Строительные материалы. Производство строительных материалов - одно из самых важных и многотоннажных производств, поэтому оно заслуживает более пристального внимания. 1. Кирпич. Кирпич является самым древним строительным материалом.
Хотя вплоть до нашего времени широчайшее распространение имел во многих странах необожённый кирпич-сырец, часто с добавлением в глину резанной соломы, применение в строительстве обожженного кирпича также восходит к глубокой древности ( постройки в Египте, 3-2-е тысячелетие до н.э. ). Особенно важную роль играл кирпич в зодчестве Месопотамии и Древнего Рима, где из кирпича (45х30х10) выкладывали сложные конструкции, в том числе арки, своды и т.п. Ярким примером использования кирпичного строительства в России времён Иоанна 3 стало строительство стен и храмов Московского Кремля, которым заведовали итальянские мастера. “ и кирпичную печь устроили за Андрониковым монастырём, в Калитникове, в чём ожигать кирпич и как делать, нашего Русскаго кирпича уже да продолговатее и твёрже, когда его нужно ломать, то водой размачивают.
Известь же густо мотыками повелели мешать, как на утро засохнет, то и ножем невозможно расколупить.” До 19-го века техника производства кирпича оставалась примитивной и трудоёмкой. Формовали кирпич вручную, сушили только летом, обжигали в напольных печах-времянках, выложенных из высушенного кирпича-сырца.
В середине 19-го века были построены кольцевая обжиговая печь и ленточный пресс, обусловившие переворот в технике производства кирпича.
В это же время появились глинообрабатывающие машины бегуны, вальцы, глиномялки.
В наше время более 80% всего кирпича производят предприятия круглогодичного действия, среди которых имеются крупные механизированные заводы, производительностью свыше 200млн. шт. в год. Как следует из Большой Советской Энциклопедии, “строительный кирпич - искусственный камень правильной формы, сформированный из минеральных материалов и приобретающий камнеподобные свойства после обжига или обработки паром.
По виду исходного сырья и по способу изготовления различают силикатный кирпич (известково-песчянный ), получаемый автоклавным способом, и глиняный обожженный ( обыкновенный и лицевой ).” Для производства обыкновенного строительного кирпича применяют всевозможные простые сорта легкосплавных песчанистых глин, а иногда и мергелистые глины, не содержащие вредных примесей грубых камней, известковых “ дутиков”, колчедана, гипса, крупных включений органических веществ и т.п. При небольших производствах разработку глины производят вручную, а при больших часто применяют экскаваторы и механические лопаты, что также зависит от свойства глины, характера её залегания и т.д. Разработку очень плотных залежей глины производят взрывным способом.
При производстве строительного кирпича подготовка глины производится одним из следующих способов.
Глину, подаваемую с карьера, сбрасывают в творильные бетонированные ямы, где она послойно разравнивается, заливается водой и оставляется на 3-4 дня. Затем глину подают сначала в склад или непосредственно на завод для переработки на машинах. По другому способу глину непосредственно с карьера подают на завод к дробильной и увлажняющей машине. В целях получения более однородной массы глину подвергают выветриванию и вымораживанию в невысоких ( около 1м высотой и 2м шириной ) на открытом воздухе.
Способ обработки сырья зависит от его характера и рода изделия. Для выделения камней из глины применяют иногда камневыделительные вальцы. Эти вальцы одновременно перерабатывают глину как гладкие вальцы. Камни подводятся к одному концу вальцов спиралями и по желобу выбрасываются. Во многих случаях качество глины таково, что она может непосредственно поступать в ящичный питатель ( бешикер ), состоящий из 2-4 отделений, в зависимости от числа смешиваемых сортов глины ( жирной и тощей ). У выходного отверстия питателя помещается вращающийся вал с насаженными на него кулаками или подвижная грабля, которые подают подошедшую к выходному отверстию питателя глину, частично разбивают попадающиеся на пути куски и сбрасывают глину под бегуны.
