Расчеты в технологии керамики, стекла и вяжущих материалов. Учебное пособие

разцы и др.) до 1 (металлы, стекло и др.). Материалы, у которых Кр>0,8, можно применять во влажных условиях без специальных мер по защите их от увлажнения.

При изготовлении портландцемента (ПЦ) сырьевая смесь составляется из 2-4 компонентов. В качестве основных используются карбонатный и глинистый компоненты, а требуемый химический состав сырьевой смеси достигается путем введения корректирующих добавок. Правильно произведенный расчет сырье-

вой смеси является одним из важнейших условий получения клинкера с заданными характеристиками. Расчет сырьевой смеси заключается в определении соотношений между ее компонентами на основе химического состава сырьевых материалов и заданных характеристик клинкера. Состав и свойства портландцементного клинкера предопределяется следующими характеристиками:

-химическим составом клинкера;

-значениями коэффициента насыщения и модулей;

-содержанием основных клинкерных минералов.

Содержание главных оксидов в клинкере колеблется в следующих пределах, %: CaO – 62-67, SiO2 – 20-24, Al2O3 – 4-7, Fe2O3 – 2-5, MgO, SO3, R2O и др. – 1,5-4. Коэффициент насыще-

ния Кн колеблется в пределах 0,80 – 0,95, силикатный модуль

n = 1,7 – 3,5, глиноземный модуль р=1,0-3,0. Величины Кн и модулей определяют по следующим формулам:

где СаО, SiO2 Al2О3, Fe2О3 - содержание оксидов в клинкере, %. Содержание основных клинкерных минералов в обычном

клинкере колеблется в следующих пределах, %: C3S - 40-60, C2S -

15-35, С3А- 4-14, C4AF- 10-18.

Наиболее распространенным является способ расчета по значениям Кн и модулей. При расчетах необходимо соблюдать следующие условия:

41

С2, С3 и т.п. - содержание оксидов в исходных сырьевых компонентах смеси, %.

х(С1– 2,8S1·Кн – 1,65А1– 0,35F1) + (С2 – 2,8S2·Кн – 1,65А2 – 0,35 F2) = 2,8S3·Кн + 1,65А3 + 0,35 F3 – С3;

x(S1 – nA1 – nF1) + y(S2 – nA2 – nF2) =nА3+ nF3 – S3.

с1 = 2,8S3Кн + 1,65А3 + 0,35F3 – С3; с2 =nА3+ nF3 – S3.

42

Подставляя эти сокращенные обозначения в линейные

уравнения, получим:а1х +b1y = c1; а2х +b2y = c2.

Решение этой системы уравнений дает возможность определить значения x и y:

х=с1b2 –c2b1 /а1b2–a2b1; y= а1с2 – а2c1 / а1b2–a2b1.

Примеры решения задач

1. Масса сухого известняка составляет280 г, содержание воды в образце – 4,98 г. Средняя и истинная плотность соответственно 800 кг/м3и 1,6 г/см3. Определить пористость, водопоглощение по массе и объему.

Решение:

а) определяем пористость известняка

По=((1-ρо) /ρ) ∙. 100

По=((1-800) /1600) .100 = 50 %;

б) определяем водопоглощение по массе

Вm= ((mвл – mс) /mс) ∙100

Вm = (4,98/280) ∙100 = 1,78 %;

в) определяем объем известняка

V = m /ρ;V = 280 /0,8 = 350 см3;

г) определяем водопоглощение по объему

Вm=((mвл – mс)/V).100

Вm = (4,98/350)∙100 = 1,42 %.

2. Сколько комовой извести, какой активности и сорта можно получить при обжиге 10 т известняка, имеющего влажность 5% и содержащего 8 % примесей.

Решение:

а) количество известняка после испарения 5 % воды в процессе обжига

10000 ∙ 0,95 = 9500 кг;

б) содержание примесей в известняке

43

9500 ∙0,08 = 760 кг;

в) количество чистого известняка

9500 - 760 = 8740 кг;

г) при обжиге (t = 1000-1200 °С) идет реакция диссоциации (разложения) известняка по реакции

СаСО3→СаО + СО2; д) выход активной извести

ХСаО = (8740 ∙ 56)/100 = 4894,4 кг.

Выход комовой извести-кипелки с учетом примесей

4894,4 +760 = 5654,4 кг.

