ТСМ I

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

А. А. Сакович

ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Часть I

Тексты лекций для студентов специальности:

1-36 07 01 02 «Машины и оборудование предприятий строительных материалов и изделий»

Минск 2015

1

Содержание

2

ВВЕДЕНИЕ

Примерно 75 тысяч лет назад человек стал использовать природное вулканическое стекло для изготовления наконечников стрел.

Примерно 14 тысяч лет назад он стал применять нагрев природного обсидиана при его обработке и около 5 тысяч лет назад научился варить искусственные стёкла. Первые стеклоизделия использовались в основном как украшения: найденная археологами бусина из Фив имеет возраст 4 500 лет.

Родина первых изделий из стекла – Малая Азия, оттуда стекло перешло

вЕгипет. Именно там были изобретены технологические приёмы, которыми

взначительной степени пользуются и по сей день (например, стеклодувная трубка). Затем центром стеклоделия стал Древний Рим, а впоследствии эту технологию освоили в Византии и Венеции. Далее этим искусством овладели жители Европы: Германия, Богемия, Франция.

Обжиг глин с целью повышения их твёрдости и водостойкости стали применять примерно за 5 000 лет до н.э. Так зародилась керамика, и первоначально это были в основном предметы быта – посуда и украшения. Первый пример использования керамических изделий в строительстве относится к IV – III вв. до н.э. Именно тогда появились первые глинобитные жилища, при этом для обжига использовали костры, которые раскладывали с наружной части обжигаемой стены. Кирпич стали применять в Древнем Египте и Вавилоне. В Древнем Риме и Древней Греции изготавливали кирпич, черепицу, керамические трубы уже в промышленных масштабах. При раскопках в Риме обнаружены фрагменты водопровода, относящегося к эпохе рабовладения. В бытовой керамике (посуда, украшения) ведущая роль принадлежит материалам Востока (родина фарфора – Китай).

Вяжущие вещества и бетоны на их основе – древнейшие строительные материалы. Первые искусственные вяжущие – строительный гипс, а затем и известь – были использованы при строительстве уникальных сооружений:

-бетонной галереи египетского лабиринта (3600 г. до н.э.);

-фундаментов древнейших сооружений в Мексике;

-римского Пантеона, перекрытого бетонным куполом диаметром 42,7

м.

Несколько тысячелетий известь и гипс оставались единственными искусственными вяжущими. Только в XVIII веке в Англии появляются новые вяжущие композиции, дающие камень, не разрушающийся в воде: в 1756 г. Джон Смит – гидравлическая известь; 1796 г. – Д. Паркером запатентован романцемент, и только в 1824 году Джозефом Аспдином получен патент «На усовершенствованный способ производства искусственного камня, названного портландцементом».

На Руси силикатные материалы появились в IX – X веках в домонгольский период:

-стекло – в основном в виде украшений, сосудов;

-керамика – в виде посуды, игрушек, украшений, плиток для полов.

3

Развитие производства вяжущих веществ было связано со строительством древних городов: Киева, Новгорода, Пскова, Ростова, Владимира, Москвы. Известковый раствор был использован в Х в. при сооружении Десятинной церкви в Киеве, в ХI в. – при сооружении Каложской цервки в г. Гродно. На извести в XVв. Были сложены стены московского Кремля.

Татаро-монгольское нашествие надолго затормозило развитие Руси, в том числе и развитие технологии силикатных материалов. В возрождении этих производств особая роль принадлежит Москве. Центром керамических ремёсел стала Гончарная Слобода в районе Таганки, где производили посуду, игрушки и даже музыкальные инструменты. Первый стекольный завод на Руси был построен под Москвой в селе Духанино в 1635 г., а в 1668 г. в селе Измайлово – второй стекольный завод, принадлежащий лично царю Алексею Михайловичу. Затем количество стекольных заводов значительно выросло: 1760г. – 25, 1804 г. – 150, 1883 г. – 196, 1913 г. – 275.

300 лет назад в Александровском саду на реке Неглинной появился первый завод по производству вяжущих материалов.