Под бегунами глина хорошо размалывается и продавливается через дырчатую тарелку бегунов ( величина отверстий около 3 мм. ). В бегуны нередко подбрасывают бракованный сырец. Иногда между питателем и бегунами ( большей частью при производстве черепицы ) устанавливается увлажняющий шнек, куда поступает необходимое количество воды. Добавка воды к массе часто производится во время обработки её бегунами.
В этом случае применяют так называемые мокрые бегуны. Глина из-под бегунов проходит одну или две пары гладких вальцов и поступает в кирпичный ленточный пресс, который соединяют с резательным аппаратом. Проволока резательного автомата отрезает кирпич от глиняной ленты и мгновенно отходит обратно. Отрезанный кирпич попадает ( на ребро ) на подкладочные деревянные рамы, движущиеся на 2-3 см. ниже глиняной ленты.
Так как скорость движения рам несколько больше, чем глиняной ленты, то между отрезанными кирпичами образуются промежутки, необходимые при последующей сушке. После расфасовки по рамам, сырец подаётся в сушильную камеру. По заполнении камера плотно запирается и обогревается. Сушка кирпича производится в сушилах следующих типов с естественной сушкой, с искусственной и комбинированной. Естественные способы применяются главным образом, при небольшой производительности завода. Естественная сушка довольно продолжительна и при большом объёме производства не вполне рентабельна, так как требуется много складского пространства и успех работы в значительной степени зависит от погоды.
Для искусственной сушки применяют тепло отработанного пара, остывающего обожженного кирпича, а в некоторых случаях тепло дымовых газов. Нагретый воздух ( 350-400 С ) отсасывается из обжиговой печи эксгаустром и подаётся в сушильную камеру. Благодаря постепенному подъёму температуры, в закрытой сушильной камере с течением времени образуются испарения воды без заметного движения воздуха.
Это весьма благоприятно влияет на сушку кирпича, особенно из чувствительных к режиму сушки глин в первый период. Сырец нагревается во влажном воздухе и преждевременного высыхания его поверхности не происходит, а влага равномерно испаряется из всей массы сырца. Для обеспечения равномерности тяги и работы в печи устанавливают вентиляторы.
Газы продуктов горения используются для сушки сравнительно реже, т.к. они действуют разрушающим образом на дерево и железо. Их следует пропускать по трубам или каналам под полом сушилки. Высушенный кирпич при помощи различного рода подъёмников и вагонеток подаётся в печь для обжига. Обжиг кирпича обычно производится в кольцевых печах или “ зиг-заг “, а в последнее время в туннельных печах. Данная операция производится при температуре от 900 до 1000 градусов. При получении же так называемого “железняка” обжиг производится до начала спекания.
В зависимости от состава глины и часто от степени обжига изделия получают различную окраску: при нормальном обжиге - красную, при слабом - розовую, при сильном - темно-красную. Имеются также глины, богатые известью, придающие кирпичу желтую или розово - желтую окраску. Хороший стеновой кирпич должен иметь матовую поверхность ( не стекловидную ), при ударе давать звонкий, ясный звук, не иметь трещин на лицевых сторонах ( ложковой и тычковой ), раковин и внутренних пустот.
Он должен иметь однородный излом, быть достаточно пористым и лёгким. Кроме обыкновенного строительного кирпича вырабатываются ещё так называемые фасонные сорта: лекальные (для кладки круглых дымовых труб и сводов), клиновые, карнизные и т.п. Кроме того, делают пустотелые и фасонные кирпичи и легковесные кирпичи, которые получили широкое применение в строительстве. Облицовочный кирпич (лицевой, фасонный) изготовляется из чистых однородных глин, обладающих повышенной вязкостью и имеющих раннее спекание, с интервалом не менее 100-200 градусов.
Глины должны быть свободны от крупных включений и не содержать растворимых солей. Облицовочный кирпич может быть полнотелым или пустотелым и изготовляется как пластическим, так и полусухим способом. Фактура на лицевой поверхности кирпича достигается с помощью приспособленных к мундштуку валиков с обработанной рельефом поверхностью или путём допрессовки сырца в подвяленном состоянии.
