Реферат: Технология изготовления строительного кирпича пластическим способом

- облицовка фасадов;

- создание ограды, заборов;

- кладка дымовых труб и печей;

- использование в качестве внутренних перегородок домов.

По своему составу и способу производства кирпич делится на две основные группы – силикатный и керамический. Силикатный кирпич производится из смеси песка, извести и небольшой доли различных добавок. Керамический кирпич получают путем обжига глины в печи.

1.2 Силикатный кирпич (известково-песчаный)

Силикатный кирпич- искусственный камневидный материал, получаемый путем прессования увлажненной смеси кварцевого песка и извести с последующим запариванием в автоклаве. Сырьем для его производства служат кварцевый песок (92-94 % от массы сухой смеси) и известь (6-8 %), считая активную СаО.

Силикатный кирпич имеет форму- 250х120х65 мм. Его изготовляют как сплошным, так и пустотелым. Выпускают также крупноразмерный кирпич (250х120х88) с пустотами. В зависимости от предела при прочности при сжатии и изгибе силикатный кирпич делят на марки 75, 100, 125, 200, 250. средняя плотность силикатного кирпича несколько выше, чем у обычного глиняного и составляет до 1800-1900 кг/м³, теплопроводность находится в пределах 0,81- 0,87 Вт/(м*К). По теплотехническим показателям силикатный кирпич подразделяют на эффективный с плотностью не более 1400 кг/м³ и теплопроводностью до 0,46 Вт/(м*К), условно эффективный соответственно 1401- 1650 кг/м³ и до 0,58 Вт/(м*К) и обыкновенный с плотностью свыше 1650 кг/м³ и теплопроводностью до 0,7 Вт/(м*К). Водопоглощение кирпича должно быть не более 16% по массе, а морозостойкость- обусловлена марками: F50, 35, 25 и 15. По назначению этот кирпич именуется рядовым или лицевым. Лицевой может быть неокрашенным и цветным: голубого, зеленоватого, желтого и других цветов.

Силикатный кирпич широко применяется для кладки несущих стен жилых, промышленных и гражданских зданий, для столбов, опор и т. д. Однако по сравнению с обычным глиняным силикатный кирпич имеет пониженную стойкость против воздействия некоторых агрессивных сред. Такой кирпич не следует использовать для кладки фундаментов, особенно в условиях высокого уровня грунтовых вод. Нельзя применять силикатный кирпич в изделиях и конструкциях, подверженных длительному воздействию температур свыше 500˚С (печи, дымовые трубы и т.п.). При длительном нагреве силикатный кирпич разрушается вследствие дегидратации гидросиликата и гидрооксида кальция.

1.3 Керамический кирпич

Керамический кирпич обыкновенный сплошной и пустотелый пластического и полусухого прессования представляет собой искусственный камень, изготовленный из глины с добавками или без них и обожженный.

Сплошной керамический кирпич имеет форму прямоугольного параллелепипеда размером 250х120х65мм, с прямыми ребрами, четкими гранями и ровными лицевыми поверхностями, кирпич утолщенный- 250х120х85 мм., кирпич модульный- 288х138х65/85, кирпич утолщенный- 250х120х85 мм.; искривление ребер и граней кирпича не должно превышать 3мм. Модульный кирпич с технологическими пустотами имеет массу не более 4 кг. Кирпич может быть полнотелым или пустотелым.

Расположение пустот, их количество и размеры должны соответствовать стандартам. Количество и форма пустот очень разнообразны. Поверхность граней нередко изготавливают рифленой, пустоты располагаются перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными или несквозными

По плотности и техническим свойствам керамические кирпичи делят на три группы: первая – эффективные, улучшающие теплотехнические свойства стен и позволяющие уменьшать их толщину по сравнению с толщиной стен, выполненных из обыкновенного кирпича, к этой группе относится кирпич с плотностью не более 1400 – 1450 кг/м³; вторая – условно-эффективные, улучшающие теплотехнические свойства, с плотностью 1450 – 1600 кг/м³; третья – обыкновенный керамический кирпич плотностью свыше 1600 кг/м³. Кирпич не должен иметь механических повреждений и сквозных трещин. Кирпич должен быть нормально обожжен; кирпич недожженный и пережженный – брак. После обжига кирпич должен соответствовать цвету эталона нормально обожженного кирпича. Не допускаются известковые включения (дутики), вызывающие разрушение кирпича. Масса кирпичей не должна превышать стандарты.

