Технология производства силикатного кирпича

• изучены свойства исходных известково – кремнеземистых вяжущих, силикатной массы, кварцевого песка
• установлены основные характеристики фракций применяемого керамзитового песка
• изучена возможность регулирования свойствами путем оптимизации состава с использованием исходной силикатной массы, известково-кремнеземистого вяжущего и кварцевого песка

 

 

 

1. Основные способы производства силикатного кирпича

       Известково-песчаную смесь готовят двумя способами: барабанным и силосным.

Силосный способ приготовления массы имеет значительные экономические преимущества перед барабанным, так как при силосовании массы на гашение извести не расходуется пар. Кроме того, технология силосного способа производства значительно проще технологии барабанного способа. Подготовленные известь и песок непрерывно подаются питателями в заданном соотношении в одновальную мешалку непрерывного действия и увлажняются. Перемешанная и увлажненная масса поступает в силосы, где выдерживается от 4 до 10 час., в течение которых известь гасится.

Силос представляет собой цилиндрический сосуд из листовой стали или железобетона; высота силоса 8 – 10 м, диаметр 3,5 – 4 м. В нижней части силос имеет конусообразную форму. Силос разгружается при помощи тарельчатого питателя на ленточный транспортер, при этом происходит большоё выделение пыли. При вылеживании в силосах масса часто образует своды; причина этого – относительно высокая степень влажности массы, а также уплотнение и частичное твердение ее при вылеживании. Наиболее часто своды образуются в нижних слоях массы, у основания силоса. Для лучшей разгрузки силоса необходимо сохранять возможно меньшую влажность массы. Из опыта работы рассматриваемого завода установлено, что силосы разгружаются удовлетворительно лишь при влажности массы в 2 – 3%. Силосная масса при выгрузке более пылит, чем масса, полученная по барабанному способу; отсюда более тяжелые условия для работы обслуживающего персонала.

Перечисленные выше отрицательные моменты не полностью, но в какой-то мере устраняются механизацией разгрузки.

Работа силоса протекает следующим образом. Внутри силос разделен перегородками на три секции. Масса засыпается в одну из секций в течение 2,5 час., столько же требуется и для разгрузки секции. К моменту заполнения силоса нижний слой успевает вылежаться в течение того же времени, т.е. около 2,5 час. Затем секция выстаивается 2,5 часа, и после этого ее разгружают. Таким образом, нижний слой гасится около 5 час. Так как разгрузка силосов происходит только снизу, а промежуток между разгрузками составляет 2,5 часа, то и все последующие слои также выдерживаются в течение 5 час. в непрерывно действующих силосах. В случае образования свода при разгрузке силоса и прекращении поступления массы на ленточный транспортер категорически запрещается рабочим находиться в силосе

Для облегчения разгрузки периодически включают вибратор, укрепленный на стенке силоса; и этим уменьшают прилипание массы к стенкам. При более серьезных зависаниях массы в силосах ее шуруют ломами через разгрузочные окна.

Распределительные щетки на транспортерной ленте поднимают механическим пневмоподъемником. Над транспортерной лентой, подающей силикатную массу, установлены распределительные щетки, перемещающиеся вертикально по раме. Опускание и подъем щеток над лентой осуществляется с пульта управления, который оснащен световой сигнализацией и устройством, регулирующим подачу воздуха в пневмоцилиндры.

Прессование кирпича-сырца

На качество кирпича и его прочность наиболее существенно влияет давление, которому подвергается силикатная масса во время прессования. В результате прессования происходит уплотнение силикатной массы.

Процесс прессования кирпича складывается из следующих основных операций: наполнения прессовых коробок массой, прессования сырца, выталкивания сырца на поверхность стола, снятия сырца со стола, укладки сырца на запарочные вагонетки.

После прессования полученные кирпичи автоматом-укладчиком укладываются на вагонетки, которые транспортируются в автоклавы, где производится тепло-влажная обработка кирпича.

 

2. Подробное изложение одного из эффективных способов производства силикатного кирпича

Для придания необходимой прочности силикатному кирпичу его обрабатывают насыщенным паром; при этом температурное воздействие сочетается с обязательным наличием в кирпиче-сырце водной среды, которая благоприятствует протеканию реакции образования цементирующих веществ с максимальной интенсивностью. Насыщенный пар используется с температурой 1750 при соответствующем такой температуре давлении в 8 атм.

Автоклав представляет собой трубу длиной 19м и диаметром 2м, вместимостью 12 вагонеток (V=5965 м3). Режим работы автоклава:

• 1,5 час. – подъём пара,
• 5-6 час. – выдержка,
• 1-1,5 час. – спуск пара.

В процессе автоклавной обработки, т. е. запаривания кирпича-сырца, различают три стадии.

Первая стадия начинается с момента впуска пара в автоклав и заканчивается при наступлении равенства температур теплоносителя (пара) и обрабатываемых изделий.

