Производство строительных материалов

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Самым древним в истории развития техники является производство строительных материалов.

В глубокой древности первые каменные строения складывали насухо из больших часто неотесанных камней, плотно пригонявшихся друг к другу. Однако такие постройки были непрочными. Примерно 3 тысячи лет назад для связывания отдельных камней стали применять вяжущие вещества, первыми из которых были гипс и известь.

Вяжущими веществами называются порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют пластичную массу, со временем затвердевающую в прочное камневидное тело.

Добавки, обеспечивающие водостойкость вяжущего, получили название гидравлических.

В начале XVIII в. было получено новое ценное вяжущее - гидравлическая известь. Было замечено, что известняки, содержащие глинистые примеси, после обжига и тонкого измельчения медленно гасятся и приобретают способность затвердевать в воде. Гидравлическую известь стали применять для кладки фундаментов зданий, подземных и гидротехнических сооружений.

Доменный гранулированный шлак является отличным материалом для изготовления монолитно-бетонных конструкций, элементов мощения, тротуарной плитки и т.п. В шлаке присутствует около 10% пылеобразной фракции, что для заполнителя является вредной примесью, но именно в доменном гранулированном шлаке эта фракция полезна – она может выступать в качестве активной добавки к цементу, существенно повышающей прочность растворов для несущих строительных конструкций.

Основная масса гранулированных доменных шлаков поступает в производство портландцемента с минеральными добавками (удельное содержание шлака – до 20%), шлакопортландцемента (удельное содержание шлака – до 80%), многокомпонентных цементов, содержащих клинкер, а также безклинкерных вяжущих веществ известково-шлаковых, шлако-щелочных. Шлакосодержащие вяжущие вещества могут быть использованы в составе сухих строительных смесей при учёте специфических свойств таких вяжущих, прежде всего, длительных сроком схватывания и замедленного твердения. Молотый доменный шлак может быть использован в качестве минерального наполнителя в составе сухих смесей.

Введение гранулированного доменного шлака в качестве активной гидравлической добавки препятствует выщелачиванию цемента и позволяет применять его в производстве бетонов, работающих под действием морских и грунтовых вод.

Большое значение для качества вяжущего имеют свойства гранулированного шлака. Использование шлака (по возможности одного и того же завода) одинакового химического состава и цвета, той же средней плотности - обязательное условие производства высококачественного продукта.

 

1  Технологическая часть

 

 

1.1   Номенклатура выпускаемой продукции

 

 

На проектируемом предприятии  предусматривается выпуск известково-шлакового  вяжущего.

Известково-шлаковым вяжущим  называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного измельчения высушенного доменного гранулированного шлака с известью или путем тщательного смешения в сухом виде этих материалов, предварительно раздельно измельченных. Содержание извести  составляет от 10 до 30%. Обычно применяют добавку 5% гипса; для получения более интенсивно твердеющего цемента в его состав вводят от 10 до 15% портландцемента.

Известково-шлаковое вяжущее  является медленно схватывающимся и  медленно твердеющим, но при длительном твердении в воде оно приобретает значительную прочность.

Повышение температуры  способствует ускорению твердения  изделий на основе этого вяжущего. Морозостойкость его несколько  выше морозостойкости известково-пуццоланового  вяжущего, и она значительно повышается при введении в вяжущее портландцемента. Изделия из известково-шлакового вяжущего устойчивы к воздействию пресных и сульфатных вод. Длительное хранение вяжущего на воздухе до применения в изделиях значительно снижает его активность.

Известково-шлаковое вяжущее выпускают четырех марок: 50, 100, 150 и 200. Марка вяжущего определяется в соответствии с требованиями ГОСТ 310.4-76 "Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии".

Известково-шлаковое вяжущее  рекомендуется для приготовления  бетонов и растворов низких марок при строительстве подземных и подводных сооружений, работающих в пресной или слабоминерализованной воде. Его применение возможно для наземных сооружений, но при этом необходимо в начальные сроки твердения увлажнять поверхность изделия, предохранять ее от высыхания.

Для производства известково-шлакового  вяжущего применяют как негашеную (кипелку), так и гашеную известь (пушонку). Предпочтительнее использовать негашеную известь, так как при  этом значительно упрощается производственный процесс. Для известково-шлакового вяжущего можно применять основные и кислые гранулированные доменные шлаки.

Качество известково-шлакового  вяжущего повышается при использовании  шлаков с повышенным значением коэффициента качества, а также при более  тонком помоле и возможно более тщательном смешении исходных материалов. В таблице 1 представлена характеристика известково-шлакового вяжущего.

Таблица 1 – Характеристика известково-шлакового вяжущего

Наименование показателя, ед.изм.		Величина
Насыпная плотность, кг/м3: - в рыхлом состоянии - в уплотненном состоянии		800-900 1200-1400
Плотность, кг/м3		2,5-2,9
Нормальная густота, %		22-24
Сроки схватывания: - начало схватывания,  не ранее, мин - конец схватывания,  не позднее, ч		25 24
Тонкость помола: - на сите №02, не более, % - на сите №08, не менее, %		5 15
Морозостойкость, цикл	25-50
Предел прочности Марки 150;  Мпа -при изгибе: 7сут. 28сут.	2 5
Предел прочности Маркт 150; Мпа -при сжатии: 7 сут 28 сут	7 15
Удельно-эффективная активность естественных радионуклидов,   Бк/кг не более	370

 

 

1.2 Исходные сырьевые материалы

 

 

Сырьем для производства известково-шлакового вяжущего является основные и  кислые доменные гранулированные шлаки, известь и гипс.

