Производство керамзитобетонных стеновых панелей

Для получения теплоизоляционного керамзитобетона с малым объемным весом можно использовать керамзит наиболее крупных и легких фракций (20—40 мм и более), обжигаемый по специальному режиму, обеспечивающему усиленное вспучивание гранул и образование крупных пор. Объемный вес такого керамзита достигает 150—200 кг/м3. Из него получают крупнопористый керамзитобетон с объемным весом 350—400 кг/м3 и пределом прочности при сжатии до 10 кГ/см2.

Теплоизоляционно-конструктивный керамзитобетон имеет марки 35, 50, 75, и объемный вес его колеблется от 700 до 1 400 кг/м3.

Повышенная прочность по сравнению с теплоизоляционным керамзитобетоном при невысоком коэффициенте теплопроводности (до 0,5 ккал/м•ч•град) позволяет применять этот керамзитобетон в ограждающих конструкциях зданий. Однако к нему предъявляются требования морозостойкости (до 25 циклов замораживания и оттаивания для зданий I категории — см. главы СНиП П-А.1.1, И.Б.2.2, II-B.4, СН 35-68). ГОСТ 11024-64 на керамзитобетонные панели нормирует морозостойкость керамзитобетона, которая должна быть для наружных стеновых панелей не ниже Мрз 25, для цокольных панелей — не ниже Мрз 35.

Конструктивный керамзитобетон имеет высокую прочность и сравнительно небольшой объемный вес и применяется в сооружениях, в которых необходимо облегчить несущую конструкцию. Его объемный вес до 1 700 кг/м, прочность при сжатии до 400 кГ/см2.

Конструктивный керамзитобетон может быть армирован обычной или предварительно напряженной арматурой (в последнем случае марка керамзитобетона не должна быть менее 200). Для изготовления стеновых панелей конструктивный керамзитобетон не применяется.

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Обоснование выбора и характеристика сырьевых материалов и полуфабрикатов

2.1.1 Вяжущие

Неорганическими, или минеральными, вяжущими называют порошкообразные вещества, которые при затворении водой (а некоторые вещества - раствором соли, например, каустический магнезит) образуют пластичное тесто, твердеющее в результате физико-химических процессов и превращающееся в камень. Вяжущие вещества применяют для изготовления растворов, бетонов, бетонных и железобетонных изделий.

Простые минеральные вяжущие - глина, известь, гипс - известны с давних времен. Впоследствии были найдены способы придания извести гидравлических свойств введением различных природных добавок.

Вяжущие характеризуются сроками схватывания, минералогическим составом, тонкостью помола, маркой, равномерностью изменения объема при твердении и др. Начало и конец схватывания, марка вяжущего и некоторые другие характеристики являются условными физическими величинами и устанавливаются ГОСТом для каждого вида вяжущих.

Классификация основных неорганических вяжущих, применяемых в строительстве, следующая:

— портландцементы - портландцемент, портландцемент пластифицированный, портландцемент гидрофобный, портландцемент быстротвердеющий, портландцемент сульфатостойкий, портландцементы белые и цветные, портландцемент расширяющийся, портландцемент для дорожных и аэродромных покрытий, шлакопортландцемент, шлакопортландцемент быстротвердеющий, портландцемент пуццолановый;

— цементы специального назначения - цемент глиноземистый, цемент гипсоглиноземистый расширяющийся, цемент щелочной алюмосиликатный, цемент шлакосиликатный, цемент фосфатный, кислотостойкий, цемент на основе серы;

— известь и цементы на ее основе - известь воздушная, известь гидравлическая, известково-шлаковый цемент, известково-пуццолановый и известково-зольный цементы, известково-нефелиновый цемент;

— магнезиальные вяжущие - магнезит каустический, доломит каустический;

— гипсовые вяжущие - гипс строительный, гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, гипс высокообжиговый, фосфогипс.

Исходным сырьем для производства вяжущих являются мел, известняк, магнезит, доломит, гипс, мергели, бокситы, шлаки, глины, нефелиновый шлак, золы, пески и др.

В курсовой в качестве вяжущего вещества был взят портландцемент М400.

