2.1 Исходные сырьевые материалы (виды, назначение, получение)

2.1.1 Вяжущие материалы (гипс, известь, цемент)

Исходными материалами в производстве бетонных и железобетонных изделий являются вяжущие материалы, заполнители бетонов, арматура.

Цемент - гидравлическое вяжущее вещество при перемешивании с водой и твердении в течение определенного срока на воздухе или под водой превращается в нерастворимый в воде материал.

Цемент - вяжущий материал, который получают на основе смешения 75 % мела (СаСО₃) и 25 % глины.

Процесс производства можно представить следующим образом:

1.соединение мела и глины с водой (масса воды - 25% от массы глины и мела).

2.смешивание; получение суспензии.

3.сушка.

4.обжиг в печи при температуре 1500^оС; получение клинкера (3СаО*SiO₂, 2СаО*SiO₂, 3СаО*Al₂O_3, 4СаО*Al₂O₃*Fe₂O₃ ).

6.помол; на данном этапе возможно добавление полуводного гипса (CaSO₄ * 0.5 H₂O).

7.затаривание, расфасовка.

Различают портландцемент и специальные цементы. К специальным относят пуццолановые, шлаковые, глиноземистые, расширяющиеся, кислотоупорные и другие цементы.

Для тяжелого бетона применяют портландцемент и его разновидности, а также глиноземистый цемент и другие вяжущие, отвечающие требованиям соответствующих ГОСТов.

Гипсовые вяжущие материалы – тонкоизмельченные продукты термической обработки естественных и искусственных разновидностей сульфата кальция, способные после растворения водой схватываться, твердеть и превращаться в камень на воздухе.

Различают низкообжиговые и высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества. Первые получают при температуре 130…180^оС. Они состоят в основном из полуводного гипса и быстро твердеют. Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества получают при температуре 600…1000 ^оС. Они состоят преимущественно из безводного сульфата кальция(ангидрита) и медленно твердеют. Основными технологическими схемами при производстве гипсовых вяжущих являются: дробление-помол-варка, дробление-сушка-помол-варка, дробление-обжиг-помол.

Водопотребность высокообжигового гипса меньше, чем у других вяжущих, и составляет 25…35%, поэтому изделия из него отличаются высокой плотностью и водонепроницаемостью. Такие изделия стойки к воздействию воды.

Воздушная известь - вяжущее, получаемое в результате умеренного обжига (до спекания) карбонатных пород, содержащих до 8% глинистых примесей, и состоящее преимущественно из оксида кальция. Воздушная известь при растворении водой схватывается, твердеет и сохраняет прочность только в воздушно-сухих условиях. Производство воздушной извести включает следующие основные технологические операции: добычу сырья, подготовку сырья и топлива к обжигу, обжиг, превращение продукта обжига в порошок путем гашения или помола, упаковку. Воздушную известь применяют в производстве легкобетонных камней, бетонов низких марок, теплоизоляционных материалов.

2.1.2 Заполнители бетонов

Заполнители составляют основную часть массы бетонов (75 – 85%). Они улучшают технологические свойства бетона, воспринимая усадочное напряжение, уменьшают в несколько раз усадку бетона по сравнению с усадкой цементного камня. Жесткий остов из заполнителя увеличивает прочность бетона, модуль деформации и снижает его ползучесть.

При выборе заполнителя необходимо оценивать в совокупности как его технические свойства, так и стоимость, так как стоимость заполнителя составляет 30 – 50% стоимости бетона.

В качестве заполнителей используются природные и искусственные материалы, а также отходы производств.

Заполнители подразделяются на:

• Мелкие и крупные;

• Тяжелые и легкие;

• Плотные, пористые и специальные.

В качестве природных заполнителей используются природные пески, а также различные горные породы (гранит, диорит, базальт, диабаз).

В качестве искусственных заполнителей применяются специально произведенные керамзит, аглопорит и отходы промышленности (топливные и металлургические шлаки, шлаковая пемза).

При изготовлении тяжелого бетона в качестве мелкого заполнителя наиболее часто используется природный песок.