Вторая стадия характеризуется постоянством температуры и давления в автоклаве. В это время получают максимальное развитие все те физико-химические процессы, которые способствуют образованию гидросиликата кальция, а следовательно, и твердению обрабатываемых изделий.

Третья стадия начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий в автоклаве до момента выгрузки из него готового кирпича.

В первой стадии запаривания насыщенный пар с температурой 1750 под давлением 8 атм. впускают в автоклав с сырцом. При этом пар начинает охлаждаться и конденсироваться на кирпиче-сырце и стенках автоклава. После подъема давления пар начинает проникать в мельчайшие поры кирпича и превращается в воду. Следовательно, к воде, введенной при изготовлении силикатной массы, присоединяется вода от конденсации пара. Образовавшийся в порах конденсат растворяет присутствующий в сырце гидрат окиси кальция и другие растворимые вещества, входящие в сырец. Известно, что упругость пара растворов ниже упругости пара чистых растворителей. Поэтому притекающий в автоклав водяной пар будет конденсироваться над растворами извести, стремясь понизить их концентрацию; это дополнительно увлажняет сырец в процессе запаривания. И третьей причиной конденсации пара в порах сырца являются капиллярные свойства материала.

Роль пара при запаривании сводится только к сохранению воды в сырце в условиях высоких температур. При отсутствии пара происходило бы немедленное испарение. воды, а следовательно, высыхание материала и полное прекращение реакции образования цементирующего вещества – гидросиликата.

С того момента, как в автоклаве будет достигнута наивысшая температура, т. е. 170 – 2000, наступает вторая стадия запаривания. В это время максимальное развитие получают химические и физические реакции, которые ведут к образованию монолита. К этому моменту поры сырца заполнены водным раствором гидрата окиси кальция Са(ОН)2, непосредственно сопри- касающимся с кремнеземом SiO2 песка,

Наличие водной среды и высокой температуры вызывает на поверхности песчинок некоторое растворение кремнезема, образовавшийся раствор вступает в химическую реакцию с образовавшимся в течение первой стадии запаривания водным раствором гидрата окиси кальция и в результате получаются новые вещества – гидросиликаты кальция:

Сначала гидросиликаты находятся в коллоидальном (желеобразном) состоянии, но постепенно выкристаллизовываются и, превращаясь в твердые кристаллы, сращивают песчинки между собой. Кроме того, из насыщенного водного раствора гидрат окиси кальция также выпадает в виде кристаллов и своим процессом кристаллизации участвует в сращивании песчинок.

Таким образом, во второй стадии запаривания образование гидросиликатов кальция и перекристаллизация их и гидрата окиси кальция вызывают постепенное твердение кирпича-сырца.

Третья стадия запаривания протекает с момента прекращения доступа пара в автоклав, т. е. начинается падение температуры в автоклаве, быстрое или медленное в зависимости от изоляции стенок автоклава и наличия перепуска пара. Происходит снижение температуры изделия и обеднение его водой, т. е. вода испаряется и повышается концентрация раствора, находящегося в порах. С повышением концентрации гидрата окиси кальция и снижением температуры цементирующего вещества силикаты кальция становятся более основными, и это продолжается до тех пор, пока кирпич не будет выгружен из автоклава. В результате усиливается твердение гидросиликатов кальция и, следовательно, повышается прочность силикатного кирпича. Одновременно пленки цементирующего вещества сильней обогащаются выпадающим из раствора гидратом окиси кальция.

Механическая прочность силикатного кирпича, выгруженного из автоклава, ниже той, которую он приобретает при последующем выдерживании его на воздухе. Это объясняется происходящей карбонизацией гидрата окиси кальция за счет углекислоты воздуха по формуле

Са(ОН)2+СаСО2=СаСО3+Н2О

Таким образом, полный технологический цикл запаривания кирпича в автоклаве состоит из операций очистки и загрузки автоклава, закрывания и закрепления крышек, перепуска пара; впуска острого пара, выдержки под давлением, второго перепуска, выпуска пара в атмосферу, открывания крышек и выгрузки автоклава. Совокупность всех перечисленных операций составляет цикл работы автоклава, который равен 10 – 13 час.

Запаривание кирпича в автоклавах требует строгого соблюдения температурного режима: равномерного нагревания, выдержки под давлением и такого же равномерного охлаждения. Нарушение температурного режима приводит к браку.

Для контроля  за режимом запаривания на автоклавах установлены манометры и самопишущие дифманометры, снабженные часовым механизмом, записывающим на барограмме полный цикл запаривания кирпича.

