При мокром способе специальная минерализация не производится, а шерсть непосредственно окунается в цементный раствор, содержащий добавки жидкого стекла и хлористого кальция. Цементный раствор приготовляют в двухлопастной мешалке принудительного действия.

Приготовленный раствор выливают в ванну для окунания шерсти. Ванна для окунания имеет корытообразную форму. С одной стороны ванны установлена растворомешалка, а с другой в нее на глубину 0,4 м входит транспортер, установленный под углом 600. Транспортер приводится в действие мотором. Шерсть опускается в ванну вручную на 3 – 4 мин.

Далее фибролитовая шихта (шерсть, покрытая цементным раствором) подается транспортером на сетчатую раму виброгрохота, на котором из шихты удаляется избыток раствора. Размер ячеек сетки 10х10 мм, толщина проволоки 3 мм. Под сеткой установлен желоб для обратного стока излишка раствора. Затем шихта поступает в формы.

Производство фибролитовых плит мокрым способом имеет ряд недостатков:

1. во избежание осаждения  цемента необходимо все время  вручную перемешивать цементное  тесто в ванне;

2. цемент часто схватывается, что приводит к перерывам  работе  для чистки ванны и к потерям  цемента, которым обрастает оборудование;

3. при мокром способе  в фибролит вводится большое  количество воды, что отражается  на качестве плит.

При сухом способе все эти недостатки отпадают. По сухому способу шерсть (влажностью 20 – 25 %) смачивается минерализатором, посыпается цементом и тщательно перемешивается.

В данной курсовой работе производство фибролитовых плит будем вести сухим способом.

Первые попытки изготовить фибролит на портландцементе относятся к началу XX века. Однако они не увенчались успехом, поскольку или цемент не схватывался с древесной шерстью, или прочность полученного материала была недостаточной. Тогда возникло предположение, что древесина содержит вещества, которые препятствуют нормальному твердению цемента. Проведенные научные исследования показали, что причиной плохого схватывания цемента являются некоторые составные части древесины — «цементные яды».

Борьба с «цементными ядами» в древесине является одной из основных задач, от успешного решения которой в значительной степени зависит качество выпускаемых фибролитовых плит. К числу компонентов древесины, которые могут отрицательно воздействовать на цемент, относятся гемицеллюлоза, крахмал и экстрактивные вещества.   Крахмал в растениях находится в виде гранулированных зерен, не растворимых в холодной воде. При повышении температуры зерна частично растворяются. В лиственной древесине количество крахмала колеблется от 1 до 5 % в зависимости от породы; в древесине хвойных пород крахмала не находят.

Экстрактивными веществами, содержащимися в древесине, являются танниды (дубильные вещества), некоторые растворимые моносахара, органические кислоты, минеральные соли и кислоты, жирные и смоляные кислоты, летучие масла.

Органические кислоты  (уксусная, щавелевая, муравьиная) содержатся в древесине в незначительном количестве (до 0,2–0,3% от ее веса).

Растворимые сахара (сахароза, глюкоза, фруктоза и т. д.), обладая малым размером части (до 1 мкм), легко диффундируют через стенки клеток древесины и легко вымываются водой. Поэтому они наиболее опасны для цементного фибролита. Водорастворимые сахара, выделяющиеся из древесины, как бы отравляют частички цемента, изолируя их от воды, с которой они должны вступать в химическую реакцию, поэтому условно они и называются «цементными ядами». Кроме того, выделяющиеся из древесной шерсти водорастворимые сахара уменьшают щелочность среды (рН) цементного теста, в то время как высокое значение рН является необходимым условием для его твердения.

Обработка древесины с целью локализации экстрактивных веществ может осуществляться физическим или химическим способами, а также их комбинацией. Физическое воздействие может осуществляться кислородом (окисление), солнечными лучами, теплом и водой. Химическая локализация достигается путем обработки древесных частиц специальными веществами с целью перевода древесных сахаров в нерастворимые  или безвредные для цемента соединения. 