Облицовочный кирпич применяется, главным образом, для облицовки фасадов зданий (декорирования окон, дверей, карнизов и пр изготовляется разных профилей. Легковесный пористый кирпич применяется для возведения стен и как заполнитель каркасных зданий. Отличается от обычного строительного кирпича меньшей теплопроводностью. Он изготовляется из смеси глины с древесными опилками, торфом или другими органическими материалами, которые при обжиге выгорают и оставляют в массе кирпича поры. Для изготовления легковесного кирпича применяют жирные чистые глины, не содержащих посторонних включений.
Технология производства в основном аналогична технологии производства обычного строительного кирпича. Сухой способ производства строительного кирпича не требует устройства специальных дорогостоящих сушильных установок, так как отпрессованный кирпич, не подвергаясь сушке, непосредственно или после вылеживания в течении суток поступает в обжиговую печь. При производстве кирпича методом сухого прессования используют тощие глины.
В процессе производства принимают участие прессы ударного действия, рычажные и револьверные. Обжиг происходит в печах типа гофманских и реже “зиг-заг”, а также в туннельных печах с небольшим сечением обжигательного канала, чтобы избежать значительных перепадов температур. Температура обжига колеблется от 950 до 1100 градусов и редко выше. 2.1.1.Цемент. Цемент применяется для получения бетона, а также для скрепления кирпичей при строительстве.
Наиболее широко применяемой разновидностью цемента является портландцемент. Портландцемент - важнейший гидравлический вяжущий материал, имеющий широкое применение в строительстве. Портландцементом называется продукт тонкого помола цементного клинкёра, который получают обжигом до спекания искусственной смеси (известняка, мела, глины, и др.) или природного сырья надлежащего состава, обеспечивающих в цементе преобладанием силикатов кальция. При измельчении клинкёра вводят добавки: 1.5-3.5% гипса (в перерасчете на ангидрид серной кислоты SO3) для регулирования сроков схватывания, до 15% активных минеральных добавок - для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.
К основным техническим свойствам портландцемента относят - плотность и объёмную насыпную массу, тонкость помола, сроки схватывания, равномерность изменения объёма цементного теста и прочность затвердевшего цементного раствора. Плотность цемента находится в пределах 3.0-3.2 г/см3, объемная насыпная масса в рыхлом состоянии составляет 900-1100 кг/м3 и до 1700 кг/м3 - в уплотнённом Тонкость помола характеризует степень измельчения цемента и устанавливается ситовым анализом (просеиванием через определённые сита). Более точный характеристикой степени измельчения цемента является его удельная поверхность, т.е. поверхность всех зёрен, содержащихся в 1 г цемента.
Тонкость помола в значительной степени влияет на прочность цементного камня. Чем более тонко измельчён цемент (до известного предела), тем выше прочность цементного камня.
В соответствии с требованиями ГОСТ 10178-62 тонкость помола должна быть такой, чтобы через сито №008 проходило не менее 85% от всей навески портландцемента. Удельная поверхность обычного портландцемента находится в пределах 2000-3000 см2/г и 3000-5000 см2/г - быстротвердеющих и высокопрочных цементов. Сроки схватывания цементного теста (цемент + вода) зависят от тонкости помола, минерального состава и водопотребности цемента. При этом водопотребность характеризуется количеством воды в процентах от массы цемента, необходимой для получения теста нормальной густоты, т.е. определённой подвижности (24-28%). Начало схватывания должно наступать не ранее 45 минут, а конец не позднее 12 часов.
За начало схватывания принимают время, прошедшее от начала затворения цемента водой до начала загустевания цементного теста: а за конец - время от начала затворения теста до полной потери им пластичности. С повышением температуры схватывания цементного теста ускоряется, с понижением - замедляется.
За период схватывания, которое завершается относительно быстро (несколько часов), следует продолжительный процесс превращения цементного теста в цементный камень. 2.2.