Из автоклава силикатный кирпич поступает на склад. (см. рис. 2.1)

 

               Рис. 2.1 Производство силикатного кирпича

3. Характеристика готового вида продукта и его экономическое назначение

3.1 Виды и основные  технико-экономические показатели  силикатного кирпича

По технико-экономическим показателям  он значительно превосходит глиняный кирпич. На его производство затрачивается 15…18 часов, в то время как на производство глиняного кирпича - 5…6 дней и больше. В два раза снижаются трудоемкость и расход топлива, а стоимость - на 15…40%. Однако у силикатного кирпича меньше огнестойкость,  химическая стойкость, морозостойкость, водостойкость, несколько больше плотность и теплопроводность. В условиях постоянного увлажнения прочность силикатного кирпича снижается.

Для улучшения качества и потребительских свойств рекомендуется производить, наряду со стандартным известково-песчаным кирпичом, известково-зольный кирпич, а также различные красители.

В качестве способа производства рекомендуется силосный способ. По сравнению с барабанным, этот способ более экономичен, а технология производства более проста.

При изготовлении серий образцов на основе силикатной массы, применяемой на предприятии, и керамзитового песка различают фракций, а именно 5-2.5 мм; 5-0.63 мм; < 2.5 мм.

           Содержание пористого заполнителя в смеси зависит от его плотности в куске, прочности, размеров и формы зерен.

           Как свидетельствуют полученные данных, влияние керамзитового песка на свойства пористого силикатного кирпича при дозировке песка в количестве до 26 мас.% происходит понижение как плотности так и прочности, причем снижение прочности превалирует над уменьшением плотности. Выбор применяемого зернового состава должен быть основан на технических и экономических критериях, а именно более эффективно использовать песок ограниченного фракционного состава от 0 до 2,5 мм. В этом случае сохраняются реологические характеристики массы, показатели прочности выше, чем при использовании крупно фракционного песка.

          Согласно методике формования составов силикатных структур с керамзитовым песком проводился расчет состава и определялся расход известково-кремнеземистого вяжущего, заполнителя и воды. Объем изготовленной смеси в уплотненном состоянии 1 дмЗ. Процесс перемешивания вяжущего и воды осуществлялся в течении 30 мин (по одной минуте через 5-минутные промежутки). При температуре ниже 50 °С смесь доводилась до данной температуры в пропарочной камере и поддерживалась в течении всего процесса работы. Для оценки физико-механических свойств формовались образцы-цилиндры и образцы-пластины 10x10x2,5 см для испытания на теплопроводность. Давление прессования 30 МПа. После формования определялась пластическая прочность сырца с использованием динамометра с ценой деления 4 Н. Твердение образцов по режиму 2+6+14 ч (до полного остывания автоклава). Давление в автоклаве 10 атм. Образцы подлежали испытанию в сухом состоянии. 
1. Применение отсевов производства керамзитового гравия (ОПКГ) в технологии силикатного кирпича с целью снижения плотности имеет ряд особенностей по сравнению с использованием керамзитового песка: 
- насыпная плотность ОПКГ составляет 800-900 кг/м3, что превышает аналогичный показатель для керамзитового песка в 2 раза; 
- частицы ОПКГ имеют структуру с большим количеством открытых пор, а прочность их ниже, чем у частиц керамзитового песка, что создает концентрацию напряжений в контактном слое и в тонких прослойках матрицы и, как следствие, приводит к снижению прочности структуры. 
2. Для получения приемлемой плотности силикатного кирпича 1450-1550 кг/м3 необходимо введение ОПКГ в количестве 800-900 кг на 1 м3, в отличие от 350-450 кг нормативного керамзитового песка. При этом необходимо исключить в составе формовочной смеси не молотый кварцевый песок. 
3. Рекомендуемый для дальнейших разработок состав состоит из: 
ИПВ-500 кг; 
ОПКГ - 800 кг; 
Водопотребность 205 л. Состав имеет следующие показатели качества: 
Плотность - 1509 кг/м3; 
Прочность после автоклавирования - 13,5 МПа 
Прочность сырца - 1,25 МПа 
Водопоглощение - 21,3% 
Коэффициент теплопроводности - 0,43 Вт/м°С  
4. Проведенные физико-химические исследования показали: 
физико-механические и эксплуатационные характеристики силикатной структуры с мелким керамзитовым наполнителем определяется фазовым составом и морфологическими особенностями гидратных новообразований; 
достаточная прочность при объемных концентрациях керамзитового наполнителя до 60% достигается наличием ксонотлита и высокоосновных гидросиликатов кальция игольчатой и фольгообразной формы; образующиеся ортосиликаты кальция цеолитообразного вида; 
введение добавок-пластификаторов и гидрофобизаторов может улучшить формовочные параметры смеси и эксплуатационные свойства силикатной структуры с керамзитовым наполнителем; 
известь-содержание и активные гидравлические добавки, к которым относятся металлургические шлаки, белитовые шламы, пыль-унос цементных заводов можно вводить в состав ИПВ при помоле в количестве 5-25% для частичной замены извести.