close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4342 burov yu. s tehnologiya stroitelnih materialov i izdeliy

код для вставкиСкачать
&
gg£ga
UotsMooS
Ю. С. БУРОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
И ИЗДЕЛИЙ
Допущено
Министерством высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебника
для студентов, обучающихся по специальности
«Автоматизация и комплексная механизация строительства»
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА»
М о с к в а — 1972
G 31
1
У
(0 7 5 .2 )
6П7.3
і л I Б90
J - J \ УДК 666.3+678.5 + 679(075)
Б90
Буров Ю. С.
Технология строительных материалов и изделий. Учебник для
втузов. М., «Высш. школа», 1972.
464 с. с илл.
В учебнике на современном научно-техническом уровне осве­
щается состояние ң перспективы развития технологии основных стро­
ительных материалов и изделий, подчеркивается значение достиже­
ний современной науки и техники, а также роль автоматизации в
техническом прогрессе.
Книга предназначена для студентов строительных вузов и фа­
культетов.
3 —2—7
110—72
6П7.3
I
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебник написан в соответствии с учебной программой для сту­
дентов инженерно-строительных и других институтов, специализи­
рующихся в области автоматизации предприятий строительной ин­
дустрии (специальность № 0638).
В учебнике излагаются основы технологии нерудных строитель­
ных материалов, неорганических вяжущих веществ, бетонных и же­
лезобетонных изделий, строительной керамики, теплоизоляционных
материалов и искусственных пористых заполнителей, а такж е мате­
риалов и изделий на основе пластмасс; приведены сведения об ис­
ходном сырье, о свойствах материалов, условиях и области их при­
менения, работе основного технологического оборудования, а также
рассмотрены примеры автоматизации отдельных технологических
процессов и линий; подробно изложена технология бетонных и ж е­
лезобетонных изделий, широкое применение которых является осно­
вой современного индустриального строительства.
При составлении учебника учитывалось, что изучению настояще­
го курса предшествуют дисциплины: «Строительные материалы»,
«Механическое оборудование предприятий строительной инду­
стрии», «Тепловые установки в производстве строительных мате­
риалов», поэтому подробные сведения материаловедческого харак­
тера о строительных материалах, а также расчеты механического
оборудования, тепловых установок и транспортных устройств не
приводятся. Главное внимание в учебнике уделено освещению фи­
зико-химических основ и сущности технологических процессов в
производстве строительных материалов и изделий, понимание кото­
рых имеет особо важное значение для инженеров-электромехаников
по автоматизации и комплексной механизации предприятий строи­
тельной индустрии. В учебнике сделана попытка обобщить и систе­
матизировать основы технологии получения строительных материа­
лов и изделий в той мере, в какой это необходимо студентам
3
механических факультетов, специализирующихся о области автома*
тизации процессов их производства.
Автор выражает глубокую благодарность рецензентам учебника
док. техн. наук проф. И. А. Рыбьеву, сотрудникам кафедры строи­
тельного производства Калининского политехнического института и
ее руководителю канд. техн. наук доц. В. М. Петрову, а также док.
техн. наук проф. А. В. Волженскому и док. техн. наук проф.
О. А. Гершбергу и своим коллегам по работе за ценные советы и
указания.
3
ВВЕДЕН И Е
Производство строительных материалов и изделий слагается из
комплекса физико-механических и химических воздействий на ис­
ходное сырье и материалы, осуществляемых в определенной после­
довательности для получения продукции с требуемыми свойствами.
Совокупность знаний о методах и средствах их проведения состав­
ляет предмет технологии строительных материалов и изделий.
Технология в обобщенном понимании этого термина — наука о
методах и способах переработки сырья в предметы потребления,
о процессах, происходящих при этом, о средствах наиболее целесо­
образного их осуществления с минимальными затратами человече­
ского труда и материальных ресурсов.
Технология как прикладная наука базируется на научных д а н ­
ных механики, физики, химии и других естественных наук.
Общая технология строительных материалов и изделий включает
в себя технологии нерудных строительных материалов, бетонных и
железобетонных изделий, керамики и т. д.
В зависимости от характера производственных процессов р аз­
личают технологию механическую и химическую. Механической на­
зывают технологию, включающую механические процессы перера­
ботки сырья, в результате которых происходит изменение лишь
внешнего вида, размеров или формы материалов. Примером техно­
логии такого вида является получение нерудных строительных м а­
териалов дроблением и сортировкой каменных пород. Химической
называют технологию, в процессе которой исходное сырье претерпе­
вает глубокие превращения с изменением химического состава,
агрегатного состояния и физических свойств. Примером такой тех­
нологии является изготовление извести обжигом.
^Производство разнообразных строительных материалов и изде­
лий часто представляет сочетание элементов механической и
химической технологий переработки исходного сырья в необходи­
мый продукт потребления.
Огромные масштабы и темпы развития капитального строитель­
ства в СССР обусловливают непрерывное увеличение объема про­
изводства различных строительных материалов и изделий. В 1970 г.
в Советском Союзе было произведено 95,2 млн. г цемента
83 млн. л 3 сборных железобетонных изделий, 231 млн. м2 оконного
стекла, 43 млрд. шт. кирпича, 5,8 млрд. шт. условных плиток ши5
фера. По выпуску этих материалов наш а с т р а н а зан и м ает первое
МеСН аВблИжайшее пятилетие предусматривается дальнейший коли­
чественный и качественный рост выпуска строительных материалов
и изделий для индустриального строительства.
Основным направлением в развитии современного строительства
является его индустриализация, т. е. превращение его в механизи­
рованный процесс монтажа зданий и сооружений из крупных кон­
струкций и элементов заводского изготовления. В соответствии с
этим неуклонно возрастает роль промышленности строительных ма­
териалов в капитальном строительстве. В настоящее время стои­
мость строительных материалов и изделий составляет около 60 Һ
от стоимости строительно-монтажных работ. Можно полагать, что
в ближайшем будущем по мере завершения перехода на монтажные
способы возведения зданий и сооружений она возрастет до 70
75% и более.
**".
Для удовлетворения растущих потребностей ^ в строительных
материалах и изделиях предусматривается дальнейшее интенсивное
развитие их производства, опережающее капитальное строительст­
во, на основе новейших достижений науки и техники.
Основными направлениями в развитии технологии строительных
материалов и изделий, повышении их качества и снижении стоимо­
сти является переход от периодических к непрерывным процессам
производства, использование новых высокопроизводительных ма­
шин, интенсификация технологических процессов, широкое развитие
комплексной механизации и автоматизации производства.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ НЕРУДНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Глава 1
НЕРУДНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИХ СВОЙСТВА И СЫРЬЕ
Нерудными строительными материалами называют природные
каменные материалы, получаемые разработкой плотных и рыхлых
горных пород.
В современном строительстве эти материалы широко применяют
для приготовления различных видов бетонов и растворов, при из­
готовлении сборного железобетона, для каменной кладки, а также
в качестве балласта для железнодорожных путей и т. д. В 1970 г.
общий объем производства нерудных строительных материалов до­
стиг 450 млн. м*. В предстоящем пятилетии с развитием промыш­
ленности сборного железобетона намечено дальнейшее увеличение
их выпуска и улучшение качества.
К группе нерудных строительных материалов относят бутовый
камень, щебень, гравий и песок.
Бутовый камень — куски неправильной формы с размерами в
поперечнике более 150 мм.
Щебень — продукт, получаемый дроблением горных пород, с
размерами кусков 5—70 мм, а для возведения массивных бетонных
сооружений иногда применяют щебень до 150 мм. Щебень имеет
преимущественно неправильную остроугольную форму частиц и
шероховатую поверхность.
Гравий — механические отложения осадочных горных пород с
размерами зерен 5—70 (150) мм, образовавшиеся в результате есте­
ственного разрушения (выветривания) горных пород. Зерна гравия
имеют более или менее окатанную форму и гладкую поверхность.
Песок — природная или искусственная рыхлая смесь зерен круп­
ностью 0,14—5 мм. Природные пески образовались в результате
выветривания горных пород; искусственные пески — дробления гор­
ных пород. Зерна песка в зависимости от условий образования и
способов получения могут иметь округлую и остроугольную формы.
В современном строительстве применение бутового камня для
бутовой и бутобетонной кладок фундаментов, стен и подвалов со­
кращается, поэтому основное внимание уделяется технологии щеб7
ня, гравия и песка, используемых в качестве заполнителей для
бетонов.
Заполнители из природных материалов разделяют:
L
р а з м е р у зе р е н на мелкие (песок) с зернами крупностью до
5 мм и крупные (щебень, гравий) с крупностью 5— 150 мм, В
^
о б ъ е м н о й массе на тяжелые с объемной насыпной массой
более 1200 кг/м* для песка и более 1000 для крупных заполнителей
и пористые, более легкие, с объемной насыпной массой соответстВе"по н а з н а ч е т о ю - д л я І Щ
и для растворов (мелкие).
’ (крупные и мелкие заполнители)
1. Свойства нерудных строительных материалов
и требования к ним
В обычном бетоне или растворе заполнители по весу или объему
составляют основную часть и определяют свойства бетонов и рас­
творов (объемную массу, прочность, долговечность и др.)> а такж е
снижают их стоимость.
Качество заполнителей характеризуется комплексом физиче­
ских, механических и других показателей:
формой зерен и характером их поверхности, крупностью, зерно­
вым составом, объемом пустот и удельной поверхностью их;
плотностью и объемной массой, прочностью, сопротивлением
удару, истираемостью, морозостойкостью и пр.;
степенью однородности и содержанием вредных и загрязняющих
примесей, слабых и нестойких включений.
Зерновые характеристики заполнителей определяют строение
бетона или раствора как конгломератного материала, а также их
свойства и экономические показатели.
Бетон более прочен, если заполнители имеют остроугольную
форму, приближающуюся к кубу или тетраэдру, с шероховатой по­
верхностью. Гладкая окатанная поверхность зерен гравия и речного
песка не способствует надлежащему сцеплению их с цементным
камнем, в результате бетоны характеризуются пониженной прочно­
стью. Зерна гравия или щебня пластинчатой (лещадной) и иглова­
той формы, толщина и ширина которых меньше длины в три и бо­
лее раза, легко ломаются в бетоне, что снижает его прочность,
поэтому содержание таких зерен в крупном заполнителе ограни­
чивается.
Д ля получения плотного бетона с минимальным расходом це­
мента необходимо, чтобы заполнители имели возможно малые
объем пустот между зернами и удельную поверхность. Это дости­
гается использованием заполнителей возможно большей крупности
и рационального зернового состава, при котором пустоты между
крупными зернами заполняются зернами средней величины, а м еж ­
ду средними — более мелкими.
Крупность и зерновой состав заполнителей определяют просеи­
ванием их пробы через стандартный набор сит. Зерновой состав
8
заполнителем характеризуют количественным соотношением в %
по весу (выражаемым частными и полными остатками * на всех
ситах стандартного набора) зерен разного размера в средней пробе
данного материала. Стандартами регламентированы требования к
зерновому составу заполнителей для бетонов. На рис. 1 приведены
рекомендации по зерновому составу заполнителей для обычных бе-
I
I
І
I
Размеры отверстий контрольных сит. мм
Область мелкого
щебня (гравия)
сз
S
§
«о ^
Aj
с:
А найм
0*5(Д на им * Я н а и б )
Я наиб
'.25Днаиб
Размеры отберстий контрольных сит, мм
Рис. 1. Кривая просеивания заполнителей:
а — песка; 6 — щ ебня (гравия)
тонов. Д л я их изготовления допускаются заполнители, кривые про­
сеивания которых укладываются в заштрихованные области
графиков.
Различают щебень и гравий: рядовой — с естественным зерно­
вым составом, сортовой — с подобранным зерновым составом,
фракционированный — разделенный на отдельные фракции; пе­
сок
рядовой и фракционированный. Оптимальный зерновой состав
Частный остаток — это отношение веса остатка на данном сите к весу про­
сеиваемой навески в %; полный остаток — сумма частных остатков на всех ситах
с большим размером отверстий плюс остаток на данном сите в %.
9
заполнителей в бетоне обеспечивается при использовании фракцио­
нированных заполнителей, дозируемых раздельно.
Крупные заполнители для тяжелых бетонов подразделяют на
фракции 5— 10, 10—20, 20—40 и 40—70 мм, а песок — на две фрак­
ции: крупную и мелкую, получаемые разделением песка по гранич­
ному зерну, соответствующему размерам контрольных сит 1,25 или
фракции или смеси нескольких
фракций крупного заполнителя должен находиться в пределах за ­
штрихованной области рис. 1, б, а фракционированных песков (см.
рис. 1, а) — в пределах, указанных в табл. 1.
Таблица 1
Зерновой состав фракционированного песка
Размер отверстий
контоольных
сит, м м
Полные остатки на ситах (% по в е с у ) при разделении
исходного песка по граничному зерну, м м
Крупная
5,00
2,50
1,25
0,63
20—50
100
0 -4 0
50—70
100
Мелкая
0,63
0,315
0,14
фракция
фракция
30—50
50—80
90—100
40—60
90— 100
Пористые заполнители подразделяют на фракции: песок — до
1,2 и 1,2—5 мм; щебень (гравий) — 5— 10, 10—20 и 20—40 мм.
Д ля оценки заполнителей по крупности применяют показатель
наибольшей крупности, а для песка — модуль крупности. З а наи­
большую крупность заполнителя Днаиб принимают размер отвер­
стий сита (мм), на котором полный остаток при просеивании со­
ставляет не более 5%. Если полный остаток более 5%> то за наи­
большую крупность принимают размер отверстия (мм) более круп­
ного сита.
Модуль крупности песка М к является безразмерной величиной и
выражает частное от деления суммы полных остатков во всех ситах
в %, начиная с сита 2,5 мм и кончая ситом 0,14 мм, на 100%. По
крупности щебень и гравий разделяют на мелкий с наибольшей
крупностью зерен до 20 мм; средний — до 40 мм и крупный — до
70 (150) мм; песок в зависимости от модуля крупности делят на
крупный с М к более 2,5; средний — 2,5—2,0; мелкий — 2,0— 1,5 и
очень мелкий— 1,5— 1,0.
Плотность и объемная масса заполнителей определяют объем­
ную массу бетонов и растворов. Можно регулировать объемную
массу бетонов в пределах от 600—700 до 3200—3500 /сг/ж3. Плот10
ность и объемная масса заполнителей в куске, а также показатель
водопоглощення дают представление о пористости, характере пор,
что позволяет косвенно судить о возможной прочности. Объемная
масса кусков гранитного щебня составляет 2500—2900 кг/м3, изве­
стнякового щебня — 2000—2650 км/м3, кварцевого песка — 2600—
2700 кг/м3, а природных пористых заполнителей — 500 (пемза) —
1500 (известняк-ракушечник) кг/м3.
Объемная насыпная масса заполнителей в большей мере зависит
от пустотности и зернового состава. При прочих равных условиях
чем больше насыпная объемная масса заполнителей, тем лучше их
зерновой состав и тем меньше объем межзерновых пустот. Объем­
ная насыпная масса песка хорошего зернового состава составляет
не меньше 1550 кг/м3, а пустотность — около 40%. Насыпная
объемная масса крупного заполнителя рационального зернового
состава для тяжелых бетонов составляет 1450— 1600 кг/м3.
Пористые заполнители — щебень (гравий) и песок по объемной
насыпной массе подразделяют на марки: 100, 200, 250, 300, 350, 400,
500, 600, 800 и 1000, кроме того, для песка установлена марка 1200.
Фактически объемная насыпная масса заполнителей может быть
меньше или равна марке.
Насыпная объемная масса заполнителей (особенно песка) зави­
сит от влажности. При увлажнении песка средней крупности до
влажности 5—6% насыпной объем увеличивается на 30—40%, а
иногда и больше по сравнению с тем, который он занимал в сухом
состоянии. Это необходимо учитывать при приемке и дозировании
заполнителей по объему.
Прочность заполнителей в значительной степени определяет
прочность бетонов и растворов; при недостаточной прочности з а ­
полнителей бетон разрушается по зернам заполнителя. Обычно ре­
комендуется для тяжелых бетонов применять щебень из горных
пород с прочностью в водонасыщенном состоянии выше марки бе­
тона не менее чем в 1,5 раза — для марок бетона ниже 300 и не
менее чем в 2 раза — для марок бетона 300 и выше. При этом ще­
бень из изверженных горных пород во всех случаях должен иметь
марку не ниже 800, из метаморфических пород — не ниже 600 и из
осадочных карбонатных пород — не ниже 300. Дробленый песок
разрешается готовить из горных пород с пределом прочности при
сжатии в насыщенном водой состоянии не менее 400 кгс/см2.
Испытания исходных горных пород для определения прочности
заполнителей не всегда возможны, да они и не соответствуют усло­
виям работы заполнителей в бетоне под нагрузкой. В настоящее
время прочность крупных заполнителей оценивают по показателю
их дробимости, определяемому раздавливанием зерен заполнителя
в стальном цилиндре стандартного размера (внутренний диаметр и
высота 150 мм) при постоянном давлении на пуансон равном 20 тс.
Показатель дробимости выражают количеством раздробившегося
при этом испытании материала в % от веса взятой пробы.
В зависимости от величины дробимости гравий и щебень из гра­
вия делят на три марки: Др8, Д р 12, Др16. По ГОСТ 8267—64 ще­
11
бень из естественного камня в зависимости от дробимости при сж а­
тии (раздавливании) в цилиндре подразделяют на семь марок по
прочности: 1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200.
При оценке пригодности щебня и гравия, кроме прочности по
дробимости, учитывают также показатели: истираемость (износ) и
сопротивление удару. Истираемость заполнителей определяют ис­
пытанием в полочном барабане, а удару — на копре ПМ. В зависи­
мости от износа (истираемости) в полочном барабане щебень под­
разделяют на четыре марки: И -I, И-ІІ, И-ІІІ и И -IV, а щебень из
гравия и гравий — на марки: И20, ИЗО, И45 и И55. По сопротивле­
нию удару на копре щебень и гравий делят на марки: У75, У50
и У40.
Морозостойкость заполнителей в значительной мере предопредеЩебень
струкциях, не защищенных от внешних аті осферных
должны обладать морозостойкостью, обеспечивающей получение
бетона с требуемой маркой по морозостойкости. Морозостойкость
щебня и гравия определяют замораживанием. Заполнитель считает­
ся выдержавшим это испытание, если после заданного количества
циклов замораживания в насыщенном водой состоянии при темпе­
ратуре— 17° и оттаивания в воде потеря в весе не превышает 10%.
По степени морозостойкости их подразделяют на выдерживающие
15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300 циклов переменного замораживания и
оттаивания.
Морозостойкость заполнителей (прежде всего пористых) зави­
сит от объема открытых пор, свободно заполняемых водой. При
объемном водопоглощении более 80%} заполнители неморозостой­
ки. Наибольшей морозостойкостью обладают заполнители, вели­
чина водопоглощения которых близка к нулю (не более 0,5%).
Содержание вредных и нежелательных примесей в заполнителях
оказывает существенное влияние на прочность и долговечность бе­
тонов и растворов. Качество бетонов и растворов ухудшается при
наличии в заполнителях пылевидных, илистых и глинистых частиц,
сернистых и сернокислых соединений, аморфных разновидностей
кремнезема, слюды и органических примесей.