Активность извести (содержание активной СаО) (4894,4/5654,4) ∙100 = 86,5 % - известь 2-го сорта (прил. табл.4).

3. Сколько извести-пушонки можно получить из 8 т извести негашеной комовой, имеющей активность 90 %?

Решение:

а) гашение извести идет по реакцииСаО + Н2О = Са(ОН)2. В реакции гашения участвует только активная СаО.

б) количество активной негашеной извести-кипелки: 8000 ∙ 0,9 = 7200 кг;

в) выход извести-пушонки

7200 ∙ 74 / 56 = 9514 кг.

Учитывая, что при активности 90 % примеси составляют 10 %, из 8000 кг негашеной извести-кипелки получим извести-пушонки

9514 + 800 = 10314 кг.

4. Сколько содержится в1 м3 известкового теста гидроксида кальция Са(ОН)2 и воды, если средняя плотность известкового теста равна1400 кг/м3? Истинная плотность гидроксида кальция 2050 кг/м3.

Решение: тесто состоит из абсолютного объема гидроксида кальция и абсолютного объема воды

V (Сa(OH)2) +V(H2O)=1м3=1000 л.

Содержание гидратной извести (кг) обозначим через X, тогда содержание воды в 1 м3 известкового теста В = 1400 - Х Сумма абсолютных объемов извести и воды

Х / 2,05 + (1400-Х)/1 = 1000,

откуда Х = 781 кг или 781 ∙ 100 /1400 = 55 % - содержание воды.

44

8. Образцы балочек (из цементного раствора пластичной консистенции) размером 4х4х16 см испытаны на изгиб и половинки балочек на сжатие. При испытании на изгиб были получены следующие результаты: 4,7; 5,1; 5,2 МПа. Разрушающая нагрузка при испытании на сжатие оказалась равной8000; 7880; 8200; 8100; 8000 и 7900 кгс. Установить марку портландцемента.

Решение: марка портландцемента устанавливается по результатам испытания образцов-балочек на изгиб и половинок балочек на сжатие в соответствии с ГОСТ30515-97. При расчете предела прочности на изгиб берется среднее из двух наибольших результатов при испытании

(5.1+5,2)/2 = 5,15 МПа.

При испытании на сжатие половинок балочек нагрузку передают через металлические прокладки размером 4,0х6,5 см, что соответствует площади в 25 см2.

9. Для тяжелого бетона на высококачественных заполнителях применен портландцемент М500. Какую прочность бетона возможно получить при водоцементных отношениях 0,35; 0,50?

Решение:

при В/Ц= 0,35; Rб = 0,43Rц (Ц/В+0,5);

Rц = 0,43·500·(1/0,35+0,5)=722 кгс/см2;

при В/Ц = 0,5; Rб = 0,65Rц (Ц/В-0,5);

Rц = 0,65·500·(1/0,5-0,5) = 487 кгс/см2.

Контрольные задания

1.Масса образца при влажности 12 % составляет 200 г.

Определите пористость материала, если истинная плотность 4000 кг/м3, а водопоглощение по объему6 % при содержании воды в образце 5,21г.

2.Во сколько раз пористость камня А отличается от - по

ристости камня В, если известно, что плотность твердого вещества камня В 2,76 г/см3, а плотность камня А на 20 % больше, чем камня В. Водопоглощение по объему камней в 1,8 раз больше водопоглощения по массе.

3.Определить истинную плотность куба, если его масса 2100 г, водопоглощение по объему 15 %, масса после насыщения водой 2,2 кг, пористость 33 %.

46

4.Масса сухого образца из ракушечника равна320 г, после насыщения водой масса образца увеличилась до 380 г. Найти

пористость, объемное и массовое водопоглощение ракушечника, если истинная плотность его равна2,55 г/см3, а объем составляет

250 см3.

5.Определить по массе и объему количество известкового теста, имеющего 50 % воды и полученного из 3,5 г извести-

кипелки, активность которой 84 %. Плотность известкового теста

1420 кг/м3.

6.Сколько известкового теста (по массе и объему), содержащего 50 % извести и 50 % воды, можно получить из 10 т извес-

ти-кипелки, имеющей 85 % активной СаО? Средняя плотность теста 1410 кг/м3.

7.Сколько необходимо взять гипса и воды для получения 7 кг гипсового теста нормальной густоты? Нормальная густота гипсового теста 57 %.