Портландцементы - самые распространенные цементы. Их получают помолом клинкера, представляющий собой обожженный до спекания состав, при температуре около 1450 градусов. Он состоит из тщательно дозированных смесей материалов, содержащих углекислый кальций, кремнезем и оксид железа, например мергеля или смесей известняка и глин. При помоле к клинкеру добавляют до 15% гидравлических добавок или 10% кварцевого песка, а для замедления схватывания - до 3% двуводного гипса.

По внешнему виду портландцемент представляет собой тонкомолотый порошок различных оттенков. Основной цвет портландцемента - серовато-зеленый.

Для получения портландцемента в основном используют мергелистые породы, называемые цементными, или натуральными. Так как месторождения натуральных мергелей встречаются редко, то большей частью цементные заводы работают на искусственных смесях, составленных из известняка и глины или известняка и шлаков, золы, сланцев и др.

Кроме основного сырья, при производстве вяжущих используют различные добавки, придающие вяжущим необходимые свойства,- активные минеральные добавки: природные (осадочного и вулканического происхождения) и искусственные.

К природным добавкам осадочного происхождения относят диатомиты и трепелы - породы, содержащие главным образом кремнезем в аморфном состоянии; опоки - уплотненные диатомиты и трепелы; глиежи - породы, образующиеся в результате самообжига при подземных пожарах в угольных пластах. К природным добавкам вулканического происхождения относят пеплы - породы, содержащие алюмосиликаты и находящиеся в природе в виде рыхлых, частично уплотненных отложений; туфы - уплотненные и сцементированные вулканические пеплы.

Среди активных добавок (искусственных) особая роль принадлежит доменным основным и кислым шлакам, на основе которых получают шлакопортландцементы, известково-шлаковые и водостойкие гипсовые вяжущие; золе бурых углей, сланцев, на основе которых изготовляют местные цементы в смеси с известью, а также нефелиновому шламу (отход глиноземистого производства), так как они являются либо природными материалами, либо производственными отходами, не требующими для своего изготовления затрат топлива на обжиг; большинство добавок является местными материалами. Многие из них находятся в рыхлом или порошкообразном состоянии и не требуют размола.

Иногда для разбавления цементов или их пластификации применяют добавки-наполнители (тонкомолотые известняки, молотый песок, глину и др.). В качестве специальных добавок к цементам при помоле клинкера применяют пластификаторы (сульфитно-дрожжевая бражка), гидрофобизаторы (мылонафт, асидол, кремнийорганические соединения - ГКЖ-94 и др.).

2.1.2 Вода

Для приготовления легких бетонов применяется вода, удовлетворяющая техническим условиям для затворения обычного бетона. Она не должна содержать вредных примесей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению вяжущих. Сточные воды, а также воды, загрязненные вредными для цемента примесями, имеющие рН менее 4 и содержание сульфатов в расчете на SO4 более 1 % от веса воды, для затворения бетона не допускаются. Обычно все воды, пригодные для питья, пригодны для затворения бетона.

Совершенно необоснованно в некоторых инструктивных положениях предъявляются к воде для изготовления легких бетонов требования в соответствии ее ГОСТ на питьевую воду. Применять морскую воду для наружных стеновых элементов не рекомендуется, так как на поверхности изделий могут появиться солевые выцветы.

2.1.3 Заполнители

ГОСТ 9757-61 «Заполнители пористые неорганические для легких бетонов» установлено, что по форме и характеру поверхности пористые заполнители подразделяются на следующие виды:

1) гравий, имеющий округлую форму и относительно гладкую поверхность;

2) щебень, получаемый: в результате дробления и имеющий угловатую (неправильную) форму и сильно шероховатую поверхность;

3) песок округлой формы;

4) песок угловатой (неправильной) формы, получаемый в результате дробления и рассева природных или искусственных заполнителей.

Керамзит. Керамзит представляет собой легкий искусственный пористый материал, получаемый вспучиванием легкоплавких глинистых пород путем их обжига. Это один из наиболее эффективных заполнителей для легких бетонов, имеющий пористую структуру и оплавленную плотную поверхность. Равномерная мелкопористая структура внутренней части зерна керамзита (пористость до 70% и величина пор около 1 мм) обеспечивает хорошие теплозащитные и звукоизоляционные свойства керамзита и бетона на его основе.