Пылевидные, илистые и глинистые частицы препятствуют сцеп­
лению зерен заполнителя с цементным камнем. Кроме того, комоч­
ки и оболочки глины на зернах заполнителей, значительно набухая
при увлажнении и сжимаясь при высыхании, вызывают расшатыва­
ние структуры бетона, что тоже снижает его прочность и стойкость.
Содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяе­
мое отмучиванием, не должно превышать в дробленом песке 5%, в
природном песке — 3%, в щ ебне— 1—3% и гравии— 1%.
Сернистые и сернокислые соединения (пирит, гипс и др.) вызы­
вают коррозию цементного камня и арматуры, а аморфные разно­
видности кремнезема (опал, халцедон и др.), взаимодействуя со
щелочами и увеличиваясь в объеме, вызывают появление в бетоне
растягивающих напряжений, его растрескивание и разрушение. Д о ­
пустимое содержание указанных соединений в заполнителях уста­
12
навливают специальными исследованиями с учетом условий эксплу­
атации сооружений.
Частички слюды, плохо сцепляясь с цементным камнем, на*
рушают монолитность бетона, а при воздействии нагрузок они мо­
гут расщепляться. Все это снижает прочность бетонов и растворов.
Содержание слюды в песке, гравии определяют петрографическим
анализом. По стандарту содержание в песке слюды допускается не
более 0,5% по весу.
Органические (гумусовые) примеси даж е в десятых и сотых до­
лях процента по весу замедляют скорость твердения и снижают
прочность бетона. Допустимое содержание их в заполнителе уста­
навливают калориметрической пробой.
Прочность и стойкость бетонов снижается при наличии в запол­
нителях зерен слабых пород. Содержание их в гравии и щебне не
должно превышать 10% по весу.
2. Сырье для производства нерудных
строительных материалов
Д л я получения нерудных строительных материалов используют
природные плотные и рыхлые горные породы. Горными породами
называют значительные по объему скопления минеральных масс.,
из которых сложена земная кора. Горные породы могут состоять из
одного или нескольких минералов. Минералы — вещества, состоя­
щие из химических соединений или химических элементов, одно­
родных по химическому составу и физическим свойствами и имею­
щих одинаковое строение. Минералы, из которых в основном сло­
жена данная порода, называют породообразующими.
Горные породы в зависимости от происхождения, вида породо­
образующих минералов и структуры различаются по своим физико­
механическим свойствам. В табл. 2 приведены краткая классифика­
ция и некоторые свойства горных пород, наиболее широко приме­
няемых в производстве строительных материалов.
По условиям образования горные породы делят на три группы:
изверженные (первичные), осадочные (вторичные) и метаморфиче­
ские (видоизмененные).
Изверженные (первичные) горные породы образовались в ре­
зультате охлаждения и отвердения магмы различного химического
состава. В зависимости от скорости и условий охлаждения различа­
ют глубинные, излившиеся плотные и излившиеся пористые горные
породы.
Глубинные ( интрузивные) породы, образование которых проис­
ходило на большой глубине'гТри медленном разномерном остыва­
нии магмы и высоком давлении, т. е. в условиях, благоприятных
для процессов кристаллизации, имеют зернисто-кристаллическое
строение. Эти породы состоят из тесно сросшихся между собой
крупных зерен различных минералов. Глубинные породы отлича­
ются высокой плотностью и прочностью, малым водопоглощением
и высокой морозостойкостью. В зависимости от химического соста13
сч
о
е
к
н
Ж sn8
2ы
° !dОv
®
О
.
О
-в
«вs
оо
3 о a
н
••=
«о S w
со
х
X
о
О
C
N
Ю
CN
О
о
<N
|
1
Ю
сч
1 Q
йВнЙЙМ^^^ИИии^И
I
1
1
ю
I
гН
о
о
1
2
о
о
1 т
ю
1
о
со
и о>
о s о
с В с >■
и
о <L)
0)
** S
в
о о
за
I
9
ок
0.0.*«
Б
Б
Я
*
„ _ Н«j
to
со
СО
О
ю
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
ю
со
ч * я j .'
wи
*"х !к
<
n
о> о о ^
O.S
С
к *!
СО
о
s
<v со
о о
о
Оя
со*
Ж
вз
£0
н
о
>S
О
09
X
S
В
<
О
а.
со
а
лн
а
CN
н
*
о^>
л»
I
ю•»
C
N
о
к
S
X
л
S
о
Б
й
>
Sк
со
в
Й
«о
X
и
и
cd
ч
О
ю
I
<м
со
к
о
си
CN
зн
о
CN
СО
со
I
Iю
л
СО
*
см
м
Е-*
X
X
сX
иО
О.
О
<N
ХО
\о
сио
X3
Xн
ссох X
о.
Uо
X
БС
(N
I
CD
§
3
U
)
Б(
ш
Ы
О
0
3
X
X СО С
О
І І
>-й
н
►из X
а.
яСи X
нх
•ӨXX
со Q сь О
С
из
*н
с
Зч| »0 из X
СО Н
СО
«
=
*
о
а.
о
Б
И
2
х
а.
о
и
к
S
=г
со
3
•ӨS
о
о
со
«ч
<ь
3
X
X
X
ХО
и
ГН
C
N
1
1
О
о
<м
C
N
I
СО
сч
CD
о*
1
'N
о
сч
X
о
CD 3
СГ со
X
X 1
СО С
X
<и £
wО
а>
х
а>
х
о
а>
sr
х
X
J3 2S
•я w
* s
2 cf
2 я
са
е; 3
> С?
CQ В
CD
С
«
=
3
>*
C
Q3
•Ө-
О
)
м
I X
х со
CD
« *
a2
Ш©
2Ш
$ а«
я
s
U н
*
J
X о? С
X CD
X<
>
<
и
4 х а* 3
со м §*•
5 в
14
о
о
ю
сч
I
о
о
<м
н
ч
X
я
а
и из
са Б(
О
О.
о
C
DX
3
х
X СD
а»
* X
t
£
о. О
О
) <v
со !Г
со X
S ь
оо
£
I
СЧ
Ф
ь
о
х
из
к
и
а>
X
в О
)
09 3
Xх
ч н
со
О
£ 4
X
сч
оо
1
1
о
3
X
си
о
о
ю
Ом
с
ю
I
ю
о
о
I
o
j
Ct 3
C-
<u
X
bs
и
C
D
tr
X
£
X
*
=
*
O
XI C
О
о
X
из
Б(
о
а.
о
х
<
D
3
X
o
r
о
Б(
со
CJ
о
о
ю
о
о
см
ю
ю
см
о
ю
см
о
о
ю
Ю
СМ
I
ю
о
о
ю
о
о
о
см
см
I
ю
ю
см
см
I
о
о
о
о
о
о
о
ю
о
о
о
о
о
о
о
о
ю
о
о
о
о
со
о
о
ОС
05
см*
см’
см*
I
о
I
ю*
]
о
см
СО
о
о
ю
00
о
см
см
I
05*
1
05
о
см"
05
см
см
см*
00
00
см
со
см
см
I
о
I
о
7
ю
см
I
со
I
со
см
СО
см"
см*
см*
см*
см'
I
о>
сз
СП
I
>»
X
СО
сIх
о
03
н
CJ
X
к
ас
о
О
)
я
J3 оCQ
о к
м X
(г*
о
X
&
оо
с
>х
C
Q
X
СПX3*
S си
X
а
СО
о.
U
а
<и
2
X
X
<
L
>
fg
U К
о к
ЕС X
со ©
ао* о
*
О ч
н
о
I
о
«=5
U.
ЕС X
о X
CU
аз
ер
(L)
S о.
X ХО
X
д
СО
ST л
о н
О) СО
с о,
<L>
2
<D
3
е?
X
2
I
сх
аз
X
0>
£
(D
X
. «
о 3
сх х
X X
Н со
и
и
з
сх
о
из
о
>к
О)
в
и
2
СО
сх 3
I
о сх
»=с а>
S C
Q
CQС
О
et
S осх
3
н к о
X
X
X
* 5-с 3
о
сх S XX
С S а>
со
S*
а>
X
а (U
й)
3
Е
Г
X
X
X
•Ө- <Xи
сх а>
о
£
со
Һ
а>
£
15
2
со _
х 3
о С(
е( О
X сх
л о
£ н
X
X
I
sr
о
со
CJ
о
&> о
сх
* о
X
о
н X
3
X
за магмы различают глубинные породы: гранит, сиенит, диорит,
габбро и др. Наиболее распространенной горной породой являют­
ся граниты, которые залегают в виде крупных массивов и отличают­
ся постоянством физико-механических свойств и однородностью.
Глубинные горные породы служат ценным сырьем для производ­
ства строительного камня и щебня, а также для получения штучных
изделий (камней, плит) для облицовки зданий и сооружений, уст­
ройства дорог. Месторождения этих пород распределены по терри­
тории страны неравномерно.
Излившиеся (эффузивные) плотные породы, возникшие при ос­
тывании магмы в поверхностном слое земной коры, т. е. в результа­
те более быстрого и менее равномерного охлаждения магмы, имеют
смешанное (порфировое) строение. В большинстве случаев они сос­
тоят из кристаллов, вкрапленных в основную мелкозернистую или
даже стекловидную массу. По свойствам плотные излившиеся по­
роды близки к глубинным породам — аналогам, т. е. образовав­
шимся из магмы одинакового химического состава. К этой группе
пород относится порфир, бескварцевый порфир, андезит, диабаз,
базальт и др. Наиболее распространенной породой является ба­
зальт (аналог габбро). Месторождения излившихся пород с выхо­
дом на поверхность сосредоточены в тех же районах, что и глу­
бинные.
Излившиеся пористые породы (рыхлые и сцементированные),
образовавшиеся на поверхности земли при вулканических извер­
жениях в результате быстрого охлаждения магмы и интенсивного
газовыделения, отличаются стеклообразным пористым строением.
Они имеют небольшую объемную массу, невысокую прочность и ма­
лый коэффициент теплопроводности. Эти породы используют для
получения заполнителей для легких бетонов и растворов, а также
в качестве местного стенового материала (пиленых камней) для
кладки.
Осадочные (вторичные) горные породы образовались в резуль­
тате разрушения изверженных (первичных) горных пород и после­
дующего отложения и накопления продуктов разрушения в виде
пластов на месте образования Или при переносе водой, ледниками,
ветром в другие места. Осадочные горные породы по условиям об­
разования разделяют на следующие группы: механические отложе­
ния (рыхлые и сцементированные) — песок, гравий, глины, песча­
ник, брекчии и др.; химические остатки — гипс, доломит, магнезит
и др. и органогенные отложения — диатомит, трепел, мел, извест­
няк-ракушечник и т. п. Часть рыхлых пород (механические отложе­
ния) в дальнейшем цементировались природными цементами (гли­
нистыми веществами, карбонатами и др.), образуя сцементирован­
ные осадочные породы (песчаники, конгломераты и др.). Осадоч­
ные горные породы более разнообразны по составу, структуре и
физико-механическим свойствам. Они в отличие от изверженных
пород менее однородны, имеют слоистое строение, залегают пласта­
ми, более пористы и менее прочны. Из осадочных пород для про­
изводства нерудных строительных материалов наиболее широко
16
применяются известняки, доломиты, песчаники, а также рыхлые
обломочные породы — гравий и песок.
Известняки являются одной из наиболее распространенных гор­
ных пород в природе и в основном состоят из минерала кальцита
СаСОз. В зависимости от структуры различают известняки: плотные
(обыкновенные) и пористые. Плотные известняки имеют объемную
массу 2000 — 2650 кг/м3, прочность 100— 1500 кгс/см2. Прочность
зависит от степени кристаллизации и содержания примесей. Н аи­
большей прочностью и морозостойкостью отличаются известняки с
мелко- и среднезернистой структурой без примесей. Наличие в из­
вестняке глины даж е в количестве 3—5%J по весу резко снижает
его прочность, водостойкость и морозостойкость. Плотные известня­
ки широко используют для получения бутового камня и щебня для
тяжелых бетонов. Пористые известняки (известняк-ракушечник
и др.) имеют объемную массу 800—2000 кг/м3, прочность при с ж а ­
тии 10— 150 кгс/см2. Используют их для получения заполнителей
для легких бетонов, а чаще — стенового (пиленого) камня.
Доломиты сложены из минералов того же названия, представ­
ляющих собой углекислую двойную соль кальция и магния
С а С 0 3 ’ MgCCb. По основным физико-механическим свойствам до­
ломиты близки к плотным известнякам.
Песчаники — плотные слоистые породы, состоящие из зерен
кварца (реже полевошпатного песка), сцементированные природ­
ным цементом. Свойства песчаника зависят от состава природного
цемента, структуры и пористости. Наиболее прочны кремнистые
песчаники с зернистой структурой. Их объемная масса 2200—
2800 кг/м3, прочность при сжатии 600— 1500 кгс/см2. Они использу­
ются как заполнитель для бетонов.
Месторождения осадочных плотных пород — известняков, доло­
митов и реже песчаников — имеются во многих районах европей­
ской части СССР, на Урале, в Сибири.
Гравий и пески представляют собой рыхлую осадочную горную
породу, состоящую из минералов и обломков разрушения изверметаморфических
фор
меров зерен обломочного материала различают валуны крупностью
более 70 мм, гравий крупностью 5—70 мм и пески с размерами
зерен 0,14—5 мм.
Валуны и гравий представляют собой обломки крепких горных
пород — гранита, диабаза, кремня и др. Однако встречаются и мес­
торождения гравия с большим содержанием зерен слабых пород —
известняков, песчаников и сланцев. Гравий обычно залегает сов­
местно с песком в виде гравийно-песчаных или песчано-гравийных
(в зависимости от преобладания гравия или песка) смесей. Услов­
но месторождения разделяют на гравийно-песчаные (песчано-гра­
вийные), содержащие больше 10% зерен гравия, и песчаные, вовсе
не содержащие гравия или содержащие его в количестве менее 10%.
Зерна песка обычно мономинеральны. В зависимости от преоб­
ладания породообразующих минералов пески подразделяют на
26fl727,
БИБЛИОТЕКА
Павлодарского
К Н Ш Р Ю М Г О ИНСТИТУТА
кварцевые кварцево-полевошпатные — наиболее широко распро­
страненные и карбонатные — встречающиеся реже.
Гравийные гравийно-песчаные и песчаные месторождения обыч­
но расположены в бассейнах горных, предгорных и равнинных рек.
В отложениях горных и предгорных рек преобладают обломки
крупных размеров, а пески встречаются редко. Отложения равнин­
ных рек, наоборот, чаще сложены из песка, редко с включениями
гравия. Зерновой состав гравийных, гравийно-песчаных залежей не­
постоянен. Обычно они залегают в виде плоских линз и пластов.
В полезной толще материала часто содержатся линзы глин, суглин­
ков и т. д., что ухудшает ценность месторождений.
Метаморфические горные породы образовались из изверженных
и осадочных пород в результате изменений под действием высоких
температур и давления газов, механических воздействий и других
процессов, происходящих внутри земной коры. При этом меняется
не только структура исходных пород, но и их минералогический и
химический составы. Метаморфические породы (гнейсы, сланцы и
др.) характеризуются в большинстве случаев отчетливо выражен­
ной сланцеватой (слоистой) структурой. При дроблении они обра­
зуют зерна лещадной формы и поэтому бывают мало пригодными
для получения качественных заполнителей. Зернистые гнейсы
(гнейс-гранит) имеют прочность до 2000 кгс/см2 и используются
для получения плит.
Промышленная ценность месторождений нерудных строитель­
ных материалов зависит от многих факторов: общего количества
(запаса) полезного ископаемого, его мощности (высоты слоя зале­
гания) и условий залегания; объема вскрыши (слоя пустой породы,
под которой залегает полезное ископаемое); физико-механических
свойств сырья, его однородности и наличия посторонних примесей;
потребности в сырье в данном районе и др.
Необходимо, чтобы запасы сырья обеспечивали работу вновь
создаваемого добывающего предприятия в течение не менее 25—
30 лет. Предпочтительны месторождения, в которых полезное ис­
копаемое залегает в виде крупных массивов, горизонтальных или
полого падающих пластов и с небольшим объемом вскрыши. П ре­
дельное соотношение объема вскрышных пород к объему полезного
ископаемого должно быть не более 1: 1, а общая высота слоя
вскрыши — не более 12— 15 м. Наличие в полезном ископаемом
прослоек пустой породы (часто встречающихся в осадочных поро­
дах) затрудняет и удорожает разработку месторождений, обус­
ловливая необходимость раздельной (селективной) их добычи. Не­
однородность сырья осложняет его последующую переработку в
товарную продукцию и снижает ее выход. Выход товарной продук­
ции не должен быть менее 80%1 Экономически целесообразно, что­
бы месторождения нерудных строительных материалов находились
недалеко от центров потребления (не более 500 км по водному пути
и 200—300 км по железной дороге) и близко от транспортных ком­
муникаций (не далее 2—3 км от водного пути и 5 км от железной
дороги).
18
Глава 2
I
ДОБЫЧА
НЕРУДНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1. Основные технологические процессы при добыче
нерудного сырья
Месторождения нерудных полезных ископаемых разрабатывают
открытым способом непосредственно с земной поверхности. Пред­
приятия, осуществляющие их добычу, называются карьерами. В з а ­
висимости от вида выпускаемой продукции различают карьеры:
песчаные, песчано-гравийные, буто-щебеночные и штучного камня.
Нерудные полезные ископаемые почти всегда залегают под сло­
ем пустой породы (вскрыши). При подготовке карьеров к эксплуа­
тации для разработки месторождений обычно устраивают капи­
тальные и разрезные траншей (рис. 2). Капитальные траншеи — это
Рис. 2. Схема вскрытия месторождения:
1 — капитальные траншеи; 2 — разрезны е траншеи
наклонные выемки (выработки), устраиваемые для организации
движения транспорта от рабочих площадок, на которых устанавли­
вают горнодобывающее оборудование, к поверхности земли. Р а з ­
резные траншеи — выемки в форме ступеней (уступов) для послой­
ного удаления вскрыши и добычи полезного ископаемого, осуще­
ствляемые для создания первоначального фронта работ в карьере.
Разработку месторождений нерудных материалов начинают с
удаления вскрыши (вскрышные работы), затем приступают к извле­
чению полезных ископаемых (добычные работы). Прочные и плот­
ные (скальные) породы предварительно рыхлят взрывами (буро­
взрывные работы). Д ля этого в них бурят скважины, в которые по­
мещают взрывчатые вещества, и производят серию взрывов. Взор­
ванная порода может содержать крупные куски (негабарит), кото­
рые разделывают на более мелкие. Взорванные плотные или рых19
лые горные породы, разрабатываемые без применения буро-взрыв­
ных работ, грузят в транспортные средства и подают для последую­
щей переработки. В отдельных случаях на карьерах осуществляют
первичное дробление добытого камня на щебень.
В зависимости от свойств полезных ископаемых, объема
вскрышных пород, условий залегания, производительности карьера
и других факторов применяют различное горнодобывающее обо­
рудование и систему открытой разработки месторождений. Под сис­
темой разработки понимают определенный порядок выполнения
комплекса подготовительных, вскрышных и других горных работ,
обеспечивающих заданную производительность и безопасность их
выполнения, а также экономичность и рациональное использование
запасов сырья. Чаще всего системы открытых разработок нерудно­
го сырья классифицируют по способу производства вскрышных ра­
бот и направлению перемещения пустой породы в отвалы на
группы:
- .. . .