В производстве известково-шлаковом вяжущем одним из сырьевых компонентов является мел.

Мел - мягкая рыхлая горная порода, легко рассыпающаяся на мелкие куски. Его обычно обжигают лишь во вращающихся печах, так как при обжиге в шахтных печах он легко крошится, что нарушает процесс обжига.

Качество мела для производства строительной воздушной смеси регламентируется по содержанию CaCO₃, которое должно быть не менее 95 %, а MgCO₃ не более 2,5 %. Глинистых примесей в меле не должно быть выше 2 % известь жирная). При большем содержании последних известь получается более тощая. В таблице 2 представлен химический состав мела, используемого в производстве извести.

Таблица 2 - Химический состав мела, используемого  в производстве извести

В процентах

Месторождение	Содержание
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	СаО	МgО	п.п.п
Брянское (мел)	1	0,9	0,9	53,4	0,48	43,56

 

Доменные гранулированные  шлаки  - основной вид сырья при производстве известково-шлакового вяжущего. Их получают в качестве побочного продукта при выплавке чугуна из железной руды в доменной печи. Шлаки образуются в результате сплавления находящейся в руде пустой породы с флюсом (карбонаты кальция и магния) и золой кокса и представляют собой силикатный и алюмосиликатный расплавы. В состав доменного шлака входят главным образом четыре окисла: СаО, SiQ2, А1₂О₃, MgO суммарное содержание которых обычно превышает 90%.

 В таблице 3 приводится химический состав доменного гранулированного шлака.

Таблица 3 - Химический состав доменного гранулированного шлака.

В процентах

Содержание
СаО	SiO2	Al2O3	МgО	Fe2O3	MnO
30-49	33-44	4,5-20	1,5-15	0,3-0,8	0,3-3,0

 

Доменные гранулироанные шлаки, содержащие от 45 до 46% СаО, при медленном охлаждении рассыпаются в тонкий порошок.

Вяжущие свойства измельченных основных гранулированных шлаков проявляются обычно в недостаточной степени. Кислым же шлакам присущи лишь скрытые (потенциальные) вяжущие свойства.

Природный гипсовый камень, основным минералом которого является -двуводный гипс. Двуводный гипс (CaSO₄•2H₂O) - основной минерал, входящий в состав природного гипсового камня, имеет белый цвет. В воде двуводный гипс растворяется незначительно - при 20°С в одном литре воды.

Химический состав гипсового  камня представлен в таблице 4.

Таблица 4- Химический состав гипсового камня.

В процентах

Содержание
CaO	SO3	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MgO	H2O	CaSO4 2H2O
31,72- 36,7	35,84-45,93	0,04- 1,68	0,02- 0,42	0,01- 0,04	0,28- 4,26	16,38-20,22	83- 98

 

Для производства  одной  тонны известково-шлакового вяжущего необходимо:

В процентах

Наименование материала	Количество
Известняка (мела) Доменного шлака Строительного гипса	30% 65% 5%.

 

1.3 Описание и обоснование способа производства и схемы технологического процесса

 

 

Технология производства известково-шлакового вяжущего включает следующие переделы: складирование сырьевых материалов, сушку шлака, производство извести, дробление извести, дробление гипса, дозирование сырьевых материалов перед помолом, совместный помол, складирование и отправку потребителям готового цемента. Известь хранят в закрытых складах, а шлак и гипс можно складировать и под навесами.

Технологический процесс изготовления комовой негашеной извести, которая является одним из компонентов известково-шлакового вяжущего,  зависит от плотности (структуры) сырьевых материалов (плотные и рыхлые (мел) известняки. Поэтому принимают две технологические схемы производства извести комовой негашеной  по сухому и мокрому способу.

По сухому  способу подготовки сырья к обжигу применяют плотные, твердые породы - типа известняк.  По мокрому способу  подготовки сырья к обжигу применяют мягкие,  рыхлые породы - типа мела. Мокрый размол и дают более гладкие и круглые частицы, что является более предпочтительным сухому размолу, так как гладкие частицы вызывают в процессе использования меньший износ оборудования..

При таком  способе производства значительно  уменьшается пылевыделение на всех стадиях переработки, упрощается схема производства, облегчается процесс улавливания пыли, появляется возможность обжига рыхлого мела, простота организации сжигания жидкого и газообразного топлива,.

Для обжига сырьевых материалов применяют печи различных типов: шахтные, вращающиеся и др. Так как  основным сырьем для изготовления известкового теста является мел, то в данной курсовой работе будет использован мокрый способ подготовки сырьевых материалов к обжигу во вращающейся печи.

Мел имеет  рыхлую структуру. Чистый мел  служит высококачественным сырьем для производства извести во вращающихся печах.

Преимущества  вращающихся печей для производства извести по сравнению с шахтными: механизация и управляемость  процесса, равномерность обжига извести  при высокой степени диссоциации карбонатов, возможность обжига рыхлого мела и известняка-ракушечника, а также мелких фракций сырья, простота организации сжигания газообразного и жидкого топлива.  Вращающиеся печи позволяют получать мягкообожженную известь высокого качества из мелкокускового известняка и из мягких карбонатных пород (мела, туфа, известняка-ракушечника), которые нельзя обжигать в шахтных печах из-за склонности этих материалов к «зависанию» в шахте, приводящему к нарушению технологии обжига.