8.Сколько потребуется известняка с влажностью10 % и количеством примесей 8 % (от массы сухого известняка) для получения 18 т извести-кипелки. Активность извести 76 %. Учесть изменение молекулярных масс при реакции обжига чистого - из вестняка.

9.Сколько извести-пушонки можно получить из 500 кг негашеной комовой извести, имеющей активность 82 %.

10.Определить содержание гидроксида кальция и воды в 1 м3 известкового теста, если средняя плотность известкового теста 1450 кг/м3. Истинная плотность гидроксида кальция 2045 кг/м3.

11.Определить массу и сорт комовой извести, полученной обжигом 245 т известняка. Влажность известняка 6 %, содержание глинистых примесей 3 % и песчаных примесей 2 %.

12.Сколько комовой извести, какой активности и сорта можно получить при обжиге 17 т известняка, имеющего влажность 4 % и содержащего 6 % примесей.

13.Сколько получится известкового теста, содержащего 45 % воды, из 50 кг извести-кипелки, имеющей активность 88 %.

Врасчете учесть изменение молекулярной массы извести при реакции гашения.

14.Привести условное обозначение гипсового вяжущего вещества, имеющего следующие показатели: остаток на сите № 02

– 7 %; начало схватывания – 8 мин, конец –16 мин; предел проч-

47

ности стандартных образцов в возрасте 2 ч составляет на изгиб 3,9 МПа, на сжатие– 8,4 МПа. (прил. табл. 1, 2, 3)

15.Содержание воды при затворении портландцемента

было 30 %, а количество химически связанной воды равно 23 % от массы цемента. Истинная плотность цемента 3100 кг/м3. Определить пористость цементного камня.

16.К какой группе по тонкости помола относится строительный гипс, если остатки на сите № 02 последовательных испытаний составляют 5,1 и 5,8 г. Масса навески 50 г. (прил.

табл. 1, 2, 3).

17.Установить марку цемента, если при испытании образ- цов-балочек 4х4х15 см с целью определения предела прочности при изгибе в 28-суточном возрасте, получены следующие результаты: 5,5; 5,3; 5,3; 5,5; 5,4; 5,8 МПа. При испытании половинок этих образцов-балочек, с целью определения предела прочности при сжатии, получены следующие результаты: 45; 44; 42; 47; 46; 47; 43; 44; 45; 46; 43 МПа (прил. табл.5).

Библиографический список

Бобкова, Н. М. Xимическая теxнология стекла и ситаллов[Текст]: практикум / Н. М. Бобкова, Л. Ф. Папко. – Минск: БГТУ, 2013. –196 с.

Дудеров, Ю. Г. Расчеты по технологии керамики: [Текст]: справочное пособие /Ю. Г. Дудеров–М.: Стройиздат, 2009.- 80 с.

Лещенко, Н. П. Расчет фазового состава полевошпатового электротехнического фарфора [Текст]/ Н. П. Лещенко, Р. Н. Гресс // Стекло и ке-

рамика. - 2008. - № 12. - С. 26.

Микульский, В. Г. Строительные материалы [Текст] / В. Г. Микульский; под общей ред. В.Г. Микульского. – М.: Изд-во АВС, 2014.– 536 с.

Мороз, И. И. Совершенствование производства фарфоровых и фаянсовых изделий [Текст] / И. И. Мороз – М.,2010.- 247 с.

Полубояринов, Д. Н. Практикум по технологии керамики и огнеупоров [Текст]: учебное пособие/ под ред. Д. Н. Полубояринова, Р. Я. Попильского – М.: Изд-во литературы по строительству, 2012.- 349 с.

Попов, К. Н. Строительные материалы и изделия[Текст]: учеб. / К.Н. Попов, М.Б. Каддо. – М.: Высш. шк., 2012.- 367 с.

Справочник. Строительная керамика [Текст] / под ред. Е. Л. Рохваргера – М.: Стройиздат, 2011.- 493 с.

Рыбьев, И .А. Строительное материаловедение[Текст]: учеб. пособие / И.А. Рыбьев. – М.: Высшая школа, 2010. – 701 с.

Шубенкин, П. Ф. Строительные материалы и изделия на основе минеральных вяжущих [Текст] : примеры задач с решениями/ П.Ф. Шубенкин, Л.В. Кухаренко – М.: АСВ, 2008. - 92 с.

48

ПРИЛОЖЕНИЕ

49

50