с поперечным перемещением (перевалкой) породы в отвалы
(бестранспортная и транспортно-отвальная системы);
с продольным перемещением породы (транспортные системы);
сочетание обоих направлений перемещения породы.
2. Вскрышные работы
Горные породы, образующие вскрышу, разрабатывают и уда­
ляют во внутренние или внешние отвалы, расположенные соответ­
ственно в пределах месторождения или вне его. Внутренние отвалы
применяют при разработке месторождений сразу на всю толщу
(мощность) полезного ископаемого и при поперечном перемещении
пустой породы в отработанные пространства. Выемку и перемеще­
ние вскрышных пород в этом
случае производят драглайна­
ми, роторными и другими экс­
каваторами, работающими от­
дельно или в комплексе с кон­
/
сольными отвалообразователями,
транспортно-отвальными
мостами.
На рис. 3 приведена схема
производства вскрышных р а­
Рис. 3. Схема перевалки вскрыши в
бот с установкой драглайна на
выработанное пространство драглай­
ном:
кровле вскрышного уступа.
1 — пустая порода (вскрыша); 2 - полезное
При
большой
мощности
ископаемое; 3 — отвал
вскрыши и больших расстояниняютНек п ° ЖеТ укладывать П°Р°ДУ непосред^твенно в ^ в а л Г п р и м е ­
няют кратную перевалку. При этом один экскаватор (например
а затемЧлпугойЛ?яп1г п„еРемещает породу в промежуточный отвал!
дру ои (драглайн) укладывает ее в постоянный отвал.
20
Использование отвалообразователей, транспортно-отвальных
мостов, передвижных конвейеров (рис. 4) дает возможность пере­
мещать вскрышу на более значительные расстояния. На Жирновском карьере пустую породу передвижным ленточным конвейером
переваливают на расстояние около 1 км. Загрузку породы в отвалообразователи производят одноковшовыми и роторными экскава­
торами.
г
Рис. 4. Схема перевалки вскрыши с применением консольного отвалообразователя;
/ — пустая порода (вскрыша); 2 — полезное ископаемое; 3 — отвал
Бестранспортная и отвально-транспортная системы эффективны
для разработки вскрыши большой мощности (15—20 м и более) т
где они обеспечивают высокую производительность труда рабочих
и низкую себестоимость этих работ. Однако они не получили широ­
кого применения на карьерах нерудных материалов, так как в боль­
шинстве случаев полезные ископаемые не могут быть извлечены на
всю глубину за один проход, а мощность вскрыши и объемы ее
удаления настолько малы, что применение сложного оборудования
только для вскрышных работ малоэффективно. Большое распро­
странение нашли способы производства вскрышных работ с исполь­
зованием оборудования, обычно применяемого для добычи, и с пе­
ревозкой вскрыши на внутренние или внешние отвалы автотранс­
портом (транспортная система). Так, на буто-щебеночных карье­
рах выемочно-погрузочные работы преимущественно осуществляют
строительными экскаваторами с ковшами емкостью 0,5—2 ж3, а пе­
ревозку породы — автосамосвалами грузоподъемностью от 5—7 до
25—27 тс.
На песчаных и песчано-гравийных карьерах вскрышные работы
часто выполняют с помощью скреперов, что по сравнению с экска­
ваторными работами и перевозкой материала автотранспортом поз­
воляет снизить его стоимость и увеличить производительность тру­
да. Ограничивает использование скреперов наличие во вскрышных
породах крупных валунов. На небольших карьерах мягкие породы
при их мощности до 0,5 м и дальности перемещения до 80— 100 м
удаляют бульдозерами.
На ряде карьеров вскрышные работы осуществляют с помощью
гидромеханизации, которая является одним из эффективных спо­
собов комплексной механизации открытых разработок нерудных
полезных ископаемых.
21
3. Буро-взрывные работы
Буро-взрывные работы применяют для отделения породы от гор­
ного массива и для дробления негабаритных кусков. Д ля лучшего
использования добывающего оборудования следует стремиться по­
лучать заданную степень измельчения породы непосредственно при
•ее отделении от горного массива.
На карьерах нерудных материалов отделение и рыхление пород
проводят главным образом взрыванием удлиненных (колонковых)
зарядов взрывчатых веществ в вертикальных или наклонных сква­
жинах и шпурах, располагаемых в определенном порядке вдоль
•фронта уступа.
Шпурами называют углубления в горной породе диаметром до
75 мм и глубиной до 5 м, а скважинами — диаметром 75—300 мм и
глубиной более 5 м. Скважины и шпуры проходят буровыми м а­
шинами: в породах средней и малой прочности — станками вращ а­
тельного бурения, а в более прочных породах — ударно-вращатель­
ного бурения. Внедряются новые способы бурения скважин, в част­
ности огневой (термический). Сущность его заключается в следую­
щем. Из реактивной горелки выбрасывают с огромной скоростью
(до 2000 м/сек) газовую струю — смесь керосина с кислородом.
Последняя при сгорании, имея температуру до 3000°, оказывает
интенсивное тепловое и механическое воздействие на породу, р аз­
рушает ее, прожигая скважину цилиндрической формы.
Скважины располагают вдоль фронта уступа в один, два и бо­
лее рядов. Диаметр их и расстояние друг от друга устанавливают
в зависимости от физико-механических свойств взрываемой породы,
требуемых размеров кусков породы, вида применяемых взрывчатых
веществ и др. В легко дробящихся породах (с большим количе­
ством трещин) бурят скважины повышенного диаметра (150—
200 мм), вмещающие большие заряды, и располагают их на значи­
тельном расстоянии друг от друга. В трудно взрываемых породах
(без трещин) проходят скважины меньшего диаметра (до 100 мм),
но располагают их на меньшем расстоянии друг от друга. Д л я бо­
лее полного разрушения породы у подошвы уступа глубину сква­
жин принимают на 10— 15% больше высоты уступа (с перебуром),
что облегчает работу экскаваторов.
На карьерах нерудных материалов используют дешевые и прос­
тые взрывчатые вещества — аммиачную селитру, аммонит, аммо­
нал, игданит и др. Наиболее часто применяют простой метод мгно­
венного однорядного взрывания скважин.
Д ля увеличения выхода горной массы внедряется метод много­
рядного короткозамедленного взрывания, а такж е зарядку сква­
жин взрывчатыми веществами, рассредоточенную воздушным про­
межутком. При этих методах взрывания зарядов обеспечивается бо­
лее равномерное дробление горной породы и снижается выход кус­
ков негабаритного размера. При проведении буро-взрывных работ
руководствуются Едиными правилами безопасности при взрывных
22
работах, строго выдерживая безопасные расстояния от места
взрыва.
После взрыва некоторая часть кусков взорванной горной поро­
ды может превосходить размеры кондиционных фракций. Эти нега­
баритные куски подвергают дроблению в основном взрывными спо­
собами: накладными зарядами или зарядами, помещенными в шпу­
ры, а также иногда механическими способами, применяя пневмати­
ческие бутобои и ударные приспособления типа «дизель-молот»г
«шар-баба» в виде навесного оборудования к экскаваторам и трак­
торам.
4. Добыча нерудных материалов
Добычу песка, гравийно-песчаных смесей и погрузку взорванных
скальных пород осуществляют одно- и многоковшовыми экскавато­
рами, погрузчиками, а также способом гидромеханизации.
Полезные ископаемые разрабатывают в один или несколько ус­
тупов и одним или несколькими забоями в уступе. Забоем называ­
ют часть поверхности уступа, на
которой разрабатывают породу,
перемещающуюся в результате
горных работ.
В зависимости от горногеоло­
гических условий системы разра­
ботки месторождения и приме­
няемого оборудования возможно
различное расположение забоев в
уступе. Нормальным забоем экс­
каваторов, оборудованных прямой и обратной лопатами (для
разработки пород выше и ниже
уровня стоянки экскаватора), яв­
ляется торцевой забой с боковой
погрузкой (рис. 5). В таком забое
среднии угол поворота экскавато­
ра обычно не превышает 90°, при
этом удобно подавать транспорт
под погрузку, что обеспечивает
максимальную
производитель­
ность оборудования. Забои драг- Рис. 5. Забой экскаватора с механи­
ческой лопатой
лаина и роторных экскаваторов в
большинстве случаев также рас­
полагают с торца уступа, а цепных многоковшовых экскаваторов
на железнодорожном ходу и реже экскаваторов-драглайнов — по
откосу уступа.
Нормальная ширина торцевого уступа при работе прямой меха­
нической лопатой составляет 1— 1,5 максимального радиуса реза­
ния экскаватора. Высоту забоя (уступа) при разработке песка и
гравия обычно принимают равной максимальному вылету ковша
23
экскаватора, а при погрузке взрывных скальных пород — до 1,5 вы­
соты вылета ковша.
Д ля добычи нерудных материалов обычно используют строи­
тельные гусеничные экскаваторы с ковшами емкостью 0,5—2,5 м3
и лишь на крупных карьерах применяют карьерные экскаваторы с
ковшами емкостью 2,25—4,6 м3. Использование экскаваторов ма­
лой мощности (на погрузке взорванных скальных /пород), обычно
не рассчитанных на такую работу, приводит к их поломкам и сни­
жает срок службы. Песчаные и песчано-гравийные месторождения
часто разрабатывают драглайнами, которые по сравнению с экска­
ваторами — механическими лопатами могут осуществлять подвод­
ную добычу и более полно извлекать нерудные материалы.
Д ля комплексной механизации выемочно-погрузочных работ наи­
более перспективными являются машины непрерывного действия:
роторные экскаваторы, фрезерные погрузчики и др. Н а карьерах
нерудных материалов они применяются пока редко, так как имеют
небольшие усилия резания (предназначены для разработки сыпу­
чих и мягких пород) и плохо работают в зимнее время.
5. Карьерный транспорт
Перемещение вскрышных пород в отвалы и доставка полезного
ископаемого на заводы для переработки осуществляется различны­
ми видами транспорта — автомобильным, конвейерным, железно­
дорожным и др. Наибольшее распространение получил автомобиль­
ный транспорт большой грузоподъемности (до 27 тс), которым пе­
ревозится свыше 90%; разрабатываемых горных пород.
Эффективность автотранспорта зависит от выбора грузоподъем­
ности автосамосвалов и емкости ковша экскаваторов. Оптимальным
является соотношение между емкостью ковша и емкостью кузова
для механических лопат не менее 1 :3 и для драглайнов — 1:5.
Применение на автосамосвалах боковой разгрузки позволяет
организовать поточное движение их и значительно сократить время
разгрузки. Одним из направлений совершенствования автотранс­
порта на карьерах нерудных материалов является такж е использо­
вание прицепов и полуприцепов, отличающихся экономичностью в
эксплуатации. Выпускаются одноосные и многоосные тягачи с по­
луприцепами грузоподъемностью 10—36 тс.
Конвейерный транспорт по сравнению с автомобильным имеет
ряд преимуществ. Он является более дешевым, обладает высокой
производительностью, не требует большого количества обслужи­
вающего персонала, отличается компактностью и поточностью, что
позволяет полностью автоматизировать транспортные работы. К не­
достаткам этого транспорта, сдерживающим его применение, отно­
сятся: зависимость от климатических и метеорологических условий,
ограниченные размеры кусков породы, загружаемых на ленту, или
необходимость предварительного дробления породы, большой износ
ленты.
24
I
Ленточные конвейеры разделяют на стационарные и переме­
щающиеся, периодически передвигаемые вслед за добывающим
механизмом, а по назначению — на забойные, сборочные, подъем­
ные, магистральные и складские. Ленточные конвейеры обычно
позволяют перемещать материал под углом до 18° к горизонту.
Поэтому для подъема желательно использовать конвейеры с лента­
ми, имеющими поперечные выступы и другие приспособления для
транспортирования материала под большим углом. Д л я предохра­
нения ленты от разрушения крупные куски породы на карьере дро­
бят в передвижных дробильно-питающих установках, стационарных
или полустационарных дробильных узлах. Породу от экскаваторов
к приемным бункерам конвейерной линии обычно транспортируют
автосамосвалами и автопогрузчиками. Однако предпочтительны
схемы, по которым экскаватор перемещает горную породу непосред­
ственно в приемное устройство передвижной дробильной установкой.
Железнодорожный транспорт, вследствие больших первоначаль­
ных капитальных затрат и необходимости периодического переноса
временных путей, на карьерах нерудных материалов почти не при­
меняют. Его в основном используют для перевозки потребителям
готовых материалов — щебня, гравия и песка.
Иногда горную породу в карьерах транспортируют подвесными
канатными дорогами (в горных местностях), а также скиповыми и
клетьевыми подъемниками.
6. Гидромеханизированная добыча
Гидромеханизация является одним из эффективных способов
комплексной механизации открытых горных работ.
В промышленности нерудных строительных материалов гидро­
механизацию применяют на вскрышных работах для добычи полез­
ных ископаемых и их переработки. В зависимости от обводненности
месторождений гидроразработку ведут различными способами.
Месторождения, расположенные выше уровня воды, разрабаты ва­
ют гидромониторами, а месторождения, которые находятся под во­
дой и не могут быть осушены, — плавающими снарядами (земле­
сосными, черпаковыми, грейферными).
При гидромониторном способе добываемую породу размывают
струей воды, выбрасываемой с большой скоростью через насадку
монитора, а затем в виде пульпы перемещают самотеком или под
напором по трубопроводам в отвал или к перерабатывающей уста­
новке. Первый способ с перемещением пульпы самотеком (по ка­
навам и лоткам) экономически выгоднее. Однако в большинстве
случаев используют напорный транспорт.
Применяют два основных способа размыва пород гидромонито­
р а м и — встречным забоем, когда монитор устанавливают на его
подошве, и попутным — при установке монитора наверху забоя.
Первый способ более производителен, так как он позволяет создать
вруб по подошве и этим вызвать обвал породы, находящейся под
врубом (рис. 6). Высота уступа гидромониторного забоя может до­
25
стигать 20—25 м. Наибольшую высоту уступа принимают при раз­
работке рыхлых пород мониторами с дистанционным управлением.
По мере разработки забоя производят перемещение гидромони­
торов.
На карьерах применяют гидромониторы со средним напором
(5— 12 ат), а также гидромониторные установки, оборудованные
двумя самоуравновешивающими гидромониторами с дистанцион­
ным управлением. Последние можно устанавливать на близком
расстоянии от забоя, что повыша­
ет производительность установки.
^ Д ля транспортирования пуль­
пы используют передвижные и са­
моходные землесосные установки
типа НЗ, ЗГМ и Р. Землесосы по
принципу действия представляют
собой центробежные насосы с
усиленными конструкциями кор­
пуса и рабочего колеса. Д л я пред­
охранения землесосных установок
от попадания крупных камней их
оборудуют камнеуловителями, а
для поддерживания оптимальной
консистенции пульпы (гидросме­
си) — сгустителями.
Гидротранспорт применяют и
для работы совместно с обычны­
Рис. 6. Размыв породы гидромо­
ми землеройными
машинами.
ниторами:
Д
ля
этой
цели
используют
гидро­
а — встречным забоем; б — попутным
забоем; / — землесосная станция; 2 —
мониторно-транспортные установ­
гидромонитор; 3 — забой; 4 — пульпо­
ки ПЗУ и ПГУ. Они состоят из
водная канава; 5 — приемное устрой­
ство насосной станции
приемного бункера с колосника­
ми, куда экскаватором или дру­
гой машиной подают разрабатываемую породу; гидромониторных
насадок для смыва и смачивания породы; смесительного бункера
для образования пульпы и землесоса (иногда гидроэлеватора) для
ее транспортирования. В приемном бункере может быть установле­
на дробилка для дробления крупных включений.
Землесосными установками вскрышные породы направляют в
отвалы (отстойные пруды), где порода оседает, а осветленная вода
сбрасывается в водоисточник. Песчано-гравийную пульпу подают
для переработки или на эстакадные склады. Песок и гравий остают­
ся на складе, а вода через отстойные пруды поступает в водоис­
точник.
Плавучие снаряды на карьерах применяют для добычи гравийно-песчаных материалов из обводненных или подводных месторож­
дений. Д ля этих работ широко используют плавучие землесосные
установки (рис. 7). Сущность действия этой установки заключает­
ся в том, что под влиянием вакуума, создаваемого во всасывающем
пульпопроводе, зерна песка и гравия засасываются вместе с водой
fl
26
в землесос и им перекачиваются в виде гидросмеси к установкам
для переработки или на склад. При разработке плотных пород
всасывающий наконечник грунтозаборного трубопровода оборуду­
ют механическими и другими рыхлителями, осуществляющими до­
полнительное подводное рыхление породы. Наибольшее распростра­
нение получили фрезерные рыхлители с плоскими, винтообразными
и другими режущими ножами.
Рис. 7. Землесосная установка:
/ — разборный корпус; 2 — надстройка; 3 — зем лесос с электроприводом;
пульпопровод; 5 — стрела; 6 — электролебедки; 7 — напорный пульповод;
9 — трансформатор
4 — всасывающий
8 — свайный ход;
Д л я разработки песчано-гравийных месторождений применяют
землесосные снаряды, выпускаемые для гидротехнического строи­
тельства, с номинальной производительностью по грунту (при 10%ной концентрации пульпы) 40— 1000 м3/ч. Предельная глубина р аз­
работки для крупных землесосных снарядов не превышает 15— 18 м.
Разработка пород на большей глубине производится эжекторными
и эрлифтными снарядами.
При разработке месторождений с крупнообломочными включе­
ниями, близкими по размеру к проходному сечению рабочего колеса
землесоса, возникает опасность его засорения. Такие месторожде­
ния (с включением 5%' и больше валунов) разрабатывают многочерпаковыми и грейферными снарядами.
Глава 3
ПЕРЕРАБОТКА И ОБОГАЩЕНИЕ НЕРУДНЫХ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1. Основные процессы при переработке нерудного сырья
Нерудные полезные ископаемые, поступающие из карьеров, по
крупности, зерновому составу, загрязненности и другим показате­
лям обычно не пригодны для непосредственного применения. Д ля
27
получения товарной продукции их обогащают и перерабатывают.
В зависимости от требований и ассортимента выпускаемой про­
дукции,* а также вида и качества исходного сырья при переработке
осуществляют:
.
дробление горной породы для получения требуемых по крупно­
сти и зерновому составу фракций щебня, а иногда и песка;
грохочение (просеивание) и классификацию для разделения
сырья и продуктов дробления на заданные фракции;
промывку для освобождения от глинистых, илистых и пылевид­
ных частиц и других загрязнений;
обезвоживание для снижения влажности материала после про­
мывки и уменьшения смерзаемости его в зимнее время;
специальные виды обогащения для повышения однородности и
качества продукции;
;
складирование (хранение) готовой продукции без ухудшения ка­
чества и отгрузку ее.
Технология переработки нерудных материалов зависит от спо­
собов ведения горных работ в карьерах. Нетщательное удаление
вскрыши приводит к загрязнению полезных ископаемых раститель­
ными остатками, суглинками и глиной, выветренными и слабыми
породами и т. д., что затрудняет последующую их переработку. Н е­
достаточное разрушение скальных пород взрывами приводит к
поступлению сырья с крупными кусками, что осложняет процессы
дробления. Применение средств гидромеханизации обычно облег­
чает условия переработки сырья.
т
2. Дробление
в
При использовании мощных экскаваторов горная порода, посту­
пающая на переработку, может содержать куски породы или валу­
ны размером до 1200— 1500 мм. Крупность щебня для дорожного
строительства должна составлять 5—70 мм, а для заводов сбор­
ного железобетона — 5—40(20) мм. Существующие типы дробилок
не позволяют осуществлять такое измельчение материала за один
проход, поэтому дробление проводят в несколько последователь­
ных стадий.