По форме и характеру поверхности зерна керамзит можно разделить на гравий, имеющий округлую (или редко угловатую) форму и оплавленную поверхность, и щебень, имеющий угловатую неправильную форму и сильно шероховатую, с открытыми порами, ноздреватую поверхность.

По объемному насыпному весу керамзит подразделяется на 12 марок; по прочности— на два класса А и Б.

Керамзитовый гравий должен выдерживать не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания в воде с потерей в весе при этом не более 8%. При кипячении в воде потеря в весе зерен керамзитового гравия из-за включений извести, высокого содержания окиси магния, недожога и других причин не должна превышать 5%. Так называемый коэффициент формы — отношение наибольшего размера зерна к наименьшему — не должен быть более 1,5, так как при Кф = 2 прочность керамзитобетона на этом заполнителе снижается на 27 %, а при Кф = 2,5— на 34%. Поэтому количество отдельных гранул с коэффициентом формы зерен 2,5 не должно превышать 20%

Водопоглощение керамзитового гравия (по весу) в течение 1 ч должно быть не более 25% для гравия марок до 400 включительно, не более 20% для гравия марок от 450 до 600 включительно и не более 15% для гравия марок 700 и 800.

Фракции керамзита менее 5 мм независимо от способа получения относятся к песку и по крупности зерен разделяются на:

- рядовой с размерами зерен до 5 мм;

- мелкий с размерами зерен менее 1,2 мм;

- крупный с размерами зерен от 1,2 до 5 мм.

При производстве керамзитового гравия получается незначительное количество зерен менее 5 мм. Для получения керамзитового песка обычно производят дробление керамзитового гравия фракций крупнее 40 мм на молотковых или валковых дробилках с рифлеными валками.
Необходимо иметь в виду, что керамзитовый песок, получаемый дроблением, обладает большой адсорбцией по отношению к воде и вяжущему. С другой стороны, получение керамзитового песка обжигом сырья в двух барабанных печах, а также в кипящем слое технологически сложно при сравнительно большой стоимости продукции.

2.2. Состав сырьевой массы

Исходные данные для расчёта:

Цемент марки: ПЦ400-Д20. Жесткость керамзитобетонной смеси: 5-10 с. Отношение фракций керамзитового гравия 5-10 и 10-20: 40/60%. Плотность фракции 5-10: 1,25 кг/л; 10-20: 1,19 кг/л. Мелкий заполнитель: керамзитовый песок, плотностью 0,7 кг/л.

По таблице 13.4 [3] расход цемента составляет Ц1 = 260 кг/м3, поправочные коэффициенты по таблице 13.5 [3] на цемент М500 равен 0,9 и при жёсткости 10 с – 0,9, по наибольшей крупности заполнителя 0,9.

Окончательный расход цемента:

Ц = 260 · 0,9 · 0,9 · 0,9 = 190 кг/м3 принимаем 200 кг/м3(1)

Начальный расход воды по таблице 13.6 [3] составит Во = 160 л/м3. Далее по таблице 13.7 [3] находим объёмную концентрацию керамзита: φ = 0,35. Расход керамзита определяем по формуле:

, кг/м3. (2)

где γз.к. – плотность зёрен крупного заполнителя в цементом тесте, кг/л.

, кг/л.                                                                         (1)

, кг/л                                                                          

, кг/м3.

Определяем расход песка по формуле:

, кг/м3.                                                                                (2)

где γб – плотность бетона, кг/м3.

, кг/м3.

Общий расход воды определяем с учётом поправок на расходы крупного пористого заполнителя (керамзита) и цемента и на водопотребность песка:

, л                                                                                           (3)

где В1 – поправка на водопотребность плотного песка.

, л                                                                                    (4)

, л

В3 – поправка на объёмную концентрацию керамзита.

, л                                                                                   (5)

, л

, л

Итак получили следующий расход компонентов для получения керамзитобетона класса В3,5 на 1 м3(табл. 3):

Таблица 3. - Расход компонентов на 1 м3