В зависимости от предела прочности при сжатии кирпич делят на марки: 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300. Плотность сплошного кирпича 1600 – 1900 кг/м³, его теплопроводность 0,7 – 0,82 Вт/(м*С). Водопоглощение кирпича выше марки 150 должно быть не менее 6% и не более 16%, кирпича других марок не менее 8% и не более 16%. Это требование обеспечивает определенную пористость кирпича, иначе он станет слишком теплопроводен и будет плохо сцепливаться со строительным раствором. Морозостойкость кирпича- не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания; предусмотрены и более высокие марки морозостойкости: Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50, Мрз 100.

Производство пустотелых стеновых изделий требует меньше затрат на сырье и топливо, а поскольку ускоряется сушка и обжиг тонкостенных изделий, то соответственно повышается производительность сушилок и печей. Однако массу для пустотелого кирпича обрабатывают более тщательно. Применение пустотелых керамических изделий позволяет уменьшить толщину наружных стен и снизить материалоемкость ограждающих конструкций на 20 – 30 %, сократить транспортные расходы и нагрузки на основание. Стоит запомнить, что эти изделия не рекомендуется применять для фундаментов, цоколей, стен мокрых помещений. Пустотелые кирпичи изготавливают из легкоплавких глин и глино – трепельных смесей с выгорающими добавками и без них. Пустоты в кирпиче или камне располагают перпендикулярно или параллельно постели, они могут быть круглыми и прямоугольными.

Кирпич, в силу высокой степени апробации и повсеместной распространенности, сохраняет свои высокие позиции в качестве облицовочного и конструкционного материала. Различные теплоизоляционные материалы, используемые совместно с кирпичом, придают комбинированным (слоистым) стеновым системам необходимое сопротивление теплопередаче.

На большинстве кирпичных заводов, выпускающих продукцию, зачастую не удовлетворяющую требованиям строителей, технология и оборудование настолько устарели, что обычной модернизацией отдельных участков здесь уже не обойтись. Требуется строительство новых заводов с применением современных технологий. Но приобретение современных импортных кирпичных заводов связано с громадными капитальными затрата ми. Между тем в России разработаны технологии и оборудование, позволяющие получать качественный кирпич.

1.4. Технология производства строительного кирпича пластическим способом

Современная технология производства керамических стеновых и других материалов базируется на двух принципиально отличных технологических схемах: производство пластическим способом (формование) и производство полусухим способом (прессование). Наиболее распространен пластический способ.

Производство кирпича осуществляется по следующей схеме (Приложение 1, рис 1).

Производство кирпича начинается с добычи глины, которая зависит от ее свойств и особенностей залегания. Это основной компонент керамики- осадочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов- водных алюмосиликатов различного состава (каолинит, монтмориллонит). Размер частиц глинистых материалов не превышает 0,005 мм, преобладающая форма частиц- пластинчатая. Благодаря своей гидрофильности и огромной площади поверхности глинистые частицы активно поглощают и удерживают воду. Именно глинистые минералы придают глине ее характерные свойства: пластичность при увлажнении, прочность при высыхании и способность к спеканию при обжиге.

Кроме глинистых минералов, в глине содержатся более крупные частицы: пыль(0,005-0,16 мм) и песок (0,16-5 мм). Они состоят из кварца, карбонатов кальция и магния и других минералов. Эти компоненты глин также влияют на ее технологические свойства и качество готовых кирпичей. Глины как сырье для производства строительного кирпича оценивают комплексом свойств: пластичностью, связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур. Отощающие материалы входят в состав керамической массы для снижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадкой глин. Они улучшают сушильные свойства глин. В качестве отощающих добавок используют песок, шамот, дегидратированную глину, золы ТЭС, гранулированные шлаки. 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. На разработке глины получили распространение одноковшевые и многоковшевые экскаваторы. При некаменистых, но очень плотных глинах применяют экскаваторы с определённо направленными ковшевыми цепями. Эти машины имеют более сильные двигатели, но изнашиваются скорее. Производительность экскаватора зависит от характера глины, глубины её залегания, типа экскаватора и мощности двигателя и составляет от 15 до 60 м³/час (от 4800 до 19200 кирпичей). Доставка глины на завод производится в опрокидывающихся вагонетках.