Степенью измельчения (дробления) i называют отношение пер­
воначального размера кусков материала к их размеру после дроб­
ления.
Число стадий дробления устанавливают из зависимости
•
ш ш
щ
4*2 • • •
где іобщ — необходимая степень дробления материала; і'і
... іп —
степень дробления в первой, второй и последней дробилках.
По крупности получаемого продукта различают следующие ви­
ды дробления: крупное или первичное — до кусков размером более
250 мм\ среднее или вторичное — до кусков размером 40—250 мм-,
мелкое — до частиц размером менее 40 мм.
28
При производстве нерудных строительных материалов применя­
ются двух,- трех- и реже четырехстадийное дробление массивных
(скальных) пород и одно-, двух- и трехстадийное при переработке
гравийно-песчаных смесей.
Схемы дробления выбирают с учетом свойств исходного сырья
(крупности, прочности, загрязненности и др.), типа используемого
дробильного оборудования из условий обеспечения наибольшего вы­
хода качественного по гранулометрическому составу и форме з а ­
полнителя или каменных материалов. Д ля нормальной работы дро­
билок необходимо, чтобы приемное отверстие дробилки было
на 60 80% больше разгрузочной щели дробилки предыдущей
стадии.
При переработке прочных однородных пород оптимальной яв­
ляется трехстадийная схема дробления, позволяющая выпускать в
требуемых пределах как крупные, так и более мелкие фракции
щебня. При двух стадиях дробления обычно недостаточен выход
мелких фракций щебня. Поэтому такие схемы дробления в основ­
ном применяются на предприятиях, выпускающих щебень для до­
рожного строительства.
Необходимость использования четырехстадийных схем дробле­
ния в большинстве случаев вызывается не технологическими сооб­
ражениями, а конструктивными особенностями дробильного обору­
дования, устанавливаемого на различных стадиях дробления.
При переработке неоднородных осадочных и других пород учи­
тывают не только крупность исходного и конечного продуктов, но
и содержание слабых пород, которые по мере разрушения необхо­
димо вывести из процесса. Обычно такие породы дробят в три ста­
дии, устанавливая на второй стадии дробилки ударного действия,
обладающие высокой избирательностью дробления.
На предприятиях нерудной промышленности для дробления в
зависимости от физико-механических свойств перерабатываемого
сырья применяют щековые, конусные, молотковые, роторные вал­
ковые и другие дробилки.
Щековые дробилки в основном используют для крупного и ре­
же среднего дробления пород высокой и средней прочности. Сте­
пень дробления материала в них равна 5—6. Первичное дробление
осуществляют в щековых дробилках с простым качанием щеки, ко­
торые создают большие усилия при измельчении и позволяют пере­
рабатывать куски горной массы размером до 700— 1200 мм и бо­
лее. Выпускают модернизированные щековые дробилки с размером
загрузочных отверстий 900X1200, 1200X1500 и 1500X 2100 мм про­
изводительностью соответственно 180, 280 и 500 т/ч.
Д л я среднего дробления используют щековые дробилки со слож­
ным движением щеки, выдающими по сравнению с дробилками с
простым качанием щеки более мелкий продукт. Недостатком дро­
билок этого типа является повышенный износ плит, особенно
подвижной щеки при дроблении прочных пород. Щековые дро5 - 2 0 0 ф СреДНеГ° дР °бления выпускают производительностью
29
Нормальная работа щековых дробилок мало зависит от влаж ­
ности материала при дроблении пород с небольшим содержанием
глины. При большом содержании глины и высокой влажности
сырья (6%) производительность дробилок падает, особенно при
среднем дроблении, из-за комкования материала.
Конусные дробилки получили наибольшее распространение для
крупного, среднего и мелкого дробления пород любой прочности.
Конусные дробилки крупного дробления (ККД) выпускают с шири­
ной загрузочного отверстия 500— 1500 мм. Степень дробления их
равна 3—5. Конусные дробилки по сравнению со щековыми тех ж е
размеров благодаря кольцевой форме дробящего пространства от­
личаются большей производительностью (250—2400 т/ч). Некото­
рые из них (К К Д -1500) могут работать под завалом. Конусные
дробилки крупного дробления используют на предприятиях боль­
шой производительности (свыше 1300 тыс. м 3 в год), заменяя одной
дробилкой установку двух и более щековых дробилок.
Д ля среднего дробления применяют конусные дробилки двух
типов — нормальноконусные (тип Б) и среднеконусные (тип А), а
для мелкого дробления — короткоконусные. В отличие от дробилок
крупного дробления их изготовляют с пологим конусом. Благодаря
этому материал, проходящий через рабочую зону, подвергается
дроблению несколько раз и обязательно не менее одного раза в
«параллельной зоне». Это позволяет получать дробленый камень
равномерного зернового состава. Наиболее качественное измельче­
ние обеспечивают короткоконусные дробилки, имеющие большую
длину параллельной зоны. Конусные дробилки среднего дробления
выпускают с шириной приемного отверстия 115—600 мм и разгрузоч­
ной щели 8—80 мм и производительностью 40— 1700 т/ч. Коротко­
конусные дробилки мелкого дробления позволяют перерабатывать
материал с крупностью 35— 170 мм в щебень крупностью 5—20 мм
при ширине разгрузочной щели 3— 15 или 5— 15 мм. Их произво­
дительность 20—500 т/ч.
Устойчивость работы конусных дробилок зависит от условий пи­
тания, влажности исходного продукта, содержания в нем слабых
пород и включений глины. Неправильное питание может привести
к односторонней загрузке дробилки и как следствие к неравномер­
ному износу брони и снижению производительности. При повышен­
ном содержании в исходном сырье слабых пород и глины, при м а­
лых выпускных щелях уменьшается подвижность влажного продук­
та в камере дробления, происходит забивание дробилок, что вы­
зывает необходимость остановки их для очистки. Поэтому для дроб­
ления вязких, мокрых и глинистых пород их не применяют.
Дробилки ударного действия по сравнению с другими дробиль­
ными машинами отличаются высокой степенью измельчения (до
15—30) и малыми удельными энергозатратами. В них можно осу­
ществлять крупное, среднее и мелкое дробление. Недостатком су­
ществующих дробилок ударного действия является возможность
измельчения в них лишь неабразивных пород с прочностью до
1200— 1500 кгс/см2, преимущественно известняков. Дробление более
30
прочных пород (гранита, базальта и др.) вызывает повышенный и
быстрый износ их рабочих поверхностей.
Дробилки ударного действия по конструктивному исполнению
разделяются на молотковые и роторные. В первых молотки подве­
шены шарнирно, во вторых закреплены жестко.
Эффективность измельчения материала в дробилках ударного
действия зависит от скорости вращения и веса молотков (бил). Для
дробления крупных и прочных кусков, что характерно для произ­
водства щебня, необходимы повышенные окружная скорость и вес
бил. Однако с увеличением скорости вращения ротора, особенно
молотковых дробилок с горизонтальной колосниковой решеткой,
резко возрастает количество отходов в виде мелочи (0—5 м м ).
Поэтому молотковые дробилки используют в производстве вяж у­
щих веществ, при получении муки для известкования почв и других
целей.
Роторные дробилки, конструктивной особенностью которых яв­
ляется вертикальное расположение на шарнирах колосниковой ре­
шетки, меньше переизмельчают материал, так как в процессе из­
мельчения частицы при достижении требуемой крупности легко
выходят через решетку из зоны дробления. Выпускаются дробилки
однороторные и двухроторные с параллельным и последовательным
дроблением производительностью 40—400 т/ч. Дробилки ударного
действия с последовательным дроблением, имеющие два быстровращающихся в одну сторону ротора, обеспечивают большую степень
дробления (до 40 и более), но в них наблюдается переизмельчение
материала.
Мелкое дробление материала в роторных дробилках желательно
осуществлять при больших скоростях вращения ротора, крупное —
при малых. Д ля среднего дробления предпочтительны дробилки с
промежуточной скоростью вращения.
Качество дробления, получаемое при различных схемах измель­
чения и типах дробилок, определяется гранулометрическим (зер­
новым) составом получаемого продукта. Зерновой состав сыпучих
материалов принято характеризовать данными ситового анализа.
Д л я этого среднюю пробу материала рассеивают через стандартный
набор сит с уменьшающимися размерами отверстий.
Материал, прошедший сквозь отверстия сита, называют нижним
продуктом или нижним классом, а материал, оставшийся на сите,
верхним продуктом или классом. Процентное содержание по весу
различных классов крупности дает ситовую характеристику мате­
риала. Ее обычно изображают графически: на оси абсцисс откла­
дывают величины крупности зерен, а на оси ординат — выход от­
дельных классов в %. Полученная кривая дает так называемую
характеристику крупности материала.
Н а рис. 8 представлены три характеристики крупности материа­
ла: выпуклая кривая III, отражаю щ ая зерновой состав с преобла­
дающим содержанием крупных фракций; вогнутая I I — с повышен­
ным содержанием мелких фракций и прямая I — с равномерным
распределением различных по крупности фракций (классов). Поль31
зуясь подобным графиком, можно определить выход материалов
всех классов крупности на каждой из стадий дробления. Продукты
переработки прочных пород обычно содержат повышенное количе­
ство крупных фракций и имеют выпуклую кривую характеристики
крупности. Однородные известняки измельчаются равномерно и да­
ют характеоистику крупности, близкую к прямой. Неоднородные
известняки средней и низкой проч­
ности, содержащие включения сла­
бых пород, имеют вогнутую кривую
*Са5»
характеристики
крупности,
так
как
Ч
слабые породы разрушаются быст­
Ǥ
рее
и
более
мелко,
чем
прочная
ос­
-О
новная
порода.
Характеристика
сз
крупности дробленых материалов
з:
зависит
от
ширины
разгрузочной
Vo
щели и типа используемых дробиКрупность кусков. А *
ЛОК.
В процессе дробления часть по­
Рис. 8. Характеристики крупности
материалов
роды приобретает плоскую, лещадную или иглообразную форму, по­
этому в продукте, выходящем из дробилок, всегда содержится не­
которое количество кусков с размерами, превышающими ширину
выходной щели. Выход кусков с несколько большими размерами
зависит от прочности породы, типа дробилок и достигает в щековых дробилках с простым качанием щеки и конусных дробилках
крупного и среднего дробления 20—35% и выше. Д ля получения
продуктов с размерами зерен не более ширины разгрузочной щели
дробилок применяют дробление в замкнутом цикле с грохотом с
повюрным дроблением кусков, превышающих размеры ширины вы­
пускной щели. Образование лещадных кусков резко сокращается
при использовании дробилок ударного действия, продукт дробле­
ния которых в основном состоит из кусков кубической формы.
3. Грохочение
Грохочением называют разделение материала на фракции, а
оборудование, применяемое для этой цели, именуют грохотами.
Различают три вида грохочения: предварительное, окончатель­
ное и контрольное.
Предварительное грохочение — выделение из материала мелких
фракций, не нуждающихся по своей крупности в измельчении на
данной стадии дробления.
Предварительное грохочение исходного сырья применяют:
для увеличения пропускной способности дробилок за счет со­
кращения объема материала, подлежащего дроблению, при выде­
лении мелких фракций;
для разделения песчано-гравийных смесей на гравий и песок;
для освобождения горной породы от нежелательных примесей
(вскрыши, слабых пород), а такж е для снижения влажности пере32
рабатываемого материала, так как в мелких и слабых включениях
содержится большая часть влаги.
Предварительное грохочение перед второй и следующими ста­
диями позволяет предотвратить излишнее измельчение материала,
а также уменьшить опасность забивания конусных дробилок.
Окончательное грохочение — разделение (сортировка) дробле­
ного материала или гравийной смеси на отдельные по крупности
фракции, т. е. получение фракционированного щебня и гравия.
Контрольное грохочение — отделение кусков большей крупности
для возврата их обратно на дробление и доведение готовой продук­
ции до заданного зернового состава. Контрольное грохочение спо­
собствует также улучшению формы щебня, так как с крупными кус­
ками на повторное дробление поступает значительная часть лещадных зерен.
На предприятиях нерудных строительных материалов для гро­
хочения чаще применяют плоские вибрационные грохоты. Основной
рабочей частью их являются сита или решета, на которых просеи­
ванием разделяют материал на две части: надрешетный продукт
(верхний класс), в котором большинство зерен крупнее отверстий
сита, и подрешетный продукт (нижний класс) с зернами мельче
ячейки сита.
Качество грохочения характеризуют показателями: эффектив­
ностью грохочения и производительностью грохота.
Эффективность грохочения — отношение веса нижнего класса
продукта, прошедшего сквозь сито, к весу того же по крупности
класса, содержащегося в материале, поступающем на грохот. Эф­
фективность грохочения показывает, какая часть мелкой фракции,
подлежащей отделению, попала в подрешетный продукт.
Производительность грохота обычно определяют количеством
материала (т/ч), получаемого с 1 м2 поверхности сита. Эффектив­
ность и скорость грохочения (производительность) зависят от гра­
нулометрического состава просеиваемого материала и содержания
в нем нижнего отбираемого класса, его влажности, способа грохо­
чения— сухого или мокрого — и других факторов. Легко проходят
через сито зерна, размеры которых в 1,5—2 раза меньше размера
отверстий сита. Зерна, близкие по крупности к размерам отверстия
сита, отделяются с трудом. Процесс грохочения ухудшается при
наличии в материале зерен лещадной и игловатой форм, которые
легче проходят через сито в вертикальном положении. Процесс
грохочения, особенно мелкого материала, замедляется с увеличени­
ем влажности и содержания глинистых и других примесей. В л аж ­
ные зерна слипаются друг с другом, образуя комья, замазывают
отверстия сит и остаются в надрешеточном продукте. Чем меньше
отверстия сит, тем медленнее протекает грохочение влажного ма­
териала. При влажности 4—5%! сухое грохочение материала, з а ­
грязненного глинистыми примесями, на границе разделения 3 мм и
меньше практически прекращается. Эффективнее мокрое грохоче­
ние, при котором материал обильно обрызгивают или промывают
водой. Мокрое грохочение в зависимости от границы разделения
2—3356
33
протекает в 1,2—3,5 раза быстрее сухого. При этом обеспечивается
лучшее качество продукции.
Скорость грохочения и эффективность зависят также от конст­
рукции грохотов, характера их просеивающей (рабочей) поверхно­
сти и формы отверстий. Рабочие поверхности грохотов могут вы­
полняться в виде сит, сплетенных из проволоки, решет с отверстия­
ми, штампованных из стальных листов, и колосниковых ^решет, со­
стоящих из отдельных стержней (колосников). Основной характе­
ристикой рабочей поверхности грохота является живое сечение, т. е.
отношение площади всех отверстий в свету к общей площади ре­
шета или сита. Чем больше живое сечение, тем больше производи­
тельность грохота.
Отверстия в ситах и решетах делают различной формы — квад­
ратные, прямоугольные, круглые. Сита с продолговатыми прямо­
угольными отверстиями обычно имеют большее живое сечение и
обеспечивают быстрое грохочение влажных и засоренных глиной
материалов. Однако при этом в подрешетныи продукт попадает
большое количество зерен лещадной и игловатой форм. Круглые
отверстия позволяют получить нижний продукт равномерный по
крупности, но в надрешетном продукте при этом остается больше
мелких частиц, чем при ситах с квадратными или прямоугольными
отверстиями.
Обычно применяются проволочные сита с квадратными и прямо­
угольными отверстиями. Д ля увеличения сроков службы сита изго­
товляют канилированными из высокопрочной проволоки.
Д ля предварительного грохочения исходной горной породы ис­
пользуют наклонные колосниковые грохоты — неподвижные и по­
движные (инерционные) и грохоты-питатели колосникового типа.
Эффективность грохочения колосниковых грохотов невысока и со­
ставляет для неподвижных 50—70%, для инерционных 80 85%,
но они устойчивы при тяжелых нагрузках и надежны в эксплуа­
тации.
Окончательное и контрольное грохочение осуществляют на виб­
рационных эксцентриковых и инерционных грохотах и реже при
мокром грохочении — в барабанных.
Выпускаются вибрационные грохоТы тяжелого, среднего и лег­
кого типов. Тяжелые грохоты предназначаются для грохочения ис­
ходного сырья и продуктов первичного дробления с крупностью до
400—500 мм; средние — для грохочения материала с крупностью до
150 мм и легкие — для рассева материала с крупностью до 20 мм.
Эффективность грохочения вибрационных грохотов достигает 95
98% и зависит от их конструкции (угла установки сит, амплитуды
и частоты колебаний и пр.), а также свойств просеиваемого м а­
териала.
На грохотах в основном устанавливают одно или два сита, ре­
ж е — больше сит. При окончательном грохочении (сортировке),
когда дробленый материал или гравийную смесь необходимо р аз­
делить на узкие классы по крупности, возможны различные схемы
установки сит в грохоте. Различают схемы сортировки: от крупного
34
к мелкому, от мелкого к крупному и смешанную (комбинирован­
ную). Грохочение от крупного к мелкому, при котором сита рас­
полагают в порядке уменьшения их отверстий, вызывает меньший
износ сит, обеспечивает высокую эффективность грохочения за счет
снижения нагрузки на мелкие сита, но громоздко и требует большой
высоты производственных помещений. Схема от мелкого к крупно­
му, когда сита располагают в порядке возрастания размеров их
отверстий, более компактна, но при этом происходит быстрый износ
сит и снижается производительность. При комбинированной схеме
грохочения сита располагают частично от крупного к мелкому и
наоборот. Чаще применяют схемы сортировки от крупного к мел­
кому и комбинированные. Последние предпочтительны как более
компактные и обеспечивающие достаточную эффективность гро­
хочения.
Д ля получения чистого продукта операцию окончательного гро­
хочения желательно совмещать с промывкой, осуществляя мокрое
грохочение в барабанных и других грохотах.
Эффективность грохочения в барабанных грохотах составляет
40—60% при сухом способе и 50—80% при мокром. В них одновре­
менно при соответствующем оборудовании можно получать продук­
ты 2—5 фракций.
Начали применяться новые типы грохотов: резонансные, валко­
во-роликовые грохоты-питатели для сортировки горных пород с
большим содержанием глины, а также дуговые для разделения
пульпы.
4. Промывка
После дробления и грохочения в материале остаются загряз­
няющие примеси — глина, ил, пыль и частицы слюды. Некоторые из
них настолько плотно покрывают зерна породы, что при интенсив­
ном встряхивании на грохотах не отделяются. Д ля их удаления ще­
бень, гравий и песок промывают водой в промывочных машинах.
При промывке под воздействием воды и движущих органов машин
комочки глины и оболочки на зернах разрушаются, смешиваются с
водой, образуя шлам, который удаляют в слив. Д ля более полного
удаления шлама материал в конце промывки ополаскивают чистой
водой.
Качество промываемого материала зависит: от степени загряз­
нения материала, физического состояния глины и других примесей,
количества и температуры промывочной воды, интенсивности ме­
ханического воздействия промывочных машин и т. п. Наиболее
трудно при промывке удаляются глинистые включения с большим
коэффициентом пластичности (см. гл. 16).
