Контрольная работа по "Материаловедению"

Глиняная лента нарезается автоматическим устройством на кирпич-сырец. Размер таких кирпичей несколько больше требуемого, так как в процессе последующей обработки глина дважды (при сушке и при обжиге) претерпевает усадку, достигающую 10... 15 %.

Сушка — важный и сложный этап производства кирпича. Главная трудность сушки массивного кирпича-сырца в том, что в глине перенос влаги затруднен (глина — водонепроницаемый материал), и поэтому быстрое высыхание глины с поверхности приводит не к ускорению сушки, а к растрескиванию кирпича-сырца. Это происходит из-за того, что поверхностный слой дает усадку при высыхании (до 7...10 %), а влажное ядро препятствует ей. Простейший способ предохранить кирпич от растрескивания — сушить его медленно, так, чтобы скорость испарения воды не превышала скорости ее миграции из внутренних слоев. Но этот путь снижает темпы производства.

Ускорить  сушку можно, вводя в сырьевую смесь вещества, облегчающие миграцию влага к поверхности (например, опилки), или путем формования в кирпиче сквозных отверстий. Улучшение условий сушки пустотелого кирпича — залог более высокого качества материала.

При влажности  кирпича-сырца 6...8 % его можно подавать на обжиг.

Для обжига используют печи различной конструкции от самых старых кольцевых, в которые кирпич укладывают и вынимают вручную, и до современных туннельных и щелевых, где кирпич обжигается в процессе продвижения его по печи. Температура обжига зависит от состава сырьевой массы и обычно находится в пределах 950... 1000° С. Необходимую температуру обжига следует строго выдерживать.

 

4. Шлакопортландцемент: состав, свойства  и области применения.

Шлакопортландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе.  Он получается путем совместного  тонкого помола клинкера и гранулированного доменного (или электротермофосфорного) шлака с необходимым количества гипса. Допускается раздельный помол компонентов и их последующее смешение. Количество доменного шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 21% и не более 80% (от массы цемента). Допускается замена до 10% шлака трепелом или другой активной добавкой.

Доменные  шлаки по своему химическому составу  напоминают цементный клинкер. В  них преобладают оксиды (%): 30-50 CaO; 28-30 SiO2; 8-24 Al2O3; 1-3 MnO; 1-18 MgO, общее содержание которых достигает 90-95%. Гидравлическая активность шлаков характеризуется коэффициентом качества:   K= (%CaO + %MgO + %Al₂O₃)\(%SiO₂)

С увеличением показателя коэффициента качества выше гидравлическая активность доменного гранулированного шлака, К_min=1.

Шлак, применяемый в  качестве добавки к цементу обязательно  подвергается быстрому охлаждению водой  или паром. Эта операция называется грануляцией. Быстрое охлаждение препятствует кристаллизации шлака, и он получается в стеклообразном и тонкозернистом химически активном состоянии. Поэтому гранулированный шлак является активным компонентом шлакопортландцемента, он взаимодействует с гидроксидом кальция с образованием низкоосновных гидросиликата и гидроалюмината кальция. Процесс твердения шлакопортландцемента значительно ускоряется при тепловлажностной обработке, поэтому его эффективно применять в сборных изделиях, изготовляемых с пропариванием.

Незначительное содержание в цементном камне Ca(OH)₂ повышает стойкость шлакопортландцемента в мягких и сульфатных водах по сравнению с портландцементом. Тепловыделение при твердении шлакопортландцемента в 2-2,5 раза меньше, чем у портландцемента, поэтому он является самым подходящим цементом для бетона массивных конструкций. Шлакопортландцемент выгодно отличается от пуццоланового портландцемента умеренной водопотребностью, более высокой воздухостойкостью и морозостойкостью. Он успешно применяется как для наземных, так и подземных и подводных частей сооружений. Стоимость его на 15-20% ниже стоимости портландцемента.