В1584 г. Иваном Грозным был создан «Каменный приказ», который ведал заготовкой камня, выпуском кирпича, производством извести.

В1853 г. в России был построен первый завод по производству портландцемента (имел производительность около 4 000 тонн в год). Затем были пущены заводы в Риге (1866г.), Щурове (1870 г.), Пунане-Кунда (1871 г.), Глухозёрске близ Петербурга (1887 г.), Амвросиевке (1896 г.), Вольске

(1897 г.) и т.д.

К 1910 году в России насчитывалось около 30 цементных заводов, общей мощностью около 1 млн. тонн цемента в год.

ВБеларуси первый завод был открыт в Волковыске в 1914 году. Российские учёные внесли весомый вклад в развитие всех ветвей

технологии силикатных материалов. В стеклоделии важнейшие теоретические разработки принадлежам М.В. Ломоносову. В 1735 году он основал Усть-Рудницкую стекольную фабрику, где всего за 3 года провёл 2184 опытные плавки стекла, «коих не токмо рецепты сочинял, но и материал своими руками развешивал и в печь ставил...» Изобретателем русского фарфора (1745 г.) и основателем первого фарфорового завода был Д.Н. Виноградов.

Огромная заслуга в создании портландцемента принадлежит Е.Г. Челиеву, который в 1825 году в своей книге «Полное наставление, как приготовить дешёвый и лучший мергель или цемент, весьма прочный для подводных строений...» обобщил опыт улучшения свойств В.М., который был накоплен при восстановлении Кремля, разрушенного после войны 1812 года.

В настоящее время тугоплавкие неметаллические и силикатные материалы – это сотни тысяч продуктов и изделий, без которых не возможно

4

представить нашу жизнь. Они используются в промышленности, строительстве, быту, науке.

Характеристика производства силикатных материалов в Республике Беларусь

Промышленность строительных и силикатных материалов является одним из крупнейших потребителей топливно-энергетических ресурсов.

Затраты топлива на производство некоторых видов силикатных материалов представлены в Таблице 1.

Таблица 1 - Затраты топлива на производство силикатных материалов в Республике Беларусь

За 1998 год в Республике Беларусь произведено:

-1517 тыс. тонн цемента;

-760 тыс. м 3 сборного железобетона и бетона;

-1284 млн. шт. условного кирпича стеновых материалов (силикатный кирпич и ячеистый бетон);

- 8108 тыс. м 2 плитки керамической всех видов; - 568 тыс. тонн извести;

- 407 тыс. м 2 минеральной ваты и изделий из неё;

-12627 тыс. м 2 стекла листового;

-569 млн. шт. кирпича глиняного.

Как видно из таблицы 1 производство силикатных материалов требует больших энергозатрат, в 1998 году по сравнению с 1989 годом удельный вес энергозатрат в себестоимости строительных материалов увеличился в 2-4 раза.

5

Таблица 2 - Удельный вес энергозатрат в себестоимости производства некоторых видов силикатных материалов, %

Энергоёмкость производства силикатных материалов зависит от уровня технологии, автоматизации и механизации производства.

Энергоёмкость производства керамического кирпича в 1999 г. (кг. усл. топл.):

1.ОАО «Радошковический керамический завод» - 224;

2.ОАО «Минский завод силикатных материалов» - 240;

3.ОАО «Брестский комбинат силикатных материалов» - 268;

4.ОАО «Керамин» - 263;

5.ОАО «Керамика» (Витебск) – 331;

6.Петриковский кирпичный завод – 348;

7.Горыньский комбинат силикатных материалов – 412;

8.Обольский керамический завод – 365.

Энергоёмкость производства извести в 1999 году (кг. усл. топл.):

1.АП «Берёзовский комбинат силикатных материалов» - 277;

2.Климовический комбинат силикатных материалов – 293;

3.ОАО «Любаньский комбинат силикатных материалов» - 295;

4.ОАО «Гродненский комбинат силикатных материалов» - 302;

5.ОАО «Красносельскцемент» - 319;

6.ОАО «Забудова».