По трудности промывки горные породы разделяются на:
легкопромываемые, содержащие песчанистую глину, — коэффи­
циент пластичности менее 3—5, требуемое время промывки
2—3 м ин;
2*
35
среднепромываемые — с вязкой глиной, сравнительно легко раз­
минающейся в руке, — коэффициент пластичности от 3—5 до 10
3—6 мин\
15, время промывки
труднопромываемые — с вязкой глиной, трудно поддающейся
коэффициент
пластичности
выше
10—
15,
разминанию в руке
время промывки — более 6 мин.
Для промывки нерудных материалов применяют различные по
принципу действия и конструкции машины. По характеру воздей­
ствия на промываемый материал их можно разделить на две
группы:
Ж
_
*
ч
дезинтеграторы (прямоточные скрубберы, скруббер-бутары),
предназначаемые в основном для разрушения глины и перевода ее
и других примесей в тонкодисперсное состояние и выдающие про­
мываемый материал вместе со шламом для последующего его от­
деления и ополаскивания;
собственно промывочные машины (корытные мойки, эксцельсиоры, противоточные скрубберы), совмещающие операции разруше­
ния глины, удаления шлама и ополаскивания материала.
Первые машины применяются для промывки легкопромываемых
материалов, желательно повышенной крупности (до 150 мм) и од­
новременного оттаивания мерзлых пород. Собственно промывочные
машины используют для промывки материалов любой промываемости. Наибольшее распространение из них получили корытообразные
горизонтальные и наклонные мойки, имеющие высокие производи­
тельность и эффективность отмывки. Д ля промывки щебня из тре­
щиноватых выветренных горных пород применяют мокрое грохо­
чение с подачей воды на грохот под давлением с помощью брыз­
гал ьных устройств.
Промывку песков осуществляют такж е в механических и гидфикатор
фракции
Качество промываемого материала, его чистота зависят от ко­
личества воды, расходуемой на промывку. Высокая чистота мате­
риала достигается при двух-трехкратной промывке и обязательном
ополаскивании чистой водой.
Следует отметить, что по климатическим условиям в большин­
стве районов нашей страны промывка материалов осуществляется
сезонно, так как в зимнее время требуется проводить обезвожива­
ние промытого материала во избежание его смерзаемости.
4 1 k Uk ЛА
•
и
_________ ____ . . . -
О
« т л л тг л гг
тттт л т л / г
5. Классификация
Классификация — разделение сыпучих материалов по крупности
зерен на фракции (классы). Д ля этой цели наряду с рассеиванием
на грохотах применяют способы, основанные на использовании раз­
ности в скорости падения (оседания) частиц различных размеров
в воздухе, воде или другой среде. Скорость оседания частиц, взве­
шенных в среде, находится в прямой зависимости от их размеров.
36
Чем крупнее частицы, тем быстрее они падают, и, наоборот, чем
мельче, тем медленее они оседают.
Классификацию материалов, осуществляемую в водной среде,
называют гидравлической, в воздушной среде — пневматической.
Скорость падения частиц в воздухе во много раз больше, чем в во­
де. Поэтому пневматическую классификацию применяют для раз­
деления тонкодисперсных материалов, зерна которых в воздухе
оседают не столь быстро и их можно отделить от более крупных.
Гидравлическая классификация эффективна при разделении
крупнозернистых материалов. На заводах нерудных материалов ее
применяют для разделения гравийно-песчаной смеси на гравий и
песок, разделения песков на две и более фракции, удаления из пес­
ка загрязняющих примесей (глинистых, илистых и пылевидных
частиц) и мелких зерен, обезвоживания продукции.
Гидравлическую классификацию материалов осуществляют в
классификаторах, которые по принципу действия разделяют на
две группы: гравитационные и центробеж­
ные. В первых разделение материала на
фракции происходит за счет сил тяжести,
во вторых — центробежных сил.
Наиболее простой конусный классифика­
тор первого типа (рис. 9) представляет со­
бой емкость в виде конуса, в которую через
пульпоприемное устройство 1 подают пуль­
пу (гидросмесь). В приемно-разделитель­
ной камере 2 крупные зерна песка, скорость
оседания которых превышает скорость подъ­
ема воды к сливному устройству 3, оседают
на дно, а мелкие зерна песка, а также гли­ Рис. 9. Конусный класси
нистые и илистые частички выносятся с во­
фикатор
дой через край конуса в слив. Крупные зер­
на песка периодически выгружают через разгрузочное устройство 4.
Точность разделения песка в этих классификаторах составляет
30—60%.
Из классификаторов гравитационного типа наиболее совершен­
ны вертикальные классификаторы с восходящей струей чистой во­
ды (рис. 10). Классификатор НИИЖ елезобетона (см. рис. 10, а)
работает с подачей гидросмеси навстречу восходящему потоку’ во­
ды (противотоком), классификатор ВН И И ГСа (см. рис. 10, б) — с
подачей гидросмеси и воды в одном направлении (прямотоком).
В этих аппаратах процесс классификации осуществляется в две
стадии, что является отличительной особенностью их. Первоначально пульпа разделяется при
диффузор
лительнои камере (классификатор НИИЖ елезобетона) или в обо­
гатительной камере (классификатор В Н И И ГС а). При этом основ­
ная масса частиц меньше граничного зерна выносится в слив.
Оседающие крупные зерна песка падают в классификационную ка­
меру, где происходит окончательное разделение гидросмеси по гра­
ничному зерну в потоке чистой воды. Частицы материала, крупнее
37
граничного зерна, из 'классификационной камеры оседают к разгру­
зочному устройству, а мелкие — восходящим потоком воды уносятся
в слив. Вода в камеру классификации поступает через окна из коль­
цевого коллектора.
Эффективность разделения песка в обоих классификаторах при­
мерно одинаковая и составляет 60—90% (большее значение дости­
гается при делении песка по зерну от 0,6 до 1 мм). Эти классифи­
каторы просты по конструкции, нечувствительны к колебаниям в
а)
б)
Рис. 10. Схемы гидравлических классификаторов с восходящей струей воды:
а —• классификатор Н И И Ж елезобетоиа; / — приемно-разделительная камера; 2 — классифи­
кационная камера; 3 — приемный пульповод; 4 — диф фузор; 5 — поплавок; 6 — патрубок для
подачи чистой воды; б — классификатор ВНИИГСа; / — питающий патрубок; 2 — ди ф ф узор;
3 — обогатительная камера; 4 — классификационная камера; 5 —-водный коллектор; 6 —
сборник крупной фракции; 7 — разгрузочный патрубок; 8 — сливная труба
подаче гидросмеси (до 20%) и изменениям содержания в ней песка
(до 30% ), могут работать при непосредственной подаче пульпы из
землесосного снаряда. Последнее позволяет организовать непре­
рывный процесс гидродобычи, гидротранспорта и классификации
материала, что особенно важно для автоматизации производства.
Недостаток рассмотренных классификаторов — разделение ма­
териала только на две фракции, причем мелкая фракция нуждается
в дальнейшем обогащении, так как в ней остаются все глинистые и
другие примеси, содержащиеся в исходном продукте. Последова­
тельная установка нескольких классификаторов осложняет перера­
ботку и приводит к удорожанию продукции.
Разделение на несколько фракций ведут в многокамерных клас­
сификаторах— спиготных (ящичных) (рис. 11) и с восходящим
■ 38
потоком чистой воды. Эти классификаторы представляют собой ж е­
лоб или корыто, расширяющееся в направлении слива. Желоб раз­
делен перегородками на несколько отсеков (камер), куда из гори­
зонтального потока пульпы в зависимости от крупности оседают
зерна материала: крупные — в ближайшие, мелкие — в более уда­
ленные от приемного устройства. От спиготных классификаторы с
Рис. 11. Многокамерный (спиготный) классификатор:
/ — приемная коробка; 2 — привод клапана и мешалки; 3 — мешалка; 4 — шток с клапаном;
5 — сливной ж елоб; 6 — шихтующее устройство; 7 — смесительный ж елоб; 8 — разгрузочное
отверстие
восходящим потоком воды отличаются тем, что в них каждую камеру оборудуют специальным устройством для равномерной подачи
по ее сечению дополнительно чистой воды. Это обеспечивает вто­
ричное разделение частиц материала в каждой из камер в условиях
стесненного падения их в восходящих потоках воды. Последним
мелкие частички, осевшие в камерах для более крупных частиц,
снова выносятся в горизонтальный поток. По мере накопления пес­
ка в каждой из камер их разгружают с помощью автоматически
действующих разгрузочных устройств. Наиболее мелкие частицы,
не осевшие в последней камере, выносятся в слив.
Спиготные классификаторы не дают высокой точности разделе­
ния. Однако при большом числе камер (8— 11) смешением получен­
ных фракций можно получить смесь требуемого зернового состава.
Классификаторы с восходящим потоком воды обеспечивают боль­
шую точность разделения и выпускаются с меньшим количеством
камер (4 камеры).
Многокамерные классификаторы чувствительны к равномерно­
сти питания, нарушение которого приводит к перераспределению
крупности зерен по камерам. Д ля обеспечения стабильного режима
работы классификаторы оборудуют усредняющими приемными ко­
робками. Д ля получения готового продукта оптимального зернового
39
состава под классификаторами устанавливают шихтующее устрой­
ство, выдающее в определенных количествах материал из каждой
камеры.
"
Механические классификаторы (спиральные, реечные и др.)
применяют для выделения шламов крупностью до 0,25 мм и обез­
воживания материала. Эти классификаторы (рис. 12) представляют
собой корытообразные емкости, установленные наклонно и обору­
дованные различными по конструкции непрерывно действующими
4
Рис. 12. Спиральный классификатор для песка:
1 — корыто; 2 — спираль; 3 — привод; 4 —- механизм подъема спирали; 5 — приемная коробка;
6 — разгрузочное отверстие; 7 — сливной порог
транспортными устройствами (спиральные классификаторы — спи­
ралями, реечные — гребными рейками). С помощью их пульпа пе­
ремешивается, и осевший в нижней части корыта материал пере­
мещается вверх, к разгрузочному концу. Мелкие частицы, не осев­
шие из струи пульпы, горизонтально текущей навстречу перемещае­
мому материалу, выносятся в слив.
Показатели работы этих классификаторов зависят от ряда ф ак­
торов. Увеличение угла наклона, скорости движения транспортных
средств, повышение расхода пульпы вызывает вынос в слив более
крупных зерен, и, наоборот, увеличение высоты порога сливного
устройства способствует получению слива с более тонкими час­
тицами.
Центробежные классификаторы (гидроциклоны, центрифуги)
применяют для выделения из песка и разделения мелких зерен
крупностью до 0,15—0,3 мм, когда гравитационные силы оказы­
ваются недостаточными для быстрого осаждения этих частиц.
Гидроциклон состоит из верхней цилиндрической и нижней кони­
ческой частей. Внутри его стенки футерованы. Гидросмесь, подавае­
мая в циклон по касательной под давлением, получает в нем вра40
щательное движение. Под действием центробежных сил происходит
расслоение частиц по крупности (рис. 13) — более крупные зерна
отбрасываются к стенкам, теряют скорость вращения и падают
вниз, а более мелкие остаются в центре
вращающегося
потока,
поднимаются
вверх и выносятся в сливной патрубок.
Через разгрузочное устройство крупные
зерна выдаются из гидроциклона.
Центрифуги отличаются от циклонов
тем, что в них вращение гидросмеси осу­
ществляется специальными вращающи­
мися рабочими органами. При этом соз­
дается более интенсивное вращение пуль­
пы, поэтому центрифуги можно использо­
вать для разделения особо мелких частиц
0,05—0,001 мм, а также обезвоживания
материала.
Гидроциклоны отличаются высокой Рис. 13. Схема движения
пульпы в гидроциклоне:
производительностью, простотой конст­ / — внешний поток из крупных
рукции, могут работать с автоматическим частиц, движущ ийся вниз; 2 —
внутренний поток из мелких
управлением. Основной их недостаток —
частиц, движущ ийся вверх
быстрый износ футеровки и Песковых на­
садок, которые для увеличения срока службы выполняют из камен­
ного литья.
6. Обезвоживание
После промывки и гидравлической классификации материал
имеет высокую влажность, что затрудняет его транспортирование
и вызывает в зимнее время смерзание. Поэтому при мокрой пере­
работке нерудных материалов перед складированием их обезвожи­
вают. Необходимость обезвоживания возникает и в процессе пере­
работки сырья, особенно добываемого и транспортируемого гидро­
механическими способами. Земснаряды и землесосы работают в
оптимальном режиме на гидросмеси сравнительно низкой концен­
трации. Переработка же такой гидросмеси без сгущения снижает
эффективность грохочения, требует повышенных площадей сечений
классификаторов и т. д.
В плотных заполнителях большая часть влаги находится в про­
межутках между зернами и на их поверхности. Чем мельче мате­
риал, чем больше его удельная поверхность, тем влага прочнее
удерживается капиллярными и адсорбционными силами и труднее
удаляется. Из крупнокускового материала (крупнее 40 мм) вода
стекает под собственным весом, поэтому обезвоживанию обычно
подвергают лишь мелкие фракции щебня, гравия и песок.
По данным Оргэнергостроя и НИИЖ елезобетона смерзание не
происходит, если поверхностная влажность щебня фракций 5— 10
и 10—20 мм не превышает 1,5—2%, а п еска— 1— 1,25% по весу.
41
Влага, поглощенная зернами, влияния на их смерзание почти не
оказывает.
Для обезвоживания нерудных материалов в производстве при­
меняют следующие способы:
дренирование — стекание воды из крупнокусковых и среднезер­
нистых материалов под действием силы тяжести;
и
сгущение — осаждение из пульпы твердых частиц под действием
силы тяжести или центробежных сил;
фильтрование — выделение из пульпы влаги отсасыванием через
пористые перегородки или сетки из тканей;
центрифугирование — удаление воды из пульпы центробежными
силами;
"
сушку — удаление влаги из материала испарением.
Удаление влаги дренированием щебня, гравия, а иногда и песка
производят на складах, в обезвоживающих бункерах и элеваторах,
а также на виброгрохотах.
На дренированных складских площадках в летнее время в л аж ­
ность крупнозернистых материалов снижается за 2—3 сут до
5—7%, а песка, подаваемого в виде пульпы с Ж : Т = 1 5 : 1 , — до
7— 10%'. Интенсивность обезвоживания увеличивается при переме­
шивании материала экскаваторами или бульдозерами.
Обезвоживание в бункерах заключается в выдерживании в них
влажного крупнозернистого материала, при котором вода, стекая
вниз, отводится через отверстия в задвижке. Д ля ускорения удале­
ния влаги наклонные стенки бункеров выполняют перфорированны­
ми, а внутри их устанавливают дренажные трубы, или продувают
воздухом через отверстия в стенках. Выдерживание в обезвоживаю­
щих бункерах щебня или гравия крупностью 3— 10 мм в течение
16—24 ч снижает их влажность до 10— 12%, а крупностью 10—
100 мм в течение 6—8 ч — до 6— 10%.
Обезвоживание в элеваторах осуществляют при транспортиро­
вании материала. Ковши используют перфорированные, а элеватор
устанавливают наклонно под углом 50—70°, чтобы вода, стекающая
из верхних ковшей, не попадала в последующие.
Дренирование на грохотах при интенсивной вибрации снижает
влажность материала до 3—8% в зависимости от крупности. Для
этого применяют грохоты с щелевидными ситами. Эффективность
обезвоживания на грохотах возрастает, если материал предвари­
тельно тщательно ополаскивают от загрязняющих тонких шламов,
препятствующих отделению воды. Ополаскивание уменьшает ко­
нечную влажность продукта на 1—2%^
Сгущение пульпы осуществляют в отстойниках, в которых твер­
дые частицы оседают на дно, а осветленная вода переливается
через его края. Этот способ не обеспечивает достатоного обезвожи­
вания и применяется в основном для уменьшения объема транспор­
тируемой пульпы. Сгущение пульпы также производят в гидроцик­
лонах, которые отличаются от применяемых для классификации
меньшей конусностью. Гидроциклоны позволяют снизить влажность
песка до 20—25 %.
42
Обезвоживание фильтрацией проводят в барабанных, дисковых
и ленточных вакуум-фильтрах, при выходе из которых влажность
песка доводится до 8— 10%.
Сушка является одним из надежных приемов обезвоживания
мелкозернистых материалов до безопасной влажности, т. е. вл аж ­
ности, при которой невозможно смерзание. Искусственная сушка
требует расхода топлива в количестве 2—5%; от веса песка, поэто­
му на предприятиях чаще практикуют естественную сушку в ш та­
белях. Как показывает опыт, за 4—5 летних дней удается снизить
влажность песка до 4—5%. Такой песок почти не смерзается и мо­
жет отгружаться в течение круглого года. Искусственную сушку
заполнителей обычно осуществляют в сушильных барабанах.
7. Обогащение
Специальные приемы обогащения применяют при переработке
сырья с большим содержанием слабых пород, а также для получе­
ния щебня повышенной прочности или улучшенной формы.
Обогащение нерудных строительных материалов по прочности
осуществляют несколькими способами, используя различия в физи­
ко-механических свойствах слабых и прочных кусков породы. Н аи­
большее признание из них получили следующие методы: избира­
тельное дробление, разделение в тяжелых средах, отсадка, обога­
щение по упругости и трению. Обогащение щебня по форме
производят дроблением пород в дробилках ударного действия и
грануляцией.
Избирательное дробление — интенсивное разрушение в процес­
се дробления слабых кусков породы и примесей. Оно дает возмож­
ность простым грохочением, выделив мелкие фракции, собрать в
надрешетный продукт прочные куски щебня.
Избирательное дробление материала может происходить в лю­
бых дробилках. Однако величина его зависит от их конструкции.
Наибольшую избирательность дробления обеспечивают дробилки,
в которых на разрушение различных по прочности, но одинаковых
по объему кусков затрачивается примерно одинаковое количество
работы. К таким относятся дробилки ударного действия. В щековых
и конусных дробилках большая часть работы идет на разрушение
более прочных кусков, поэтому избирательность их дробления не­
большая. Избирательность дробления можно повысить применени­
ем специальных машин — барабанных дробилок, дезинтеграто­
ров и т. п.
Барабанная дробилка (рис. 14) состоит из сетчатого барабана 1
диаметром 2—3 м, вращающегося на опорных катках 2. Барабан
закрыт металлическим кожухом, а внутри его смонтированы на­
клонные полки с лопатками 3 для подъема и перемещения материа­
ла. Обогащаемый материал загружаю т в барабанную дробилку че­
рез приемную воронку 4. Материал, перемещаясь к другому ее
торцу, периодически поднимается полками на некоторую высоту и
сбрасывается вниз. Слабые куски при падении от удара и при пе­
43
ремещении от истирания измельчаются. Более прочные, выполняя
роль мелющих тел, способствуют их разрушению. Образующаяся
мелочь отсеивается через сетку барабана и выводится из процесса,
а оставшиеся прочные куски через разгрузочный желоб 5 поступа­
ют на переработку. Эффективность барабанных дробилок зависит
от их конструкции. С увеличением диаметра барабана возрастает
1-1
V
Рис. 14. Барабанная дробилка
степень измельчения материала, а с увеличением длины, а следова­
тельно, и продолжительности нахождения материала в машине
повышается избирательность дробления.
Г
Барабанные дробилки в нерудной промышленности используют­
ся в опытном порядке; чаще для избирательного дробления при­
меняют роторные дробилки, обеспечивающие такж е улучшенную
форму зерен щебня.