Жаростойкость шлакопортландцемента значительно выше, чем у портландцемента, поэтому он широко используется для изготовления жаростойких бетонов. Однако шлакопортландцементу присущ тот же недостаток, что и пуццолановому портландцементу – он медленно набирает прочность в первое время твердения, в особенности при пониженных температурах. Этот недостаток устраняется в быстротвердеющем шлакопортландцементе, который обладает более интенсивным нарастанием прочности, чем обычный шлакопортландцемент. Обычный шлакопортландцемент имеет марки: 300, 400 и 500.

(Микульский В.Г. «Материаловедение. Строительные материалы» М.,2004)

 

 

5. Строительный  гипс: получение, свойства и применение.

Строительным гипсом называют воздушное вяжущее вещество, состоящее преимущественно из полуводного гипса и получаемое путем термической обработки гипсового камня при температуре 150-160°С. При этом CaSO₄•2H₂O, содержащийся в гипсовом камне, дегидратируется по реакции:

CaSO₄•2H₂O—›CaSO₄•0,5H₂O+1,5H₂O – q.

Технология  строительного гипса складывается из дробления, помола и теплой обработки (дегидратации) гипсового камня. Имеется несколько технологических схем производства строительного гипса: по одним – предварительная сушка помол сырья в порошок предшествует обжигу, по другим – материал измельчают после обжига, по третьим – помол и обжиг совмещены в одном аппарате. Последний способ получил название обжига во взвешенном состоянии.

Тепловую обработку  гипсового камня можно осуществлять в варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных или других мельницах. Выбор того или иного обжигательного аппарата зависит от масштабов производства, сырья, требуемого качества готовой продукции и ряда других факторов. Наиболее распространена технологическая схема с применением варочных котлов.

Гипсовый камень, поступающий  на завод в крупных кусках, сначала дробят в щековых, конусных или молотковых дробилках, затем с одновременным подсушиванием измельчают в мельнице. Процесс сушки и помола целесообразно совмещать в одном аппарате, например в шахтной, аэробильной или шаровой мельнице. Наибольшее распространение получила шахтная мельница, состоящая из молотковой мельницы и расположенной над ней шахты высотой 12-15 м. В нижней части шахты имеются каналы, через которые поступает теплоноситель (горячие газы) с температурой 300-500°С из топок варочных котлов. Молотковая мельница размещена чуть ниже. Гипсовый камень в виде щебня размером 3-4 см подают в мельницу. Падая вниз, он попадает на быстро вращающиеся била мельницы и измельчается в тонкий порошок. В мельнице гипс подсушивается, при этом из него удаляется и некоторая часть кристаллизационной воды. Поток газов увлекает материал из камеры измельчения вверх шахты; тонкие частицы вместе с газами поступают в пылеосадительные устройства, а грубые частицы выпадают из потока и возвращаются в мельницу. Порошкообразный гипсовый камень поступает в варочный котел.

Варочный котел представляет собой обмурованный кирпичом стальной барабан со сферическим днищем, для  перемещения гипса внутри имеются  мешалки, приводимые в движение электродвигателем. Раскаленные топочные газы обогревают днище и стенки котла, а также проходят через жаровые трубы внутри котла, а затем удаляются по дымовой трубе. Продолжительность варки 55-120 минут. Выдержка 3-4 ч при 140-150°С способствует уменьшению водопотребности гипса и повышению его прочности. Полученный полуводный гипс выпускают из котла в бункер  выдержывания, где он охлаждается. При варке в котле гипс не соприкасается с топочными газами, что позволяет получать чистую продукцию, не загрязненную золой топлива.

В сушильных барабанах типа вращающихся печей гипс получают обжигом  гипсового камня в виде щебня размером зерен до 20 мм. Обжигательной частью сушильного барабана служит наклонный стальной цилиндр диаметром 2,5 м и длиной до 20 м, установленный на роликовые опоры и непрерывно вращающийся. Гипсовый щебень подают в барабан с его приподнятой стороны. При вращении барабана он перемещается вниз. В барабан из топки поступают раскаленные дымовые газы 600-700°С, которые удаляет вентилятор. При движении вдоль барабана газы встречают гипсовый камень и обжигают его. Обожженный гипс измельчают в шаровых мельницах, получая строительный гипс, который хранят обычно в круглых силосах диаметром 6-10 м.