Глину, извлеченную из карьера, помещают в бетонированные ямы, где производится ее разравнивание. Далее яма с разровненной глиной заливается водой и оставляется 3-4 дня. После этого из глиняной массы необходимо убрать камни и другие твёрдые тела для чего используются камневыделительные вальцы: глиняная масса поступает на поверхность двух валков, которые вращаются навстречу друг другу, в результате чего глина втягивается в зазор между ними и измельчается. Вальцы состоят из двух параллельных валков, которые вращаются в противоположные стороны. Оси валков находятся в одной горизонтальной плоскости. Между их цилиндрической поверхностями устанавливается определенный зазор. Материал подают на валки в виде отдельных кусков. За счет вращения навстречу друг другу, в результате сил трения и адгезии материал затягивается в зазор и, деформируясь, течет в направлении вращения валков. Валки могут иметь разные диаметры и вращаться с неодинаковой скоростью, в результате чего измельчение происходит интенсивнее. Отношение скоростей движения валков называют фрикцией; при увеличении градиента скорости эффект перемешивания массы возрастает, соответственно возрастает расход энергии на работу установки, что приводит к увеличению температуры перерабатываемого материала. Для более интенсивного измельчения к вальцам добавляют бегуны.

После удаления из глины ненужных примесей она поступает в ящичный питатель, который имеет 2 или 4 отделения. Количество отделений зависит от количества смешиваемых сортов глины. Для выталкивания на бегуны, а также для разбиения твёрдых кусков материала питатель оснащён выходным отверстием, на которое поставлены подвижные грабли. На бегунах глина измельчается, а затем проваливается вниз через сетку, величина отверстий которой составляет не более 3-х миллиметров.

Вслед за прохождением бегунов глина проходит через несколько пар гладких вальцов и попадает в кирпичный ленточный пресс. Формирование кирпича строительного заключается в придании подготовленной сырьевой массе на ленточном горизонтальном прессе определенной формы и размеров. Пресс состоит из цилиндра, в котором вращается шнековый диск, подающий массу и создающий прессовую нагрузку, прессовой головки, в которой масса начинает уплотняться, и мундштука, придающего выходящей из выходного отверстия массе форму бруса и окончательно уплотняющего его. Поступающую в ленточный пресс глиняную массу с помощью шнека уплотняют, после чего она поступает к выходному отверстию- мундштуку. Для получения кирпича наиболее высокой плотности и улучшения формовочных свойств глин применяют вакуумные ленточные прессы (Приложение 2, рис. 1). Вакуумирование и подогрев массы при прессовании позволяет улучшить ее формовочные свойства, увеличить прочность обожженного изделия до 2-х раз. В корпусе пресса вращается шнек-вал с винтовыми лопастями. Глиняная масса перемещается с помощью шнека к сужающейся переходной головке, уплотняется и выдавливается через мундштук в виде непрерывного бруса, ленты или трубы под давлением 1,6-7 МПа. Производительность ленточных прессов- до 10 000 шт./ч. Срок сушки кирпича- от 24 часов до 3 суток.

Одним из известных способов повышения качества керамического кирпича является нанесение влагозадерживающих составов (ВЗС) на поверхность формуемого бруса перед его разрезкой (Приложение 2, рис. 2). Возникающее при сушке сырца ядро уплотнения вызывает растягивающие деформации, которые приводят к образованию трещин на гранях (4.). Нанесение ВЗС на лицевые грани позволяет вести сушку со стороны плашковых граней, что сопровождается деформациями сжатия, и трещины не образуются. В этом случае можно даже ужесточить режим сушки в определенных пределах. Еще одним положительным фактором такой обработки сырца является устранение высолов на лицевых поверхностях, что позволяет получить кирпич равномерного яркого цвета. Однако такой эффективный способ повышения качества кирпича не нашел широкого применения на действующих кирпичных заводах. Анализ рекомендованных устройств для реализации способа нанесения ВЗС приводит к выводу об их неработоспособности в условиях действующих предприятий. Например, подача ВЗС непосредственно в мундштук не позволяет получить равномерного покрытия, на брусе остаются не обработанные участки. Нанесение ВЗС напылением через форсунки требует серьезной вытяжной вентиляции, а форсунки часто забиваются. Излишнее нанесение ВЗС приводит к стеканию с тычковых граней на ленту транспортера, загрязняя ее. Изучение опыта предприятий по использованию способа нанесения ВЗС привело к неутешительному выводу - в промышленности отсутствует работоспособное устройство для нанесения ВЗС, что приводит к негативному результату и, соответственно, охлаждению интереса к этой теме.