Эффекта
Практика пока­
фракций
зывает, что из продуктов первичного дробления крупностью до
40 мм не удается при дальнейшем дроблении получить щебень
фракции 5 (3) — 10 мм, удовлетворяющий требованиям ГОСТа. По­
этому при переработке неоднородных пород продукты первичного
дробления размером от 0—20 до 0—80 мм в зависимости от каче­
ства сырья направляются в отходы. Способом избирательного дроб­
ления удается перерабатывать в щебень, удовлетворяющий требо­
ваниям стандартов, неоднородные породы с содержанием слабых
пород до 20%.
Ш
Обогащение в тяжелых средах заключается в разделении неод­
нородных по объемной массе зерен материала на фракции в среде,
плотность которой имеет промежуточное значение между объем­
ными массами зерен материала. В такой среде под действием гра­
витационной силы тяжелые зерна с большей объемной массой то­
с меньшей объемной массой всплывают.
оседают, а легкие
нут
Извлекая из среды отдельно осадок и всплыв, разделяют материал
яжелую и легкую фракции.
44
В пределах одного месторождения нерудные полезные ископае­
мые характеризуются более или менее постоянным минералогиче­
ским составом и мало отличаются по плотности. Различие же по
объемной массе отдельных зерен обусловлено их разной пористо­
стью, величина которой связана с прочностью материала. Подби­
рая плотность среды, можно выделить из обогащаемого материала
зерна с объемной массой, отвечающей требуемой прочности. При
обогащении пород (гравия), состоящих из зерен различного мине­
ралогического состава, необходимо учитывать более сложную зави­
симость прочности зерен от объемной массы.
Обогащение материалов в тяжелых средах осуществляют с при­
менением водоминеральных суспензий, состоящих из твердых час­
тиц с повышенной объемной массой (утяжелителей) и воды. По­
скольку крупность частиц утяжелителя во много раз меньше разме­
ров зерен обогащаемого йатериала, закономерности разделения их
в суспензии остаются такими же, как и в жидкости, соответствую­
щей плотности. Скорость перемещения твердых частиц в жидкости,
а следовательно, и зерен в тяжелых суспензиях зависит от гравита­
ционной силы и динамического сопротивления среды (вторая сила
противоположна по знаку первой). Результирующая этих сил Р (н)
равна
p
=
±
(
Q
-
R
)
,
где G = - — (ртв — p)g — гравитационная сила;
6
jr//2 01/2
^ = (|> — . -----динамическое сопротивление среды;
d — диаметр зерна, м\
ртв и р — объемная масса зерна и плотность среды, к г/л 3;
v — скорость движения зерна разделяемого материа­
ла, м/сек;
g — ускорение силы тяжести, м/сек2;
г|)— коэффициент сопротивления среды, зависящий от фор­
мы зерен.
Из этих уравнений следует, что величина результирующей силы
Р, а следовательно, скорость движения зерен возрастает с увеличе­
нием разности между объемной массой разделяемых зерен и плот­
ностью суспензии, а такж е их крупности. С увеличением размеров
зерен гравитационная сила возрастает пропорционально кубу их
диаметра, а динамическое сопротивление — квадрату. При умень­
шении размеров разделяемых зерен гравитационная сила умень­
шается в большей степени, чем сила динамического сопротивления
среды, поэтому при небольшой крупности зерен скорость их разде­
ления настолько падает, что процесс становится неэффективным.
Чистота разделения материала на фракции в тяжелых средах
тем выше, чем больше разница между объемными массами проч­
ных и слабых зерен. Обычно удовлетворительное разделение дости­
гают при разнице в объемных массах фракций не менее 0,2
0,3 г/смг.
45
Технологический процесс обогащения в тяжелых средах состоит
из следующих основных операций: приготовления тяжелой суспен­
зии, подготовки материала к обогащению, разделения материала в
суспензии и регенерации суспензии.
Приготовление суспензии заключается в тонком измельчении
утяжелителя и в смешении его с водой. В качестве утяжелителя
обычно применяют магнетит (плотностью 4,9—5,2 г/см3) и ферро­
силиций (плотностью 6,3 г/см3) или их смесь. Плотность утяжелите­
ля должна быть не менее чем в 2 раза больше плотности приготов­
ляемой суспензии. Суспензия с плотностью до 2,5 г/см3 обычно го­
товят на магнетите, до 2,8 г/см3 — на магнетите с добавками
ферросилиция и более 2,8 г/см3 — на ферросилиции. Утяжелители
размалывают в шаровых и других мельницах до размеров частиц
не более 75— 100 мк. Д ля стабилизации суспензии в нее иногда
вводят стабилизирующие добавки (сульфитно-спиртовую барду,
бетонит и др.), а твердые частички в суспензии поддерживают во
взвешенном состоянии механическими способами.
Подготовка к обогащению состоит в сортировке исходного м а­
териала на фракции (обычно 5—40, 20—70 мм), в удалении более
мелких фракций и особенно глинистых и других мельчайших час­
тиц и в тщательной промывке.
Рис. 15. Барабанный сепаратор Механобра
В|
Разделение материала в тяжелых суспензиях производят в спе­
циальных сепараторах — конусных, барабанных, с элеваторными
колесами и др.
На рис. 15 приведена схема барабанного сепаратора, разделе­
ние материала в котором происходит следующим образом. М ате­
риал загружают через желоб 6 в барабан 1, установленный на ро­
ликовых опорах 2. С другого торца в него по трубопроводу 7 подают
суспензию. При вращении барабана с помощью венцовой шестерни
материал в суспензии разделяется на фракции. Тяжелая фракция,
оседая, при помощи спирали 4 перемещается к поднятому концу
барабана и разгружается элеватором 5 в желоб 8. Легкая фракция
по мере всплывания выносится из барабана в слив, смонтированный
46
у загрузочного конца. Выделенные легкая и тяжелая фракции д а ­
лее подаются на грохоты, на которых их тщательно промывают для
отделения частичек утяжелителя, а затем отправляют на склады.
Регенерация (восстановление) суспензии заключается в выделе­
нии из разбавленной суспензии после промывки оставшихся в ней
зерен породы, в сгущении суспензии и доведении ее до требуемой
плотности.
Оставшиеся в суспензии частицы материала выделяют методом
магнитной сепарации. Д ля этого утяжелители (магнетит и ферроси­
лиций) намагничивают в специальных устройствах. Затем суспен­
зию пропускают через специальные магнитные сепараторы, в кото­
рых утяжелитель притягивается к барабану или ленте, соскребается
с них и вновь поступает на приготовление суспензии. Ненамагничивающийся шлам удаляется через выпускное отверстие.
Перед приготовлением суспензии утяжелитель размагничивают,
так как с намагниченным утяжелителем суспензия неустойчива и
непригодна для применения.
Стабильность обогащения материала в тяжелых средах в зна­
чительной мере зависит от постоянства удельного веса суспензии
в разделительных сепараторах. При подаче в них суспензии необхо­
димо осуществлять автоматический контроль плотности и регулиро­
вание в соответствии с этим процесса приготовления ее.
Отсадка основана на разделении неоднородных по объемной
массе зерен материала в попеременно восходящих и нисходящих
струях воды. Сущность этого способа обогащения показана на примере работы
поршневой отсадочной машины (рис. 16),
в которой емкость 1,
1 , разделена перегородкой 2 на две камеры: рабочую 3 и
5
поршневую 4. В рабочей камере горизон­
тально установлено решето 5, на которое
насыпают слой материала. Движением
1
поршня 6 в поршневой камере создают в
рабочей камере восходящий и нисходя­
щий потоки воды. Слой материала на ре­
Рис. 16. Схема работы
шете, называемый постелью, под действи­
поршневой
отсадочной
ем восходящих струй воды поднимает­
машины
ся — разрыхляется, а под действием нис­
ходящих струй, перемещаясь вниз, уплотняется. При многократном
движении материала вверх и вниз, из-за различной скорости паде­
ния зерен с разной объемной массой в воде, постель постепенно
расслаивается на слои тяжелых 7 и легких 8 зерен. Первые сосре­
доточиваются внизу постели, вторые — вверху.
Эффективность отсадки зависит от многих факторов: характера
цикла, амплитуды и частоты пульсации, высоты слоя постели, рас­
хода воды и др.
Оптимальные условия (по данным НИИЖ елезобетона) для обо­
гащения гравия отсадкой достигаются при следующих параметрах:
частоты пульсации— 120 кол/мин, амплитуде пульсации — 40 мм и
з
47
высоте постели при крупности гравия до 20 70 мм, расходе воды
3,5—4 лі3 на 1 г обогащенного гравия.
Для обогащения отсадкой применяют различные отсадочные
машины. Последние в зависимости от источника образования пуль­
сации воды разделяют на механические (поршневые и диафрагмовые), пневматические (беспоршневые) и машины, в которых пуль­
сация создается движущим решетом (машины с подвижным реше­
том). Наибольшее признание получили беспоршневые отсадочные
машины.
Беспоршневая отсадочная машина (рис. 17) состоит из корпу­
са 1, разделенного перегородкой 2 на две камеры: воздушную 3 и
продукта
Рис. 17. Схема устройства беспоршневой отсадочной машины
рабочую 4. В воздушную камеру через золотник 5 периодически по­
дается сжатый воздух, при поступлении которого уровень воды в
воздушной камере понижается, а в рабочей соответственно подни­
мается. При выпуске воздуха из воздушной камеры уровень воды в
обеих камерах вновь восстанавливается. Так, чередованием подачи
и выпуска сжатого воздуха осуществляют пульсацию воды в маши­
не. Камеры разделены перегородками 6 на отсеки 7, оборудованны­
ми отдельными золотниками.
Рабочая камера состоит из двух отделений: для тяжелой ф рак­
ции и промежуточного продукта. Решета 8 первого отделения на­
клонены в сторону загрузки, а второго — в сторону разгрузочного
устройства. Обогащаемый материал загружают в первое отделение
машины, из которого легкая фракция и промежуточный продукт вы­
носятся горизонтальным потоком воды в отделение промежуточного
продукта. Осевшая тяжелая фракция по решету движется в проти­
48
воположном направлении и разгружается под порогом 9 по рука­
ву 10 в нижнюю пирамидальную часть машины. В отделении проме­
жуточного продукта легкая фракция с водой проходит над порогом 11
и удаляется по желобу на обезвоживание, а продукт разгружается
через щель по рукаву 12 в нижнюю часть корпуса. Тяжелая фрак­
ция и промежуточный продукт выдают из машины с помощью обез­
воживающих элеваторов.
Процесс отсадки при определенных условиях экономически бо­
лее выгоден, чем разделение в тяжелых средах, так как в отсадоч­
ных машинах одновременно можно совмещать такие трудоемкие
операции, как разделение по прочности, классификацию материала
по мелкому классу и интенсивную его промывку.
Обогащение по упругости и трению заключается в разделении
материала на фракции по прочности: по величине упругого отскока
от твердой поверхности или различия в условиях скольжения по
этой поверхности. При ударе твердой частицы о разделительную
поверхность
(стальную плиту)
происходит упругий отскок
а)
U
,
и
А
В
v
Рис. 18. Векторы скоростей при ударе твердых тел (кусков камня) о массивную
стенку:
а — прямой удар о горизонтальную плиту; б — удар прочных и слабых зерен о наклонную
стенку
(рис. 18, а). При этом коэффициент восстановления k B, равный от­
ношению вектора скорости упругого отскока частицы от поверхно­
сти и2 к скорости ее падения v u не зависит от геометрических р аз­
меров и формы частички, а такж е скорости падения и является
функцией упругих свойств обоих тел (частицы и разделительной
плиты). Упругие свойства каменных и других материалов связаны
с их прочностью. По данным Н. К. Тимченко для известняков р аз­
личной прочности коэффициент восстановления k B практически пря­
мо пропорционален их прочности. Поэтому при ударе прочный и
плотный камень имеет большую высоту отскока, чем более слабый
и пористый.
Наиболее простым способом обогащения материала по упруго­
сти является разделение при ударе о наклонную поверхность, при
которой частички отскакивают под углом к этой поверхности
(рис. 18, б). При одинаковом угле падения а прочные и слабые час­
тицы получают, кроме различной скорости отскока, различные тра49
ектории движения, поскольку угол отражения
от kB:
^в.пр
по
^в пр ^
и tg рсл=
|
также зависит
•
• '
tga i
^в.сл
^в.сл.
где Рпр и Рсл — углы отражения прочных и слабых зерен; k BMP и
^в.сл — коэффициенты восстановления прочных и слабых зерен.
Прочные частицы будут отражаться под меньшим углом к нор­
мали, чем слабые. Имея большую скорость отражения и более кру­
тую траекторию, первые частицы полетят после удара о наклонную
стенку на большое расстояние, чем вторые. Если в зоне падения
установить несколько бункеров, то в них можно собрать частицы,
разные по прочности.
Чистота разделения материала этим способом будет тем выше,
чем больше разница в дальности отскОка слабых и прочных зерен.
Траектория отскока в этом случае зависит и от формы зерен. Луч­
шие результаты достигают при переработке гравия, зерна которого
имеют форму, приближающуюся к шару.
Для обогащения неоднородного по прочности известнякового
щебня разработан способ и оборудование для разделения материа­
ла при ударе о вращающийся барабан *, позволяющий одновремен­
но использовать для этой цели как различия в упругих свойствах,
так и в силах трения прочных и слабых разностей. Коэффициент
трения цтр известняка о чугунную поверхность обратно пропорцио­
нален прочности частиц. При обогащении на этой машине после
удара о вращающийся барабан частички получают перемещение
под воздействием двух сил — упругого отскока и трения (рис. 19) .
Скорость перемещения от первой из них обозначена v0, а от второй.
направленной по касательной к точке удара частицы, — vK. В ре­
зультате сложения этих скоростей зерна материала будут отра­
жаться со скоростью v2 и под углом Ө к вертикали. Н а рис. 19
сплошными линиями показан параллелограмм скоростей движения
прочного щебня, а пунктирными— слабых зерен**.
Подбирая высоту падения зерен, окружную скорость вращения
барабана и угол а (угол к нормали, под которым зерна поступают
в барабан), можно достичь такого положения, когда зерна прочного
щебня будут отскакивать под углом +Ө и падать слева от б ар аб а­
на, а слабые — под углом —Ө и падать справа.
На рис. 20 дана схема механического классификатора для обо­
гащения щебня по упругости и трению.
Обогащение высокопрочного щебня по форме осуществляют в
дробилках ударного действия, устанавливаемых на последней ста­
дии дробления, а также путем грануляции. Грануляция — дробле* НИИЖелезобетон, Н. Қ. Тимченко.
** Д ля упрощения схемы углы упругого отскока прочных и слабых зерен
приняты равными.
50
ние щебня в дробилках-грануляторах. От обычных дробилок (щеко­
вых или конусных) они отличаются тем, что приспособлены для ра­
боты с постоянно переполненной дробильной камерой. Это обеспе-
Рис. 19. Схема разделения прочных и слабых
зерен на механическом
классификаторе
Рис.
20. -Схема механического
классификатора щебня:
/ — приемный бункер; 2 — вибрацион­
ный питатель; 3 — направляющая во­
ронка; 4 — винтовой механизм, обесп е­
чивающий подачу щ ебня монослоем;
5 — винтовой механизм
перемещения
воронки (регулирование угла <Хо); 6 —
вращающийся барабан; 7 — течка для
прочных зерен; 8 — то ж е, слабых зезен; 9 и 10 — ленточные транспортеры
чивает под собственным весом дробимого материала лучший захват
кусков дробящими частями и сокращает образование зерен плос­
кой формы.
8. Складирование
Складирование и отгрузка нерудных строительных материалов
являются завершающими операциями их переработки.
На предприятиях нерудных строительных материалов устраива­
ют склады готовой продукции, а иногда и промежуточные (резерв­
ные) и склады отходов производства.
В зависимости от способа подачи и отгрузки материалов соору­
жаются следующие типы складов готовой продукции: открытые
штабельные, штабельно-траншейные, штабельно-эстакадные и шт а ­
бельные эстакадно-траншейные; закрытые полубункерные, бункер­
ные и силосные. Закрытые склады обычно предусматриваются для
хранения заполнителей для ответственных и высокопрочных ж еле­
зобетонных изделий (труб, шпал и т. п .).
Штабельные склады представляют собой площадку, на которую
укладывают материал в виде штабеля с помощью подвижного шта­
51
белеукладчика, а разгружают экскаваторами, автопогрузчиками и
другими подъемными механизмами.
Штабельно-траншейные склады оборудуют траншеями [ЛЯ отгрузки, штабельно-эстакадные — эстакадами (галереями) для по­
дачи материала на хранение ленточными конвейерами. На рис. 21
дана схема эстакадно-траншейного склада с высокими стенками
для хранения заполнителей по фракциям.
Оси подштабельныхконВейй
Щебень и щебень „ щебень
щебень
ФРЗ-Юмм
51100
Оси железнадорож
, ныл путей
‘ 6000
Рис. 21. Эстакадно-траншейный склад крупного заполнителя:
ленточный конвейер для подачи; 2 — лотковый виброзатвор-питатель; 3 — эстакадная галерея; 4 — траншейная галерея; 5 — бункера точечной отгрузки
Полубункерные, бункерные и силосные склады представляют
собой емкость соответственной формы. Загрузку емкостей осущест­
вляют с помощью ленточных конвейеров со сбрасывающими тележ­
ками. ^Стенки бункеров и силосов, примыкающие к разгрузочным
устройствам, выполняют наклонными под углом, большим угла
естественного откоса хранимого материала, что обеспечивает само­
течное поступление материала к разгрузочным люкам. Применение
таких складов обеспечивает высокое качество хранимого материа­
ла, так как при этом исключается необходимость использования
экскаваторов и бульдозеров для перемещения материала к разгру­
зочным люкам.
Емкость складов готовой продукции с круглогодичным режимом
работы обычно принимают из расчета 7— 15 суточного запаса
Отгрузку готовой продукции производят на железнодорожный
автомобильный и водный транспорт. Применяют три основных вида
погрузки в транспортные средства: конвейерную, бункерную и
экскаваторную.
52
Конвейерная погрузка предусматривает подачу материалов с
помощью питателей и системы конвейеров, установленных в подштабельных и наземных галереях, в погрузочные бункера или на
загрузочные реверсивные конвейеры. Бункера оборудуют устройст­
в а м и — затворами с погрузочным лотком или конвейером. Р азли­
чают бункера с боковой и центральной разгрузкой. Последние бо­
лее выгодны, но при этом увеличиваются габариты бункера.
При загрузке вагонов с помощью реверсивных конвейеров по­
следние располагают по продольной оси над вагонами. При про­
хождении состава они распределяют материал по вагонам. Кон­
вейеры над вагонами подвешивают так, чтобы материал падал с
минимальной высоты.
Бункерная погрузка предусматривает выдачу материалов в
транспортные средства непосредственно из емкостей бункерного
склада. Д ля этого складские бункера оборудуют течками с затво­
рами для центральной или боковой разгрузки. Материал в вагоны
подают непосредственно из течек или с помощью сборного конвейе­
ра. Второй способ применяют при необходимости выдачи на погруз­
ку шихтованной продукции. Время загрузки транспортных средств
зависит от количества одновременно включаемых течек и от их про­
пускной способности. Средняя продолжительность погрузки одного
полувагона грузоподъемностью 60 г через четыре течки составляет
4—5 мин, что обеспечивает погрузку одного состава вагонов при­
мерно за 1,5—2 ч.