При обжиге гипса во взвешенном состоянии совмещают две операции – измельчение и обжиг. Поступающий со склада гипсовый камень сначала дробят в щековой, а затем в молотковой дробилке до получения зерен размером 10-15 мм. Раздробленный материал элеватором через расходный бункер подают в шаровую мельницу для его совместного помола и обжига. В шаровую мельницу из специальной топки поступают дымовые газы с температурой 600-700°С. Образующиеся в процессе измельчения тонкие частицы гипса увлекаются из мельницы потоком горячих газов, дегидратируются в этом потоке до полуводной модификации и попадают через сепаратор в пылеосадительные устройства. В сепараторе выделяются крупные зерна гипса, которые возвращаются в мельницу на дополнительное измельчение. Из пылеосадительных устройств обезвоженный гипс поступает в бункер готовой продукции, а очищенные газы выбрасываются в атмосферу.

Наибольшая производительность обеспечивается при совмещенном  помоле и обжиге гипса, несколько  меньшая – при обжиге в сушильном  барабане и наименьшая при варке  в котлах. Однако качество гипса  в последнем случае значительно выше.

Свойства строительного  гипса. На свойства гипса большое влияние оказывает количество воды затворения и тонкость помола. При затворении гипса воды всегда берут больше чем это необходимо для химических реакций. Практически для получения теста нормальной густоты воды требуется 50-70% массы обычного строительного гипса. На химические реакции же нужно только 14,72% воды. Избыточная вода испаряется, образуя поры, поэтому гипсовые изделия имеют обычно высокую пористость (40-50%). С увеличением количества воды затворения плотность гипса уменьшается и, наоборот, с уменьшением его плотность и прочность увеличиваются.

Тонкость помола гипса  характеризуется остатком на сите №2 (размер ячейки 0,2мм); для первого  сорта этот остаток должен быть не более 15%, для второго не более 20% и для третьего не более 30%. Более тонкий помол гипса способствует повышению его прочности даже при некотором увеличении водопотребности.

Строительный гипс является быстросхватывающимся м быстротвердеющим вяжущим веществом: начало схватывания должно наступать не ранее 4 мин, а конец – не позднее 30, но не ранее 6 мин с момента затворения водой. Сроки схватывания гипса зависят от свойств сырья, условий изготовления, длительности хранения, количества вводимой воды, температуры вяжущего и воды, наличия добавок и др. Ускоренную гидратацию полуводного гипса вызывают содержащиеся в нем неразложившиеся частицы двугидрата; при пониженном количестве воды схватывание гипса ускоряется, и наоборот. Повышении температуры гипсового теста до 40-45°С способствует ускорению его схватывания, а выше этого предела, наоборот, замедлению.

Быстрое схватывание  гипса затрудняет в ряде случаев  его использавание и вызывает необходимость применять замедлители  схватывания (кератиновый и известково-клеевой  замедлители, сульфитно-дрожжевая бражка и др.) в количестве 0,1-0,3% массы гипса. Замедлители схватывания уменьшают скорость растворения или растворимость полуводного гипса. Они снижают нормальную густоту гипсового теста на 10-15%, что способствует повышению прочности гипсовых изделий. При необходимости ускорить схватывание гипса к нему добавляют двуводный гипс, поваренную соль, серную кислоту. Ускорители действуют иначе, чем замедлители: одни из них повышают растворимость полуводного гипса, другие (двуводный гипс) образуют центры кристаллизации, вокруг которых быстро закристаллизовывается вся масса.

Прочность гипса определяют испытанием образцов-балочек размером 40*40*160 мм, приготовленных из гипсового  теста нормальной густоты. В зависимости  от тонкости помола предел прочности при изгибе образцов через 1,5 ч после их изготовления должен быть не менее 2,7; 2,2 и 1,7 МПа соответственно для 1, 2 и 3-го сортов.

Применяют строительный гипс для изготовления гипсовых и гипсобетонных строительных изделий для внутренних частей зданий: перегородочных плит, панелей, сухой штукатурки, для приготовления гипсовых и смешанных растворов, а также производства декоративных и отделочных материалов, например искусственного мрамора.