При выдерживании древесины на воздухе в ее составных частях происходят сложные биохимические и физико-химические процессы. Дубильные вещества окисляются и впитываются в стенки древесных клеток. Водорастворимые сахара подвергаются действию различных бактерий, бродят и  частично окисляются, а также остекловываются в процессе высыхания или кристаллизуются, переходя в менее растворимые формы по сравнению с сахарами, находящимися в соках свежесрубленного дерева. Посредством окисления древесины на воздухе, особенно при действии солнечных лучей, вредные для цемента компоненты (сахара, дубильные вещества, смолы) превращаются в безвредные нерастворимые в воде вещества.

В целях улучшения твердения фибролита в состав смеси вводят химические добавки — «минерализаторы». В данной курсовой работе в качестве минерализатора применяется жидкое стекло.

При обработке древесной шерсти раствором жидкого стекла,  помимо того, что оно воздействует на древесные сахара своей щелочной составляющей, на поверхности древесной стружки образуется тончайшая водонепроницаемая пленка, которая препятствует взаимодействию сахаров древесины и цемента.

Большинство минерализаторов, в том числе и жидкое стекло, являются ускорителями схватывания и твердения цемента. Благодаря ускорению процесса схватывания сокращается период взаимодействия ядов с цементом, а вследствие ускорения и активизации твердения цементного вяжущего более успешно преодолевается стабилизирующее действие экстрактивных веществ.

После пропитки древесной шерсти минерализатором ее смешивают с цементом и отправляют под пресс. В основе прессования лежит процесс связывания частиц цемента и древесной шерсти, осуществляемый под нарастающим давлением.

Далее плиты, зажатые в формах, подвергаются твердению в естественных или искусственных условиях. Первые сутки твердения являются наиболее показательными и одновременно решающим периодом для вызревания плит цементного фибролита. За это время в основном заканчивается химическое взаимодействие древесины с цементом, происходит формирование структуры материала, достигается распалубочная прочность.

ПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ. Основное технологическое оборудование

Процесс изготовления фибролитовых плит состоит из нескольких последовательных этапов:

1. подготовка сырья;
2. минерализация древесной шерсти для производства фибролита;
3. приготовление формовочной смеси;
4. формование плит фибролита;
5. тепловая обработка фибролитовых плит.

Подготовка древесного сырья – один из наиболее важных моментов в производстве цементного фибролита. От правильной подготовки древесного сырья зависит расход цемента, качество продукции, продолжительность производственного цикла. Подготовка и обработка древесного сырья слагается из следующих основных операций:  выдерживание, расторцовка, расколка и окорка.

Поступающую на склад (1) древесину укладывают в штабеля и выдерживают на открытом воздухе не менее 4 - 6 весенне-летних месяцев (выдерживание древесины в холодное время года не улучшает ее свойств). В дальнейшем древесина разгружается на специально отведенную площадку. По этой площадке передвигается балансирная пила (3), которой расторцовывают  сырье на чураки длиной 0,5 м. Кондиционные чураки диаметром до 20 см укладываются на транспортер , над которым установлен металлоискатель. Чураки с металлическими включениями сбрасываются с транспортера и идут в отход, а годные направляются дальше к гидроокорочному барабану. Чураки диаметром более 20 см и с внутренней гнилью по транспортеру двигаются к колуну. Здесь они раскалываются и по транспортеру направляются к гидроокорочному барабану.

Затем окороченные чураки подают к древошерстным станкам (4), на которых и вырабатывают древесную шерсть. Правильный выбор размеров древесной шерсти имеет большое экономическое и техническое значение. С увеличением толщины строгаемой шерсти возрастает производительность станков и снижается расход электроэнергии. Однако с толщиной шерсти связаны и такие свойства, как эластичность шерсти, прочность, качество поверхности, внешний вид и состояние кромок плит, а также удобоукладываемость шихты при формовании.

Полученная древесная шерсть пневмотранспортом передается от станков в коллекторы смесительного отделения (5), откуда поступает на вибростол (8), на котором производится ее минерализация.