Экскаваторная погрузка производится при сезонной работе
предприятий, имеющих склады большой емкости, а также при от­
грузке песка, плохо разгружаемого через бункера и люки. Д ля по­
грузки применяют экскаваторы с емкостью ковша 0,5—3 ж3. По
эксплуатационным расходам экскаваторная отгрузка является наи­
более дорогой, хотя капитальные затраты на строительство складов
небольшие.
Промежуточные резервные склады позволяют нейтрализовать
кратковременные нарушения в работе карьеров и избежать зад ер ж ­
ки в обеспечении сырьем перерабатывающих предприятий. Проме­
жуточные склады обычно имеют такие же конструктивно-компоно­
вочные решения, как и склады готовой продукции. Рассчитывают их
в зависимости от конкретных условий на хранение 1—3-суточного
запаса готовой продукции.
Глава 4
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ЗАВО ДО В НЕРУДНЫХ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В зависимости от вида исходного сырья и выпускаемой продук­
ции заводы нерудных строительных материалов подразделяют на:
дробильно-сортировочные, перерабатывающие каменные породы
в щебень:
53
гравийно-сортировочные, перерабатывающие валунно-гравийно■песчаные смеси в гравий, щебень из гравия и песок;
заводы по обогащению песка, перерабатывающие природный
лесок в классифицированный песок с выделением рядового гравия;
заводы-установки для получения искусственного песка.
Заводы нерудных строительных материалов строятся как пред­
приятия районного значения, обеспечивающие различных потреби­
тел ей — заводы железобетонных изделий, дорожное и гидротехниче­
ское строительство и др., н как специализированные предприятия,
выпускающие заполнитель для определенного потребителя, напри­
мер только для заводов железобетонных изделий.
Заводы районного значения, рассчитываемые на выпуск готовой
продукции широкой номенклатуры, имеют более сложную техноло­
гию, позволяющую варьировать количество выпускаемых фракций,
их крупность и соотношение выходов. Специализация заводов упро­
щает технологию, позволяет выпускать готовую продукцию высоко­
го качества и обеспечивает лучшие его технико-экономические по­
казатели.
Н
1. Дробильно-сортировочные заводы
Большое многообразие сырья, используемого для получения
щебня, обусловливает применение различных технологических схем
его переработки. Д ля облегчения выбора технологии производства
щебня из различных горных пород их условно разделяют на три
вида:
твердые абразивные породы — граниты, базальты, песчаники
и др. — с пределом прочности при сжатии 800— 1000 кгс/см2 и вы­
ше, незагрязненные или незначительно загрязненные глинистыми
и другими примесями;
прочные однородные малоабразивные породы — известняки, до­
ломиты и др. — с пределом прочности при сжатии до 1000—
1500 кгс/см2, незагрязненные или мало загрязненные глиной и дру­
гими включениями;
породы средней прочности малоабразивные с пределом прочно­
сти при сжатии 300— 1000 кгс/см2, загрязненные глиной и слабыми,
породами.
В соответствии с этой классификацией горные породы перераба­
тываются на щебень по трем технологическим схемам.
Технологическая схема дробильно-сортировочного завода для
торных пород первого типа дана на рис. 22. Горную породу подвер­
гают трехстадийному дроблению: на первой стадии в щековых и ко­
нусных дробилках крупного дробления, на второй — в конусных
дробилках среднего дробления (нормальноконусных) и на третьей —
в конусных дробилках мелкого дробления (короткоконусных). Т а­
кая схема дробления и тип дробилок обеспечивают надлежащее
дамельчение твердых пород и при необходимости выпуск щебня
крупностью до 40 мм.
54
При установке на первой стадии дробилок больших типоразме­
ров, не сочетающихся по приемному куску с последующими дро­
билками, а также при переработке пород, имеющих плитняковое
строение, материал после первичного дробления направляют на до­
полнительное дробление в специальные редукционные дробилки.
Исходное сырье
/С карьера
/ 0 ~850мм
О ~350мм
Предварительное грохочение
О-150мм I,Қолосниновый
Сортировка
io-uo
0~10мм
* 150мм
*Рохот
[Ценовая
дробилка
+ЬОмм
мм
О~300мм
Предварительное грохочение
Отходы
О-100(70)мм Ю~150мм,г
I
■
*
Отходы
\
\
\
)
10-Ц)\Ц)-100
Нормально - конусная
дробилка
„
Г
0~ 10мм
100мм (70)
мм '
1
мм
О~80мм
!___ і
1
I
Преддаритепьное грохочение
\
\
ч
70(40)мм
0~ 70(Щ мм
\
\
Коротко - конусная
дробилка
\
\
\
С орт иробка
О-20мм
\
\20-70 mA
\
I
Промывка, сортировка и обезвоживание Сортировка и промывка
Я1-Ц)мм
СО'10мм
Слив
\0-Jm m
у-10м м
I 10~20мм
Обезвоживание Обезвоживание
Сгущё>ние
Гидроиикпоны
0,8 мм
Қл а с с и ф и к а ц и я
0,14мм
1
I0-0,1*
♦
К\
10"20мм
'ЪІхнологичес-
ь
) мм
\Q0J4mm^
Хвостовой
зумгкр
J -10мм
кий зимпср
В хвостохранилище
Рис. 22. Технологическая схема дробильно-сортировочного завода для перера­
ботки твердых абразивных пород
Перед каждой стадией дробления предусмотрено предваритель­
ное грохочение смеси для предотвращения забивки дробилок ме­
лочью. Перед первой стадией дробления грохочение осуществляют
на колосниковых инерционных или неподвижных грохотах; на втона вибрационных грохотах тяжелого типа, а при больших
рой
на инерционных колосниковых грохотах и
потоках материала
перед третьей стадией — на вибрационных грохотах.
55
На второй и третьей стадиях дробления дробилки могут рабо­
тать по замкнутому циклу. Это дает возможность регулировать вы­
ход и крупность готовых продуктов и улучшить качество щебня по
форме зерен. Так, для увеличения выпуска щебня крупных фракций
после предварительного грохочения перед третьей стадией (а для
второй стадии дробления эта операция является контрольным гро­
хочением) материал крупнее 70(40) мм вновь возвращают на до­
полнительное дробление во вторую дробилку; при этом третью
стадию дробления исключают. Д ля увеличения выхода мелких
фракций
материал
последовательно пропускают
через все
дробилки.
Перед дроблением из горной массы удаляют загрязняющую
карьерную мелочь, что улучшает условия грохочения и качество
готовой продукции и высевок после дробления. Если они не содер­
ж ат остатки вскрышных пород и выветренного слоя, то являются
ценным продуктом для получения дробленого песка.
Крупность отбираемой карьерной мелочи устанавливают в зави­
симости от качества исходной горной породы и времени года: в лет­
ний сухой период обычно удаляют фракции 0—5 или 0— 10 мм, а в
дождливый период (весна и осень) — 0—20 или 0—40 мм. Отбор
карьерной мелочи производят на вибрационных грохотах из подрешеточного продукта предварительного грохочения перед первич­
ным дроблением, а при отсутствии последнего — или при предвари­
тельном грохочении перед второй стадией дробления или из подрешетного продукта этого грохочения.
После дробления щебень сортируют на фракции последователь­
но или с предварительным разделением материала на крупные и
мелкие фракции 20—70(40) и 0—20 мм и выделяют высевки дроб­
ления крупностью 0—3(5) мм. Раздельная сортировка крупной и
мелкой фракций улучшает качество продукции и компоновку обо­
рудования за счет уменьшения числа каскадов грохотов.
В процессе сортировки весь щебень (или только его мелкие
фракции) промывают на вибрационных грохотах. Крупный щебень
промывают редко, а чаще ограничиваются его чисткой на тех же
грохотах. Промытый щебень обезвоживают на грохотах и подают
на склад для хранения по фракциям.
Отходы дробления (высевки) для утилизации обезвоживают,
выделяют хвосты материала крупностью менее 0,14 мм, а оставшие­
ся фракции более 0,14 мм классифицируют в многокамерных гид­
равлических классификаторах для получения песка заданного зер­
нового состава.
Д ля переработки прочных однородных малоабразивных пород
(второго типа) более рациональна и экономична технологическая
схема с применением дробилок ударного действия (рис. 23). Пос­
ледние позволяют получать щебень кубической формы из осадочных
пород, дающих при дроблении в других дробилках лещадь, а такж е
сократить число стадий дробления до двух. Недостатком их являет­
ся увеличенный выход после дробления высевок крупностью
0—3 (5) мм.
56
Д ля выпуска качественной готовой продукции этой схемой пред­
усматривают: удаление перед дроблением из исходной горной по­
роды карьерной мелочи большей крупности — 0—20 и 0—40 лш;
разделение материала после дробления на два продукта — крупный
20 70 (40) мм и мелкий 0—20 мм\ раздельную промывку их в
корытных мойках; сортировку на товарные фракции в промытом
виде с дополнительным ополаскиванием.
Исходное сырье
Предварительное грохочение
0-100мм
100 м
Колосниковый грохот
Дробилка
ударного
деистдия
0 ' 300мм
Сортировка
10~ 70мм I
70' 150м>
*
Отходы
0 Ю ( ? 0 ) мм
Предварительное гром ш е „ 10(щ ( щ нм
/и м м I g ийраииоммыи гролот
70 ~150мм
1 --------------------'
I'
Дробилка
ударного
действия
Поверочное грохочение
0-70(40) I вибрационный грохот If 70(Щ
І 0 -7 0 ( № )м м
Сортиробна
юиионныо граи
\ \ ММ ♦
\
4
f"
Промывка
\ ^
Поомывпа
Г
Классификация
С*иб \^орытмыс чойхъ\ Слив [корытные
1п
U ~ 70мм
I
\
4 0 - 70м *
> мойки
МОЙм и 11 U
I
Соотиообко
_
I Сортиробна
\b0-70 Ш Ш ашюн - 120
КиЬоашюкчыи zpoto/A
мм 1мыи грохот \w ?0ntk J Юмм f 0'J m m
‘
0 б е з Q о т и Ө а н и е__
j
40 Щ м н\ ^1 0 'Ш м н \ \\W 20 m *
IL
I J ■Юмм {
\гидроцикпоны | * 0,6мм
10 0, бммупассифинация
I
Гспиральный
іклашкрикатор
мм
Л
Технологии
кий зумпф
в хбостохрамилище
Рис. 2d. Технологическая схема дробильно-сортировочного завода для
переработки прочных однородных малоабразивных пород
При переработке горных пород второго вида применяют также
технологические схемы с трехстадийным дроблением: с установкой
на первой стадии щековых дробилок, на второй— дробилок удар­
ного действия и на третьей — конусных дробилок мелкого дробле­
ния, работающих в замкнутом цикле с грохотом, что позволяет сов­
местить операции предварительного и контрольного грохочения.
Остальные операции: предварительное грохочение, сортировку и
промывку осуществляют аналогично, как и по первой схеме. Дан57
мая технология возникла как переходная от технологических схем
дробления с щековыми и конусными дробилками к схемам на базе
более эффективных ударных дробилок.
Переработка горных пород третьего вида с большим содержани­
ем слабых пород, глины и других включений, особенно при влажно­
сти более 10—15%, вызывает большие трудности, так как при этом
Исходное сырье
0-1000(100)мп
Предварительное грохочение
0-200(!50Ң
Глиноотбойник
U-200(150)мм
, I
\o 200(150)мм 10 200(150)мм
I
lПробилка ударного деистDuя
Предварительное
( щсковая дробилка)
грохочение
\0 ~ J0 0 m m
0 -Ш м Г
IЬО ~200(150)Мм
I
1
Предварительное грохочение
Отходыв отдал
\2Q~/0(1u0Jmm 0 20мм
I* 70(Ю0)мм
I—
у______________у
I
,
L---------------
Лдробление
Дробилка ударно•
L~rJ го действия
[0-120мм
/[дробление г 1- ]
!
Дробилка ударТехнологическая
Грохочение
кого дейстдия
i J 1пп
вода
Г Т 1П
i 1П
лл
10 120мм г___ \0 10мм *10мм 10'20мм
Пппхоярнпр
4 ^ 7
Щ гШ Ш (+20)мм (20-Щнм
/рохочение
*-*—w -25)мм (+Щмм (25-10)мм
0~Ю(20)мм\
10(20)мм II\\
( 60)мм (+70)мм (80-120)мм
.J I
I
\
,
/Л
1
На склад
отходы на склад
в отдал или в Предварительноегрохочение
Предварительное грохочение
утилизацию
*2внмГ __
0-20мм I /|
\ \о~20мм
У20мм
Л!дробление | \\
ДробилкаПромывка
г кмд г—■ ,
Обезвоживание
5-10мм 10‘£ [ю -я
Слив в лвостохранилище
Рис. 24. Технологическая схема дробильно-сортировочного завода для переработ
ки пород средней прочности
Б8
необходимо учитывать многие факторы, специфические для опре­
деленных месторождений сырья. На рис. 24 приведена в качестве
примера технологическая схема переработки горных пород третье­
го вида с содержанием слабых пород до 20%:. Характерным для
нее является разделение при предварительном грохочении исходной
горной породы перед дроблением на два потока: «грязный» или
«слабый» поток — подрешетный продукт крупностью 0—200
(150) мм и «чистый» или «прочный» — продукт крупностью более
200(150) мм, идущий в дробилку первичного дробления. При необ­
ходимости получения щебня разных марок по прочности эти про­
дукты перерабатываются отдельно, а при получении щебня одной
марки их объединяют перед третьей стадией дробления.
Выделенный предварительным грохочением «слабый» продукт
направляют в глиноотбойник, а «прочный» подвергают первичному
дроблению в щековых или в дробилках ударного действия. Д л я уда­
ления глины и слабых включений при предварительном грохочении
перед второй стадией из «слабого» и «прочного» потоков отбирают
мелочь; из первого — крупностью от 0—40 до 0—80 мм, а из второ­
г о — от 0—20 до 0—30 мм. Вторичное дробление каждого потока
для более полного выделения из них слабых включений проводят
раздельно в дробилках ударного действия. Грохочением перед
третьей стадией дробления выделяют отходы из «Ьлабого» продукта
крупностью 0—20 (30) мм, а из «прочного» — 0— 10 (15) мм.
Дробление по третьей стадии каждого из потоков (раздельное
или совместное) осуществляют в конусной дробилке, работающей
в замкнутом цикле с грохотами, на которых совмещают операции
предварительного и контрольного грохочения. При этом материал
разделяют на два класса: крупнее 20 мм, поступающий в дробилку,
и 0—20 мм, направляемый на мойку.
Полученный щебень промывают в корытных мойках, а при не­
значительном содержании легкопромываемых загрязнений фракции
20—40 мм — на грохотах.
Промытый щебень сортируют на фракции 10—20 и 5— 10 мм с
выделением высевок 0—5 мм и промывкой (ополаскиванием) их.
Товарные фракции щебня обезвоживают на грохотах и подают на
склад готовой продукции.
При переработке пород с содержанием слабых зерен свыше
20% кондиционный по прочности и загрязнениям щебень можно
получить при включении в технологический процесс специальных
приемов обогащения — отсадки, разделения в тяжелых средах
и т. п.
Конструктивно-компоновочные решения дробильно-сортировоч­
ных заводов устанавливают в зависимости от принятой технологии,
определяющей характер, последовательность и количество устанав­
ливаемого оборудования, а такж е производительности предприятия.
Дробильно-сортировочные заводы выполняют с размещением
оборудования по вертикальной, горизонтальной и комбинированной
схемам. При вертикальной схеме материал первоначально подни­
мают на необходимую высоту, а затем самотеком, шроходя соответ59
ствующую обработку, опускают вниз. Такая компоновка исключает
излишние коммуникации и промежуточные транспортные механиз­
мы, но связана с необходимостью возведения высоких производст­
венных зданий со сложными строительными решениями. Д ля гори­
зонтальных схем характерны многократные подъемы материала с
помощью транспортных средств между отдельными невысокими це­
хами, в которых размещают соответствующие технологические пе­
ределы. Наибольшее распространение получили комбинированные
схемы размещения технологического оборудования, сочетающие
элементы первых двух решений.
2. Гравийно-сортировочные заводы
В зависимости от ассортимента готовой продукции гравийно­
сортировочные заводы проектируют с раздельным и совместным вы­
пуском гравия и щебня.
Переработку гравийно-песчаной массы, загрязненной легко- и
среднепромываемой глиной, обычно осуществляют с раздельным
выпуском гравия и щебня (рис. 25).
Горную породу предварительным грохочением разделяют на две
части: на гравийно-песчаный продукт крупностью 0— 150 мм и ва­
луны крупностью более 150 мм. Дальнейшую переработку ведут
раздельно. Валуны в зависимости от их крупности и номенклатуры
готовой продукции дробят в одну, две или три стадии. Наиболее
часто применяют трехстадийное дробление: на первой стадии в ще­
ковых, а на второй и третьей в конусных дробилках среднего и мел­
кого дробления. Д ля варьирования выходами отдельных фракций
дробление на второй и третьей стадиях ведут в замкнутом цикле с
грохотами.
■■"^ 1 И
Гравийно-песчаную смесь крупностью 0— 150 мм разделяют
грохочением на фракции 7 0 (4 0 )— 150, 20—70(40) и 0—20 мм; при­
чем фракцию 70— 150 мм направляют на вторичное дробление или
как готовую продукцию для гидротехнического строительства. Р а з ­
деление гравийно-песчаной породы на крупный и мелкий гравий
дает возможность применять различные способы их обогащения, что
обеспечивает высокое качество готовой продукции, а также позво­
ляет выделять песок лишь из продукта узкого класса крупности
0—20 мм. Последнее резко сокращает расход воды и количество
сортировочного оборудования. Песчаные фракции 0—3(5) мм из
мелкого гравия выделяют мокрым способом на односитных
грохотах.
Полученные фракции гравия 3 ( 5 ) —20 и 20—70(40) мм и щебня
0—20 мм промывают раздельно в корытных мойках, а затем сор­
тируют на товарные фракции на грохотах с дополнительным опо­
ласкиванием; после обезвоживания на грохотах их выдают на склад
готовой продукции. Дополнительно промывают песчаную фракцию
0—3(5) мм, из нее выделяют отходы крупностью до 0,14 мм, клас­
сифицируют и подают на склад. В зимнее время или при отсутствии
60
потребителя песчаный продукт в виде пульпы перекачивают
отвалы.
Типовая технологическая схема завода по выпуску фракциони­
рованной смеси гравия со щебнем крупностью до 70, 40 или 20 м м
ш
Исходное сырье
О"500(700) мм
П
Г
\
!
»
Я
Ч
Г
%
Л
»
\
0
%
______________________________________________________ ____________________________
\ У\х^Лрев0арал7е/7ьное
и\\ \
vгрохочение
ii\ \ \i
Iо-гомм
70(Щ -150
Щекавая
дробилка
Предварительное и поверочное
грохочение
иорационныі
грохот ,,
и 5мм И
Промывка | Промывка
Корытная I | Корытпая
мойка 5-20, \мойка
0~20мм
у/.ксй 'л укма'//,
Ш Ж ІЩ &
'ромы6ка и сортировка
Вибрационный
грохот
0~5мгА\5~Юмм
Щебеночный
поток
порытная 0-10мм
Обезбожибание и сортировка
І5мн' 45-/0 10~20мм
■
"/ Ч
1Прсдваритепьпое грохочет"*
в хвоетохранилище
На классификацию
Технологичес
кий зумпф
Рис. 25. Технологическая схема гравийно-сортировочного завода
выпуском гравия и щебня
с раздельным
приведена на рис. 26. Этой схемой после первичного дробления
предусматривается совместная переработка гравийного потока
(подрешетного продукта предварительного грохочения исходной
горной породы) и дробленого материала после первичного дробле61
ния. Последующее дробление материала осуществляют в зависимо­
сти от крупности перерабатываемых продуктов, максимальной
крупности готовой продукции и используемого дробильного обору-
Грохочение,
O'f50мм
Грохочение
0~20мм
Промывка
0~20мм
Грохочение
О-9,1чмм 20-UQmm iO 't
мм
Сгущение
Хвостовой о хвостохранилище
з у
Классификация
0-0,14
О,It -3(5)мм
мм
м
п
ф
I
U
Рис. 26. Технологическая схема гравийно-сортировочного завода с совмещенным
выпуском гравия и щебня
дования с предварительным грохочением перед каждой стадией
дробления.