Проходя через ленточный пресс, глина попадает на резательный аппарат, в котором проволока отсекает кирпич от глиняной ленты. Готовые бруски глины ставятся на ребро и складываются на подкладочные деревянные рамы. Деревянные рамы должны располагаться на 2-3 сантиметра ниже, чем лента глины, а также двигаться немного быстрее ленты, чтобы между кирпичами образовывались небольшие промежутки, которые нужны для качественной сушки готового кирпича. Далее осуществляется расфасовка кирпича, а потом кирпич помещается в сушильные камеры.

Перед обжигом изделия должны быть высушены до содержания влаги 5- 6%, во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания при обжиге. Сушка весьма ответственный этап технологии, так как трещины обычно возникают именно на этом этапе, а при обжиге они лишь окончательно выявляются. 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. В настоящее время сушка производится преимущественно искусственная в туннельных непрерывного действия сушилах (Приложение 2, рис. 3.), или камерных периодического действия сушилах (Приложение 2, рис. 4.). 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 эксгаустером 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. В сушильных камерах при температуре 350-400˚С кирпич высыхает под воздействием на него, нагретого пара. Печь оснащается вентилятором для осуществления равномерности тяги. Высушенный кирпич доставляется в печь для обжига с помощью подъемников и специальных вагонеток.

Обжиг является завершающей стадией технологического процесса производства керамических изделий, имеющего целью закрепить форму изделия и придать ему необходимые физико-механические свойства. Печи для обжига кирпича строительного применяют двух типов: периодического (туннельного) и непрерывного действия. В печах первого типа (Приложение 2, рис. 5) весь процесс обжига происходит последовательно во времени и в каждый момент в рабочей камере печи происходит только одна какая-нибудь стадия процесса обжига (загрузка, нагрев, охлаждение, выгрузка). В печах непрерывного действия процесс обжига протекает непрерывно, при этом в разных частях печи одновременно происходят различные стадии процесса.

Процесс обжига условно можно разделить на три периода: прогрев, собственно обжиг и охлаждение. При нагреве сырца до 120˚С удаляется физически связанная вода и керамическая масса становится непластичной. Но если добавить воду, пластические свойства массы сохраняются. В температурном интервале от 450- 600˚С происходит отделение химически связанной воды, разрушение глинистых минералов и глина переходит в аморфное состояние. При этом и при дальнейшем повышении температуры выгорают органические примеси и добавки, а керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства. При 800˚С начинается повышение прочности изделий, благодаря протеканию реакций в твердой фазе на границах поверхностей частиц компонентов. В процессе нагрева до 1000˚С возможно образование новых кристаллических силикатов, например силлиманита Al2O3*SiO3, а при нагреве до 1200˚С и муллита 3Al2O3*2SiO3. Одновременно с этим легкоплавкие соединения керамической массы и минералы плавни создают некоторое количество расплава, который обволакивает не расплавившиеся частицы, стягивает их, приводя к уплотнению и усадки массы в целом. Эта усадка называется огневой усадкой. В зависимости от вида глин она составляет от 2% до 8%. После остывания изделие приобретает камневидное состояние, водостойкость, прочность. Обжиг изделий ведется до различной степени спекания. Температура в печи должна составлять от 900 до 1000˚С. Спекшимся считается изделие с водопоглощением менее 5%. Кирпичи в зависимости от температуры обжига получают различную окраску: от темно-красной при сильном обжиге до розовой при слабом.

После обжига изделия могут различаться между собой как по степени обжига, так и по наличию внешних дефектов (отбитость, трещины, искривления). Поэтому при выгрузке из печи их сортируют с учетом требований технических условий, приведенных в соответствующих ГОСТах.