Энергоёмкость производства силикатного кирпича в 1999 году (кг. усл. топл.):

1.ОАО «Гомельстройматериалы» - 49,4;

2.ОАО «Оршастройматериалы» - 61,5;

3.ОАО «Гродненский комбинат силикатных материалов» - 67;

4.ГП «Могилёвский комбинат силикатных изделий» - 70,5;

5.АП «Минский комбинат силикатных изделий» - 71,4;

6.Климовический комбинат силикатных материалов – 79,6;

7.ОАО «Любаньский комбинат силикатных материалов» - 83,4;

8.АП «Сморгоньсиликатобетон» - 84,6;

9.ОАО «Берёзовский комбинат силикатных материалов» Энергоёмкость производства цемента в 1999 году (кг. усл. топл.):

1.Белорусский цемзавод – 255;

2.ПО «Кричевцементношифер» - 239;

3.ОАО «Красносельскцемент» - 275.

Основной вклад в энергоёмкость производства гипсовых вяжущих принадлежит:

1.ОАО «Белгипс»;

2.ОАО «Забудова».

Основной вклад в энергоёмкость производства стекла принадлежит:

1.Листовое – ОАО «Гомельстекло»;

2.Сортовое:

6

-Борисовский хрустальный завод;

-стеклозавод «Нёман»;

3.Тарное:

-Гродненский стеклозавод;

-«Стеклозавод Елизово».

Задачей курса ОТНиСМ является выявление и изучение общих проблем, способов их решения, характерных для всех ветвей силикатной технологии.

Важнейшей задачей на пути развития технологии является снижение материальных, топливных и энергетических затрат. Основными путями решения этой задачи являются:

-наиболее полное использование сырья, уменьшение потерь, использование некондиционного сырья и техногенных продуктов, являющихся промышленными отходами;

-концентрация производства и использование более мощного оборудования.

Таблица 3 - Перевод различных видов энергии в условное топливо с использованием тепловых эквивалентов

7

Понятия о вяжущих материалах, керамике, стекле и стеклообразном состоянии

Жизнь людей тесно связана с силикатными материалами, не удивительно, так как в их основе лежит самое распространённое в природе сырьё. Содержание в земной коре кремнезёма составляет 12% и плюс к этому ещё 75% SiO 2 входит в состав алюмосиликатов. В природе семейство

силикатов насчитывает более 500 видов минералов. К этому перечню человек добавил существенное количество новых искусственно синтезированных минералов.

Общие свойства силикатных материалов:

-высокая механическая прочность;

-огнестойкость;

-химическая стойкость и т.д.

При всём своём многообразии силикатные материалы могут быть разделены на три большие группы:

минеральные вяжущие;

керамика;

стекло.

Минеральными вяжущими веществами называют: порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой пластичную удобоукладываемую массу, застывающую со временем в прочное камнеподобное тело.

По существу, вяжущее вещество – это полуфабрикат. Главная его ценность в том, что тесто на его основе способно со временем «склеивать» в монолит рыхлый заполнитель. На этом основано получение бетонов и строительных растворов.

Керамика – это искусственный камень, получаемый обжигом до спекания минерального (в основном глинистого) сырья, прошедшего специальную технологическую подготовку. Высокие физико-технические свойства керамики обеспечиваются значительной плотностью камня, в котором стекловидная фаза склеивает кристаллы силикатов, алюминатов, алюмосиликатов кальция, магния и других соединений.

Стекло – это аморфное вещество, обладающее механическими свойствами твердого тела.Стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава независимо от химического состава и температурной области затвердевания, и обладающие механическими свойствами твердых тел в результате постепенного увеличения вязкости; при этом процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное состояние обратим.

Получают стекла в основном из расплавов путем их переохлаждения и затвердевания.При нагревании стекловидного вещества постепенно

8

размягчаются, становятся пластичными, а затем переходят в расплав. Переход из жидкого состояния в стеклообразное состояние обратим.

Рисунок 1 – Диаграмма затвердевания стекла 1 – кривая охлаждения расплава кристаллического вещества,2 – кривая охлаждения расплава стекловидного вещества.

9