В установленный над вибростолом бачок (6) насосом подается раствор минерализатора, приготовленный в специальных емкостях. Минерализацию древесной шерсти для фибролита осуществляют путем ее обрызгивания 3 -4%-ным водным раствором хлористого кальция или жидкого стекла. Для этого применяют различные устройства: шерстетрясы, конвейеры с перфорированной лентой, барабанные смесители. Через перфорированные трубки шерсть опрыскивается раствором минерализатора. На шерстетрясах из древесной шерсти отсеивается мелочь и стряхивается излишек раствора минерализатора. Минерализованная древесная шерсть сбрасывается с вибростола в смеситель (11), куда поступает цемент через шнек-дозатор (10).

Внутри смесителя под шнеком-дозатором установлены пропеллеры для распыления цемента на древесную шерсть. Перемешивание в смесителе производится непрерывно. При приготовлении формовочной смеси для фибролита учитывают соотношение между древесной шерстью и цементом, которое зависит от марки выпускаемых плит и вида древесной шерсти. Для каждого вида древесной шерсти существует рациональный расход цемента, соответствующий оптимальной толщине слоя цементного камня на поверхности ее элементов. Дальнейшее увеличение расхода цемента не приводит к эффективному росту прочности цементного фибролита, а лишь повышает его среднюю плотность. Уменьшение расхода цемента ухудшает скрепление лент древесной шерсти, снижает био- и огнестойкость готовых изделий. Средние значения расхода древесной шерсти, м3, и цемента, кг, следующие: для марки 300 — 0,4 и 190, для марки 400 — 0,55 и 240, для марки 500 — 0,82 и 270. Влажность смеси для получения плит хорошего качества должна поддерживаться в пределах 45 - 50 %.

Из смесителя шихта поступает на транспортер (12), над которым размещены разравнивающий барабан (13) и сбрасывающий. Зубья сбрасывающего барабана подхватывают шихту и перебрасывают ее в металлические формы (14), расположенные на движущемся транспортере вплотную друг к другу.

Далее формы проходят под подпрессовывающим барабаном (15), уплотняющим шихту. После этого кругопильный станок с помощью балансирной пилы разрезает поперек ковер фибролитовой шихты между формами[4].

Заполненные шихтой формы по роликовому транспортеру поступают к пакетонаборному устройству, являющемуся одновременно прессом (16). После того как по транспортеру пройдет десять форм, автоматически включается поперечный транспортер (17), который подает в пресс (18) пригрузочную плиту.

После достижения заданной степени уплотнения массы фибролита формы сжимают струбцинами (фиксируют толщину уплотненной массы) с целью исключения упругого последействия лент древесной шерсти. В таком обжатом состоянии формы с уплотненной массой подают на тепловую обработку.

Тепловая обработка фибролитовых плит осуществляется в два этапа. Вначале тепловую обработку фибролита производят в формах в обжатом состоянии с целью закрепления структуры, полученной при формовании. На этой стадии пакеты форм загружают в камеру твердения (19), где их выдерживают при влажности среды 60 - 70 % и температуре З0 - 35 °С в течение 8 ч при использовании быстротвердеющего цемента и до 24 ч при применении обычного портландцемента.

Затем плиты фибролита направляют на расформовочный станок (20) распалубливают (21), обрезают боковые и торцевые кромки (22) и выдерживают под навесом на открытом воздухе (в летнее время) в течение 5 - 7 суток или в специальных сушилках при температуре 50 - 60 °С и относительной влажности 60 - 70 % в течение 1 - 2 суток. Влажность высушенных плит фибролита не должна превышать 20 %. Готовые плиты складывают в штабеля и вывозят на электропогрузчике для дальнейшего вызревания и сушки под навес.

Общая схема производства фибролитовых плит представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Общая схема производства фибролитовых плит

Для получения продукции по качеству, соответствующему требованиям ГОСТа, в технологическом процессе необходимо провести технический контроль.

Характеристики некоторого технологического оборудования:

• Окоривочный станок ОС-900:

• Древошерстный станок СД-3:

• Дозатор цемента ДЦ-350: