Проект завода по производству блоков из неавтоклавного газобетона, мощностью 25000 м3/год - курсовая работа

Сырьевые компоненты

Для каждого производителя газобетона перечень и расход сырьевых материалов определяется, в первую очередь, исходя из конкретной задачи, возможности местных ресурсов, а также результатами испытаний полученного газобетона и заключением соответствующей региональной лаборатории.

Сырьевые материалы, применяемые для изготовления газобетона, принимают партиями и должны соответствовать требованиям стандартов или соответствующих технических условий.

При производстве монолитного газобетона в цеховых условиях и возможности оценивать стабильность технологических процессов результаты контроля качества материалов и некоторых производственных процессов необходимо ежемесячно подвергать статистической обработке и сопоставлять их соответствие с нормируемыми показателями табл. 2.1.

Таблица 2.1. Нормируемые показатели сырья и технологического процесса

При изменении сырья и параметров производства лаборатория обязана вносить необходимые коррективы в технологию изготовления изделий.

Вода является важнейшим компонентом в составе смеси. Поскольку технология неавтоклавного газобетона на порообразователе «ПОС-15» связана с гидравлическим вяжущим – портландцементом, то крайне важным является определение оптимального водотвердого В/Т значения газобетонной смеси, поскольку расчет водоцементного отношения на практике менее удобный. Минимальное количество воды для затворения цемента составляет, как известно, около 25%, при этом получим полусухую смесь. Для дальнейшей пластификации растворной смеси необходимо количество воды 40% от веса цемента и более. В случае сложной смеси цемента с наполнителем необходимо рассчитывать раздельно количество воды на затворение цементного клинкера и на смачивание наполнителя. Более тонкодисперсный наполнитель, как и более высокомарочный цемент, потребуют соответственно большего количества воды. В результате опытов и расчетов обе воды складываются и получаем общую воду, состоящую из свободной, которая со временем испарится, и связанной, которая молекулярно становится частью газобетонного каркаса. Количество связанной воды, как правило, составляет до 10 кг/м³ газобетона.

Вода для приготовления газобетонной смеси должна отвечать требованиям ГОСТ 23732. По качеству пригодна любая питьевая вода. В случае технической воды, вода поверхностных источников несоленая, мягкая – средняя по жесткости предпочтительней. Допускаются следы нефтепродуктов и другой органики.

Необходимое количество воды надо определить достаточно точно. Поскольку недостаток воды приводит к недоподъему теста, т.е. нерациональному использованию порообразователя. С другой стороны излишек воды, обусловленный неоправданным большим ее количеством, приводит как правило к снижению прочности газобетона и увеличению размера пор, а также значительно увеличивает риск трещинообразования и удлиняет время отвердения смеси. Поэтому, определение необходимого количества воды в составе газобетонной смеси очень важно.

Величину общего В/Т предстоит вначале подобрать опытным путем на небольших тестовых замесах по 0,5…2 л раствора сначала с шагом 0,05 от 0,55 до 0,75, а затем, уточняя около оптимального значения более мелким шагом 0,01. Установлено, что структура пор в широком диапазоне В/Т практически сохраняется, лишь сами поры увеличиваются или уменьшаются в размере пропорционально значению водотвердого. Поэтому, подбором различных значений В/Т можно в частности регулировать плотность газобетона при относительно меньшем или большем подъеме рабочего раствора. При этом в некоторых предельных случаях риск образования вторичной пористости естественно резко возрастает. Среднеоптимальным значением водотвердого отношения при нормальной температуре является значение 0,56…0,58.

Величина водотвердого отношения тесно связана с температурой воды. Так, если среднеоптимальным является величина водотвердого отношения В/Т= 0,58 при температуре воды +20 град. С, то при повышении этой температуры до +27 град. С величина В/Т возрастает примерно до 0,60. При понижении температуры воды до +10 град. С водотвердое необходимо понизить примерно до 0,55. Заметим, что холодная вода приводит к вялому долгому подъему раствора до 3…5 часов. Затем наблюдается также вялый процесс отвердения смеси. С другой стороны, горячая вода (более 50 град. С) приводит к чрезмерно бурной реакции газообразования с высокой степенью дегазации раствора – его «кипению» и несвоевременно быстрому отвердению смеси. Явление «кипение» проявляется в результате активного объединения мелких пузырьков газа в большие, обладающие высокой подъемной силой. В зимний период при пониженных температурах воздуха необходимо пользоваться теплой водой (35…40°С), учитывая, что часть тепла «перейдет» к холодному оборудованию и материалам. Таким образом, вода и другие сырьевые материалы, используемые для получения газобетонной смеси должны иметь температуру не ниже +10 град. С и не выше +45 град. С. В случае переохлажденного оборудования несколько выровнять температуру рабочей смеси можно подогретой водой в указанных пределах.

Количество воды строго дозировано и определяется для каждого определенного состава индивидуально. Однако (табл. 2.2), например, при производстве теплоизоляционного газобетона возможно искусственное увеличение доли воды с целью дополнительной пластификации смеси и облегчения подъема водоцементного теста, поскольку прочность в данном случае не принципиальна.

Таблица 2.2. Изменение средней плотности неавтоклавного газобетона на порообразователе «ПОС-15» с использованием портландцемента М500 ДО в зависимости от степени поднятия газобетонной смеси и значения величины водотвердого отношения

td>520 D500

В результате производства газобетона не избежать т.н. «горбушки» и некоторых других технологических «отходов», которые, будучи влажными и свежими в течение короткого времени (1…2 часа) можно практически без измельчения вернуть обратно в миксер. Таким образом, экономится до 5…20% всевозможных обрезов газобетонного теста, чем пренебрегать нельзя. Поскольку газ – водород обрат уже практически покинул, а воздух еще не пришел, то обрат находится под небольшим вакуумом. По этой причине эти обрезы теста легко набирают воду и называются «обратом», поскольку легко возвращаются обратно в процесс подготовки газобетонного раствора, еще не потеряв в целом вяжущие свойства. Более того, экспериментально и на практике установлено, что добавление свежего обрата до 20% существенно ускоряет процесс твердения раствора и таким образом благоприятно действует на процесс становления газобетона. Кроме того, это позволяет не создавать технологические отходы и экономически целесообразно. Влажность обрата в обязательном порядке учитывается в общем балансе воды и количественно определяется при необходимости по разнице веса образца до и после высушивания в сушильном шкафу в течение 3 часов при температуре 105 град. С.Обрат необходимо измельчать. Для этого применяется дробилка-дезинтегратор. Применение дезинтегратора позволяет получать технологическую крошку газобетонного обрата удобную для возвращения в миксер. При этом в процессе измельчения обреза свободная вода из газобетонной крошки не отделяется (не отпрессовывается), содержание которой достигает 55% от сухой массы газобетона. Иначе – свободная вода не должна отжиматься, иначе получится «каша». Производительность дезинтегратора должна обеспечивать переработку всего обрата. Отходы газобетонного раствора даже измельченные, но пересушенные и в возрасте более суток должны в рецептуре учитываться как обычный активный наполнитель.

Практически все портландцементы России по ГОСТ 10178–85 марки М500ДО и М400ДО пригодны для производства неавтоклавного газобетона. Несмотря на то, что для каждого цемзавода существует своя безусловная специфика состава цемента, все равно возможен подбор рецептуры и режим изготовления неавтоклавного газобетона с применением конкретного цемента. Исключаются только высокосульфатные, гидрофобные, сульфатостойкие и пуццолановые цементы. Как правило, марка цемента М500 отличается от марки М400 лучшим, более продолжительным помолом, поскольку исходный материал портландцементов – клинкер по составу на отдельном цемзаводе одинаковый. Разница в цене у этих цементов, в основном, сравнительно невелика. Кроме того, цемент М500 чаще более дефицитный, особенно летом. Поэтому, возможно доизмельчать низкомарочный цемент самостоятельно, лучше с добавкой 2% суперпластификатора С-3. При этом более активный цемент М500…600 позволит получить более качественный газобетон при большем проценте добавляемых наполнителей. Таким образом, применять более качественный цемент марки М500 выгодно и технологически и экономически. В случае возможного выбора оптимального цемента, что сегодня не редкость, приводим описание оптимального вяжущего, применяемого для неавтоклавного газобетона: бездобавочный портландцемент марки М500ДО, содержащий трехкальциевый алюминат не более 6%. Начало схватывания цементов должно быть не позднее 1 часа, а окончание – не позднее 3 часов. Поздние сроки схватывания (4…8 часов) цементов являются частой причиной падения поднявшегося теста. Удельная поверхность цемента должна быть не менее 3200 см² /г, что несложно проверить просеиванием на стандартном сите 80 микрон. Необходим входной контроль качества портландцемента, в первую очередь его активности. Фактическая активность должна соответствовать маркировке, по ГОСТ 310.4 -81 от каждой новой партии. Учитывая долговременность и важность процедуры определения активности цемента на практике достаточно представлять ее сравнительную величину. Дополнительный помол части используемого цемента (до 10… 20%) позволяет увеличить прочность, ускорить процесс гидратации цемента и твердения смеси. Добавочные портландцементы «Д20» возможно применять, в «свежем» виде и при достаточно хорошем качестве. Дело в том, что цифра «20» указывает, что цемзавод в цемент «положил» 20% добавочных компонентов разной степени активности чаще всего в виде молотого гранулированного шлака. Однако, как правило, цемзавод не ограничивается одними шлаками, поскольку у него своя экономика и добавляются другие добавки не всегда безвредные для производства газобетона. Так, не допускается применение цемента с добавкой трепела, пепла, тонкомолотого кварца, а также сульфатсодержащих компонентов. В процессе подготовки газобетонного раствора после затворения водой необходимо, чтобы рабочий раствор за короткое время (10… 15 мин.) достиг высокой щелочности по рН более 12 для того, чтобы «работа» «ПОС-15» продолжилась синхронно с изменениями вязкости газобетонного раствора. С такой задачей способен справится качественный бездобавочный средне- и быстросхватывающийся портландцемент марки М500…600ДО. Шлакопортландцементы, высокоалюминатные, глиноземистые быстротвердеющие требуют отдельной проверки. Использование цементов среднего качества (в первую очередь ПЦ М400ДО) возможно при более продолжительном наборе щелочности раствора, за счет большей его активации при подготовке водоцементной смеси увеличивая время до 15…20 минут или скорость ее перемешивания, что уточняется опытным путем. Для каждой партии цемента, если источник его непостоянный, необходимо найти рациональный режим применения при подготовке газобетонного раствора.

В составе газобетона возможны различные композиции с дисперсными, инертными и активными наполнителями. Самые общие требования к ним заключаются в том, чтобы вязкость рабочего раствора не позволяла наполнителю осаждаться до полного подъема газобетонной смеси. Поэтому, по условиям седиментационного осаждения в вязкой среде, например, при плотности газобетона 600 кг/м^З и более добавляемый, природный тонко-мелкозернистый песок или зола ТЭЦ размерностью менее 0,20 мм не требуют помола при условии отсутствия их комкования. Другим ограничением по максимальному размеру частиц наполнителя является примерно 1/3 минимальной толщины стенки поры. Принято, что удовлетворительная размерность составляет для 90% материала до 100….200 микрон.

Дисперсные наполнители могут быть самые различные как природного происхождения, так и техногенные и др., допущенные нормативно в качестве компонентов обычных тяжелых бетонов. Все добавки проходят тщательную проверку на пригодность.

Так, например, молотый мел, который можно отнести к активному наполнителю, при добавке в раствор в количестве 10…20% благоприятно сказывается на процессе.

Дозирование компонентов-наполнителей следует производить по массе с точностью не менее ±2%. Допускается применять другие материалы, обеспечивающие получение газобетона, отвечающего заданным физико-техническим характеристикам. Рассматривая помол наполнителей, отметим, что грамотно выполненный помол наполнителя для газобетонных смесей благоприятно сказывается на конечном качестве газобетона. Вместе с тем, вопрос неоднозначный. Каким способом и как измельчать? Как долго и в каких условиях вести помол? Не теряются ли приобретенные полезные свойства со временем?

В зависимости от минерального состава активность измельченного материала со временем будет различная. Дело в том, что в результате деструкции минеральных зерен первоначально на поверхности молотых осколков образуются статические заряды. Однако, после «отлеживания» его заряд постепенно «стекает», и соответственно активность его падает. Поэтому, формируя состав газобетонной смеси, эту особенность измельченных наполнителей необходимо учитывать. То же относится и к молотым шлакам, активность которых заметно падает в течение первого месяца. Практический вывод простой – указанное сырье по возможности лучше впрок не измельчать. В меньшей степени это касается известняка и мела. Кстати, все. кондитеры подобный эффект хорошо знают по сахару: сахарная пудра вчерашнего помола, еще будучи даже рыхлая, хуже «прилипает» к изделиям.

Степень помола можно характеризовать приобретенной поверхностью. Так, для цемента она составляет около 3 000 кв. см/г, для ВНВ (вяжущее низкой водопотребности) при дополнительном помоле цемента достигает 4000…6000 кв. см/г. Далее помол технически трудно достижим. Выход молотого материала, да еще в промышленных масштабах, в 1 микрон практически недоступен обычным способом, поскольку вновь получаемая поверхность резко возрастает относительно размерности продукта, что ведет к массовому агрегированию и энергетически на сегодня становится неразрешимой задачей, не говоря уже об экономической стороне вопроса. Поэтому, размер выходного продукта порядка 6… 10 микрон становится практической границей для механического помола при использовании даже современных мельниц. При этом, чем тоньше достигаемый помол, тем будет меньшая производительность агрегата, поскольку требуется совершение большей работы. Увеличение поверхности материала пропорционально приводит к росту его химической активности. Так, кусок цементного клинкера может долго находиться даже в воде без изменений, однако после его помола мы приобретаем активный цемент.

Совместный помол наполнителя и цемента (или его части) весьма благоприятно для газобетона, поскольку зерна взаимно «притираются», что позволяет потом получать максимально плотную упаковку в бетоне. Есть еще одна проблема. Дело в том, что образующаяся при помоле песка кварцевая пудра активно работает с цементной растворной щелочью, нейтрализуя ее. Поэтому, в руководствах по бетону, предлагают избегать пылеватый песок, который способен снизить рН среды водоцементного теста даже до 10… 9, когда процесс гидратации цемента практически останавливается. По этой же причине глинистые минералы при концентрации всего от 5…6% способны существенно изменить ход реакции гидратации, поскольку имеют суммарную поверхность больше чем вся фракция песка в бетоне. Конечно, можно компенсировать недостающую – утерянную щелочность, например добавкой негашеной извести, как это делается при производстве газосиликатов. Но для связывания теперь уже излишнего кальция потребуется автоклав.

Таким образом, в части помола наполнителя можно сделать некоторые выводы.

1. Неконтролируемый сухой помол кварцевого песка может привести к образованию «вредной» кварцевой пыли.

2. Измельченный наполнитель со временем теряет первоначальную активность, поэтому это необходимо учитывать.

3. Известняковая (или доломитовая) мука, безусловно, более стабильный молотый продукт и, кроме того, имеющий химически близкое родство с цементом, более перспективный материал для газобетонных смесей. Кроме того, запасы известняка абсолютно неограниченны и относительно стабильны по химическому составу по сравнению с природными песками. Также, для измельчения известняка требуется гораздо меньше энергии при меньшей его природной прочности.

Для механического усиления газобетона можно применить т.н. объемное армирование, т.е. получить газобетонный композит. Смысл его заключается в равномерном распределении определенной длины тонких искусственных волокон в объеме газобетона. Отдаленным прототипом фибры является добавление древними римлянами резанного конского волоса в свои «бетонные» композиции.

С точки зрения «цена-качество» приоритет имеет специально гидрофилизированная базальтовая фибра и рубленная по 15…18 мм. При этом удорожание газобетона составляет до 5%. Однако, прочность при одноосном сжатии возрастает 1,2…2,5 раза, в 2…6 раз при изгибе, в 1,5…2,5 раза при раскалывании, в 3…10 раз при ударе, а повышение несущей способности на 30%. Полностью совместима с цементом, при этом в результате взаимных реакций до 10% волокна растворяется, иначе замещается щелочными новообразованиями и таким образом, в отличие от металлической, полипропиленовой и лавсановой фибр, как бы «врастает» в бетон. Поставляется в герметичных мешках по 15 кг. Расход фибры составляет от 150 г/куб. м до 600 г/куб. м газобетона на низких его плотностях, и зависит от назначения. Добавляется в водоцементный раствор совместно с «ПОС-15».

Отметим основные особенности базальтовой фибры:– прочность на разрыв больше, чем у стали (до 11 т/кв. мм.);– имеет свойства превосходного электрического изолятора;– абсолютно негорючий материал;– не гниет и «неинтересна» грызунам и насекомым;– благодаря низкому коэффициенту линейного расширения, практически не чувствительна к изменениям температуры;– высокотехнологична и удобна в работе;– многолетний период годности.

Порообразователь «ПОС-15» газообразующего действия на основе алюминиевой пудры представляет собой порошкообразную многокомпонентную сухую смесь плотностью 600 кг/куб. м., серовато – серебристого цвета и предполагает некоторые особенности его применения. Требует защиты от влаги, как и цемент.

Состав порообразователя комплексный и содержит в своем составе также специальные добавки пассивирующие металлическую арматуру и предотвращающие грибковую деструкцию бетона. Важнейшим свойством порообразователя «ПОС-15» является «дозированное газовыделение», т.е. способность его за равное время производить равный относительный подъем смеси. Этот эффект заложен в его «конструкцию» и позволяет не «рвать» тесто, а в спокойном ламинарном режиме поднимать газобетонный раствор.

Применение порообразователя «ПОС-15» предполагает принципиально две основные схемы под условными названиями «сухая» и «мокрая»:а) «сухая» – заключается в предварительном промышленном приготовлении специальной сухой смеси, состоящей из цемента, наполнителей и порообразователя «ПОС-15», в целом названной «сухим газобетоном СГБ».б) «мокрая» схема отличается тем, что порообразователь «ПОС-15» добавляется в определенное время в заранее приготовленное водоцементное тесто. Обе схемы имеют свое практическое назначение и обладают кинетической спецификой, тесно связаны с особенностями состава газобетонного раствора.

Осредненное распределение расхода порообразователя в зависимости от планируемой плотности газобетона можно изобразить графически, как это показано на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Зависимость расхода порообразователя «ПОС-15» от плотностигазобетона

Для «мокрой схемы» возможно использование эффекта более продолжительного набора щелочности раствора, изменяя время и скорость его 10…20-минутного перемешивания. После чего вносится в раствор порообразователь «ПОС-15», предварительно перемешанный в небольшом количестве наполнителя или сухого цемента в соотношении примерно 1:3…5 для облегчения вовлечения порообразователя в турбулентный поток, поскольку порообразователь имеет плотность меньше воды. Конкретно необходимое время устанавливается опытным путем с тем условием, чтобы степень схватывания (не путать с «ложным схватыванием») рабочего раствора была синхронна подъему смеси. Увеличение количества навески «ПОС-15» обратно пропорционально приводит к уменьшению плотности газобетона и наоборот. Верхний теоретический предел подъема смеси составляет 4…4,5 раза при плотности 250…300 кг/куб. м., а нижний естественно переходит в «1 раз» при плотности тяжелого бетона. В табл. 2.3 приведен расход порообразователя «ПОС-15» в зависимости от плотности газобетона. Условия нормальные – комнатные, вода питьевая нежесткая 20 град. С. Расход цемента принят 60% и более, остальное – известняковая мука. Как видно, расход «ПОС-15» уменьшается при увеличении степени пластификации газобетонной смеси с увеличением водотвердого отношения от 0,6 до 0,8. Практический смысл табл. 2.3, например в том, что если необходим монолитный газобетон, для стяжки под полы, то лучше работать на пониженном водотвердом, несколько увеличив при этом расход «ПОС-15». Зато на стяжке под кровлю можно сэкономить на «ПОС-15» и работать на повышенном водотвердом значении.

Таблица 2.3. Расход сырья без учета наполнителя для производства 1 куб. м. неавтоклавного газобетона D500 на «ПОС-15»

Приведем расчет состава газобетонного раствора, например, применительно к плотности D500.

Так, основным исходным параметром является величина плотности газобетона. Она включает твердую часть (ТВ) и если не учитывать вес порообразователя «ПОС-15» (менее 1%) и связанной воды (около 1%), тогда ТВ равно общему весу цемента и наполнителя. Принимая количество цемента ПЦ М400ДО в смеси 60%, получаем 300 кг. Соответственно, наполнитель – 200 кг. Количество «ПОС-15» берем из табличных данных для данной плотности из табл. 2.3., соответственно 2.2 кг/куб. м. Водотвердое условно примем 0,57, тогда количество воды составит ТВХО, 57=285 л. Отметим особо, что на горбушку необходимо увеличить количество сырья примерно на 5…10%. Однако, если имеется свежая горбушка или обрат, то его необходимо вернуть в процесс. В случае ровной и последовательной работы обрат постоянно обращается в процессе подготовки раствора и не влияет существенно на экономику.

В табл. 3.1 приведены рекомендации по расходу материалов в производстве газобетона различных плотностей с учетом марок применяемого цемента.

Таблица 3.1. Расход сырья в производстве неавтоклавного газобетона различных плотностей с учетом марок применяемого цемента