Песок – это рыхлая смесь зерен крупностью от 0,14 до 5 мм. В природе по минералогическому составу чаще всего встречаются кварцевые пески с различными примесями, реже – пески другого минералогического состава. Кварцевые пески пригодны для бетонов всех классов, остальные же требуют проверки. На качество бетона большое влияние оказывает зерновой состав песка и количественное содержание в песке различных примесей: пылевидных, илистых, глинистых и органических. Количество примесей не должно превышать 3 % для природного песка и 5 % для дробленого.

Зерновой состав – это количество в песке зерен различных по крупности фракций. Крупность песка и его зерновой состав влияют на расход цемента и на плотность бетона. Поэтому чем меньше объем пустот и меньше поверхность зерен песка, тем экономичнее будет использоваться в бетоне цементное тесто. Желательно, чтобы заполнитель состоял из зерен различных размеров для того, чтобы мелкие зерна заполняли пустоты между средними, а средние – между крупными. Для бетона наиболее пригодны крупные пески, но содержащие достаточное количество средних и мелких фракций.

Также в качестве крупных заполнителей тяжелых бетонов используют гравий и щебень.

Для производства легких бетонов на практике наиболее широко применяются специально изготовленные заполнители: керамзит и его разновидности (щунгизит, зольный гравий, глигозольный керамзит и др.), аглопорит, шлаковая пемза, гранулированный шлак, вспученный перлит и вермикулит. Их специально получают в виде гравия, щебня и песка в результате термической обработки глинистого, зольного, шлакового и другого минерального песка.

Рассмотрим более подробно некоторые из этих материалов.

Керамзит – это гранулированный вспученный материал, имеющий в изломе структуру застывшей пены. Он занимает первое место по объему производства из всех искусственных пористых заполнителей.

Сырьем для получения керамзита служат вспучивающиеся при быстром нагревании глины и глинистые породы. Вспучивание обеспечивается совмещением во времени пирокластического состояния с интенсивным газовыделением внутри обжигаемого материала.

Различают 3 способа получения керамзита:

• Сухой (используется 9,7 % предприятий);

• Пластический (используется 89,4 % предприятий);

• Мокрый (шликерный) (используется 0,9% предприятий).

В Беларуси используется пластический способ, позволяющий использовать глины более широкого диапазона свойств и вводить корректирующие добавки.

Керамзитовый гравий обжигают во вращающихся печах длиной от 12 до 60 метров. Режим обжига характеризуется медленным подъемом температур в зоне подогрева и быстрым в зоне вспучивания. Температура обжига составляет 1200 – 1230 ºС, время обжига – 30 -60 минут.

Технологическая схема производства керамзита выглядит следующим образом: заготовление исходных материалов, переработка массы в увлажненном состоянии, формование гранул, сушка, обжиг, рассев по фракциям, складирование.

Аглопорит – искусственный пористый материал, получаемый методом термической обработки силикатных материалов. Его получают в виде щебня и песка. Морозостойкость не менее 15 циклов.

Сырьем для производства аглопорита служат невспучивающиеся и маловспучивающиеся глинистые породы, а также золы ТЭС, органические добавки.

Аглопорит получают путем спекания в конгломерат топливосодержащего материала посредством его слоевого обжига с интенсивным просасыванием воздуха через слой зажженной шихты. В качестве топлива могут использоваться опилки, угли, лигнин и другие топливные материалы.

Сырье и вводимые добавки проходят подготовку, смешение и увлажнение до влажности 18 – 23% в зависимости от вида сырья. В ряде случаев шихта гранулируется. Спекание шихты и охлаждение аглопорита производят на ленточной агломерационной машине, представляющей собой тепловой замкнутый аппарат непрерывного действия. Температура зажигания шихты в поверхностном слое составляет 800 – 1200 ºС, а в результате горения топлива при просасывании воздуха температура в материале достигает 1400 – 1700 ºС. Процесс горения идет сверху вниз. В ходе процесса различают 4 перемещающиеся зоны: зону испарения, подогрева, спекания и охлаждения. Полученный агломерационный корж подвергается первичному и вторичному дроблению. Затем осуществляется просев и разделение по фракциям. Полученная пылевидная фракция, а также пыль циклонов при очистке воздуха направляется обратно в производство и входит в состав шихты.

Технологическая схема производства алгоритма выглядит следующим образом: заготовление исходных материалов, приготовление шихты, гранулирование шихты, термообработка шихты, дробление конгломерата, рассев по фракциям, складирование.