Конструктивно-компоновочные решения гравийно-песчаных за­
водов выполняют так же как и дробильно-сортировочных заводов;
дополнительно они оснащаются цехом по обогащению песка.
62
3. Заводы по обогащению песка
Основной задачей переработки песчаной смеси является обес­
печение надлежащего зернового состава песка. Д ля этого перво­
начально песчаную смесь разделяют на узкие фракции ікрупности,
которые затем смешивают в определенном соотношении, удаляя из­
быточные или добавляя недостающие фракции. Наиболее широко
применяют первый прием корректировки песка с удалением избы­
точных фракций и реже второй — с добавлением недостающих
фракций, получаемых измельчением гравия.
Технология обогащения песка с удалением избыточных фракций
заключается в отборе негабаритных кусков, предварительной про­
мывке исходной смеси, выделении рядового гравия и классифика­
ции песка (рис. 27).
хнологическая
вода
Сгущение
тральный классификатор
Спиральный классификатор
5'O JIm h
0-0,14мм
рарм А
Шихтованный
песок
^
Отходы
у -Ц И м м
Песок Оля
строительных * ♦ “
работ
В хвостохранилище
Рис. 27. Технологическая схема завода по обогащению песка
Отбор негабаритных включений крупнее 70— 100 мм проводят
на решетке приемного бункера. Песчаную смесь предварительно
промывают в глухом скруббере или другом аппарате для разруше­
ния глины и удаления ее в слив. Промытую смесь сортируют мок­
рым способом для выделения гравия с ополаскиванием отсортиро63
ванного продукта. Затем, если имеется необходимость, гравий раз­
деляют на товарные фракции. При загрязнении песчаной смеси легкопромываемыми включениями и при отсутствии комовой глины
операции предварительной промывки и сортировки совмещают, ис­
пользуя вибрационные или барабанные грохоты.
Классификацию песка проводят в пескомоечных агрегатах или
в гидравлических классификаторах с одновременным выделением
отходов крупностью 0—0,14 мм. При классификации песка в гид­
равлических многокамерных классификаторах песчаную пульпу
предварительно сгущают в гидроциклонах. Последнее требует
устройства насосной станции, что усложняет производство.
Чтобы получить песок заданного зернового состава, выделенные
фракции смешивают в определенной пропорции из шихтующего
устройства, устанавливаемого после классификатора, либо на бун­
керах или складах. При использовании гидравлических многока­
мерных классификаторов шихтовку осуществляют непосредственно
в технологическом процессе с помощью специального устройства.
Классифицированный песок перед выдачей на склад обезвоживают
в классификаторах, а в зимнее время иногда дополнительно сушат
в сушильных барабанах или на складах.
Заводы по обогащению песка в основном проектируются как се­
зонные предприятия с размещением оборудования на открытых
площадках и в полуоткрытых зданиях в виде одного цеха.
4. Установки для получения дробленого песка
Дробленый (искусственный) песок получают дроблением отхо­
дов или измельчением мелких фракций гравия или щебня. Получе­
ние искусственного песка заключается в измельчении материала
крупностью 5— 10(20) мм мокрым способом в стержневых мельни­
цах, работающих в замкнутом цикле с грохотом. Малоабразивные
породы перерабатывают также и в роторных дробилках (чаще в
молотковых) по замкнутому циклу с грохотом.
Затем измельченный продукт, как и при обогащении естествен­
ных песков, классифицируют в многокамерных или других класси­
фикаторах, при необходимости подшихтовывают и после обезвожи­
вания складируют.
Установки по получению искусственного песка обычно проекти­
руют в составе дробильно- или гравийно-сортировочных заводов и
реже как отдельные предприятия.
5. Автоматизация предприятий нерудных строительных
материалов
Производственный процесс получения нерудных строительных
материалов, начиная от добычи и кончая выдачей готовой продук­
ции, представляет собой единую поточно-транспортную систему * и
*
Поточно-транспортной системой (ПТС) называют комплекс механизмов для
переработки и транспортирования, связанных меж ду собой единым технологиче­
ским процессом.
64
при соответствующей механизации всех технологических и транс­
портных операций сравнительно легко поддается автоматизации.
На рис. 28 в качестве примера приведена схема применения
средств автоматизации на дробильно-сортировочном заводе и рас­
смотрены некоторые приемы автоматизации отдельных технологи­
ческих узлов и механизмов.
Рис. 28. Схема автоматизации дробильно-сортировочного завода:
Ш Ш Ш Ш Ш Ч ПрИемН? й бутсер: 3 ~ питатель; 4 — лотковый питатель: 5 — щ еко зая дролукпнн- т
— т Р,ансп°Р т ер; « — конусная дробилка: 9 — бункер готовой про? / — явтомЯ™ а ? г Л І штатель; “ — датчик уровня; 12 — контроль температуры подшипников;
ия- К
система маслосмазки; 14 — контроль загрузки дробилки; 15 - реле урови и и ч е с к я Г к м м в Р ш ш і ^ 111 подвесок грохотов; 17 - контроль давления масла; 18 — автоу с т ^ п в к а ?/
\ L ~ ~ автоматические автомобильные весы; 20 — телевизионная
У
,
реле скорости; 22 — контроль за порывом ленты; 2 3 — металлоулавлнватель
Узел первичного дробления на дробильно- и гравийно-сортиро­
вочных заводах обычно состоит из приемного бункера, пластинча­
того питателя и щековой дробилки. Главная задача автоматическо­
го регулирования этого узла — обеспечить равномерную загрузку
дробилки при наличии колебаний крупности и твердости материа
ла, поступающего из карьера.
Предложено несколько систем автоматического регулирования
загрузки дробилки первичного дробления с использованием в ка­
честве регулируемой величины уровня материала в зеве дробилки,
силы тока электродвигателя и мощности, потребляемой двигателем
3—3356
g5
дробилки. На рис. 29 приведена схема регулирования работы дро­
билки. Системой I контролируется уровень материала в дробиль­
ном пространстве при помощи ү-реле ДУ, сигнал от которого по­
ступает в регулятор Э Р и через исполнительный механизм ИМ воз­
действует на пластинчатый питатель: при уровне материала выше
контролируемого скорость ленты пере­
ключается с высшей на низшую при
\7
многоскоростном двигателе или отклю­
чается при односкоростном.
В системе II, осуществляющей ре­
гулирование дробилки по мощности
двигателя Д , в качестве чувствитель­
ного элемента используют датчик на­
грузки Р\. При возрастании потребляе­
мой мощности срабатывает исполни­
тельный механизм и отключает пита­
тель или переключает скорость его
ленты с высшей на низшую.
Рис. 29. Схема регулиро­
При
дроблении
материала
пони­
вания узла первичного
женной твердости или при большом со­
дробления
держании в нем мелких фракций, ког­
да двигатель дробилки работает в режиме, близком к холостому хо­
ду, для предотвращения завала транспортера 2 предусмотрена си­
стема III, корректирующая работу питателя дробилки в зависимо­
сти от загрузки этого транспортера (по датчику мощности двигате­
ля Рг или по датчику взвешивающего устройства Д В ).
Рассмотренные системы регулирования иногда дополняют конт­
ролем уровня материала в приемной воронке дробилки и приемном
бункере, осуществляемым при помощи ү-реле. Датчики минималь­
ного и максимального уровней материала в приемном бункере, от­
ключая привод питателя, соответственно предохраняют полотно
питателя от ударов кусков горной породы при разгрузке, обеспечи­
вая защитную подушку материала на полотне, и — от больших пе­
регрузок. Датчик в приемной воронке монтируют в плоскости, где
при нормальной работе дробимый материал
отсутствует.
ОтключеО
ние привода питателя при наличии в этой зоне материала, предох­
раняет дробилку от завала.
На второй и третьей стадиях дробления, где обычно применяют­
ся конусные дробилки, задачей автоматического регулирования
является предохранение дробилок от заклинивания конусов при по­
падании недробимых предметов. Д л я работы в автоматизирован­
ных технологических линиях разработаны модернизированные ко­
нусные дробилки, оснащенные системой автоматического гидравли­
ческого регулирования выпускной щели.
Щековые, конусные и другие дробилки оборудуют системой ав­
томатической смазки. Запуск дробилок возможен лишь при устано­
вившейся нормальной работе системы смазки.
Д ля предотвращения попадания металлических предметов вмес­
те с перерабатываемым материалом в дробилки второй и третьей
66
стадиях дробления (дробилки первичного дробления менее чувстви­
тельны к ним) на конвейере после первичного дробления устанав­
ливают автоматически действующие устройства для удаления ме­
талла. Извлечение металлических предметов из потока материала
производят электромагнитными шкивами и подвесными электро­
магнитами. Оба эти типа металлоулавливателей являются электро­
магнитами постоянного типа и потребляют большие мощности. По­
этому для экономии электроэнергии электромагниты включают
только тогда, когда в потоке материала обнаруживают металличе­
ский предмет, и отключают сразу же после извлечения его.
Автоматизацию этого процесса осуществляют следующим обра­
зом (рис. 30). На конвейере устанавливают металлоискатель МИ-1,
рамку которого Р размещают над или под лентой конвейера, а за
МИ-1
6)
ми- 1
ми -г лм- 1
Рис. 30. Схема устройства для удаления из материала металла:
а — при наличии двух конвейеров; б — одного конвейера
ней (по ходу материала) располагают над лентой подвесной элек­
тромагнит ЭП. При появлении металла в поле рамки изменяется
режим электронного блока металлоискателя, срабатывает его вы­
ходное реле и магнитный пускатель (исполнительный механизм)
включает электромагнит. Расстояние от рамки металлоискателя до
подвесного электромагнита устанавливают в зависимости от про­
должительности ввода электромагнита в рабочий режим и скорости
ленты конвейера. После извлечения металла, электромагнит отклю­
чается, и система приходит в первоначальное положение. В конце
конвейера для контроля работы металлоуловителя устанавливают
второй металлоискатель МИ-2. Если металл не был удален, то
МИ-2 через исполнительный механизм (ПМ-2 или ПМ-1) отклю­
чает привод конвейера (ЭД-1 и ЭД-2).
Д ля обеспечения устойчивой работы технологических линий на
предприятиях нерудных материалов автоматизируется работа лен­
точных конвейеров: выход из строя хотя бы одного из них обычно
влечет остановку всего технологического потока. Д ля автоматиза­
ции транспортных операций применяют: устройствгмівтоматического регулирования работы и отключения ленточных транспортеров
при пробуксовке ленты и ее продольном прорыве, различные ленто­
67
выравнивающие устройства и приспособления для очистки от при­
липшего материала.
:
15*
На рис. 31 приведена схема автоматизации загрузки и разгрузки
бункеров. Загрузка бункеров осуществляется с помощью реверсив­
ного катучего конвейера, перемещающегося вдоль бункеров по
В с а ему
сигнализации
Ч
Рис. 31. Схема автоматизации загрузки и
разгрузки бункеров
рельсовому пути. Катучий конвейер имеет два реверсивных элек­
тропривода— ленты и тележки (ходовая часть конвейера) и обо­
рудуется по торцам электродными показателями уровня — датчика­
ми 1ДУ и 2ДУ, электроды которых перемещаются вместе с ним.
Автоматическую загрузку бункеров осуществляют следующим
образом.
При неподвижном положении тележки включается лента кон­
вейера, а затем подача на нее материала. Начинается заполнение
бункера материалом до тех пор, пока он не подымется до уровня,
контролируемого соответствующим электродом. При этом срабо­
тает датчик уровня и включит привод тележки конвейера. Тележка
начнет перемещаться, и электрод выйдет из соприкосновения с ма­
териалом. Датчик уровня через реле времени отключит привод
тележки. Величина выдержки времени принимается такой, чтобы
тележка переместилась в следующую точку разгрузки. Переме­
щаясь (вперед и назад), конвейер производит загрузку бункеров.
Реверсирование ленты и тележки конвейера ведется одновременно
в крайних положениях. При этом принимают противоположное на­
правление движения ленты и тележки конвейера, что создает благо­
приятные условия загрузки ленты конвейера материалом.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ
ВЕЩЕСТВ
Глава 5
ВЯЖУЩ ИЕ ВЕЩЕСТВА, ИХ СВОЙСТВА И СЫРЬЕ
Неорганическими вяжущими веществами называют порошкооб­
разные материалы, которые после смешения с водой образуют
пластичную массу, постепенно затвердевающую и переходящую в
камневидное состояние.
Вяжущие вещества являются одними из основных строительных
материалов. Их применяют для изготовления кладочных и штука­
турных растворов, монолитных бетонных и железобетонных кон­
струкций зданий и сооружений, для производства сборного железо­
бетона, теплоизоляционных и других материалов.
В современном жилищном строительстве на каждый 1 м2 вводи­
мой жилой площади в среднем расходуется до 350 кг вяжущих
(цемента, извести и гипса). Не менее значйтельны масштабы по­
требления вяжущих в промышленном, гидротехническом, дорожном
и других видах строительства. В частности, на возведение каждой
из таких уникальных сооружений, как Куйбышевская, Волгоград­
ская, Братская и Красноярская гидростанции, затрачено по
1,5—2 млн. тцемента.
В 1962 г. наша страна >по производству вяжущих веществ вышла
на первое место в мире, а в 1970 г. их выпуск составил более
100 млн. г.
Неорганические вяжущие вещества в зависимости от химико­
минералогического состава делят на следующие основные группы:
цементы; известь; известково-шлаковые, известково-пуццолановые
вяжущие и романцемент; гипсовые и ангидритовые вяжущие; гипсоцементно-пуццолановые вяжущие; белитошламовый и белитокремнеземистый цементы (вяжущие); кислотоупорные вяжущие.
В зависимости от условий твердения и применения различают
вяжущие вещества: воздушные, гидравлические и автоклавного
твердения.
Воздушными вяжущими веществами называют вещества, кото­
рые будучи смешаны с водой твердеют и длительное время сохра­
няют прочность на воздухе. Их применяют в надземных сооруже69
ниях (обычно для внутренних частей зданий), не подвергающихся
действию воды. К этой группе вяжущих относятся: гипсовые и ан­
гидритовые вяжущие (строительный гипс, формовочный гипс, высо­
копрочный гипс, ангидритовое вяжущее и высокообжиговый гипс);
воздушная известь (известь негашеная комовая, известь негашеная
молотая, гидратная известь и известковое тесто).
Гидравлическими вяжущими называют вещества, которые после
смешивания с водой способны в последующем твердеть и сохранять
прочность как в воздушной среде, так и в воде. Эти вяжущие при­
меняют для изготовления элементов зданий и сооружений, эксплуа­
тируемых как в воздушной, так и в водной среде. К гидравлическим
вяжущим веществам относят большинство известных вяжущих:
гидравлическую известь, романдемент, портландцемент, пуццолановые и шлаковые цементы, глиноземистый цемент и разновидности
этих цементов, а также гипсоцементно-пуццолановое вяжущее ве­
щество.
Вяжущими автоклавного твердения называют вещества, которые
наиболее эффективно твердеют в среде насыщенного пара при д ав­
лении 8—15 ат при обработке в автоклавах. Изделия на этих вяжу­
щих могут эксплуатироваться как в наружных, так и во внутренних
частях зданий и сооружений. К вяжущим автоклавного твердения
относят известково-кремнеземистые, белитошламовые и белитокремнеземистые вяжущие, а также бесклинкерные шлаковые и
зольные вяжущие.
;
1. Свойства вяжущих веществ
Плотность неорганических вяжущих веществ зависит от их ви­
да. Плотность портландцемента 3—3,2 г/см3, шлакового и пуццоланового портландцементов — 2,7—2,9 г/см3, извеетково-пуццолановых цементов — 2,1—2,7 г/см3, гипсовых вяжущих — 2,6—2,7 г/см3,
негашеной извести 3,1—3,3 г/см3.
Насыпная объемная масса вяжущих тем меньше, чем меньше их
плотность и чем тоньше измельчение. Различают объемную массу
в рыхлонасыпанном и уплотненном состояниях. Насыпная объем­
ная масса портландцемента в рыхлонасыпанном состоянии 900—
1100, а в уплотненном 1400— 1700 кг/м3. Д ля расчета объема бун­
керов, силосов и других емкостей насыпную объемную массу цемен­
та обычно принимают равной 1200 кг/м3.
Водопотребность (нормальная густота) — это то количество во­
ды, которое необходимо ввести в него для получения теста уста­
новленной стандартом консистенции (нормальной густоты).
Водопотребность вяжущих превышает обычно количество воды,
химически связываемое им при твердении. Оставшаяся избыточная
вода увеличивает пористость цементного камня, что снижает его
прочность. Поэтому при прочих равных условиях, чем меньше водо­
потребность вяжущего вещества, тем выше его качество. Вяжущим
веществом с наиболее низкой водопотребностью является портланд­
цемент. Его водопотребность составляет 24—28%, пуццоланового
70
портландцемента с добавками осадочного происхождения
35
40%, а строительного гипса — 50—70%1,
Водопотребность вяжущих веществ зависит от многих факторов,
в частности она возрастает с увеличением степени измельчения и
при введении в цемент минеральных добавок осадочного происхож­
дения. Водопотребность вяжущих веществ уменьшается при введе­
нии добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ), оказывающих
разжижающее действие. В качестве ПАВ применяют сульфитно­
спиртовую барду (ССБ) и ее производные, абиетат натрия и др.
ПАВ обычно вводят в количестве 0,1—0,3%' в вяжущее при помоле,
а также при приготовлении бетона или раствора.
Схватывание — это процесс структурообразования, характери­
зуемый постепенным загустеванием подвижной смеси вяжущего
вещества с водой и приобретением ею некоторой прочности, при
которой механические воздействия становятся затруднительны (в
конце схватывания). Поэтому вяжущие вещества должны иметь
сроки схватывания, позволяющие приготовить растворные и бетон­
ные смеси и использовать их в дело до начала схватывания.
Наиболее быстро схватываются низкообжиговые гипсовые вя­
жущие, очень медленно — гидратная известь. Обычно начало схва­
тывания гипсового теста наступает через 4—5 мин, а конец схва­
тывания — через 10— 15 мин после затворения водой. Схватывание
растворов на гидратной извести наступает через 3 5 сут. Начало
схватывания теста из портландцемента по стандарту должно насту­
пать не ранее 45 мин, а конец схватывания не позднее 12 ч, считая
от момента смешивания цемента с водой.
Вяжущее тем ценнее, чем быстрее нарастает его прочность в
процессе твердения после схватывания. Сроки схватывания вяж у­
щих веществ зависят от водовяжущего отношения, температуры,
тонкости помола и других факторов и могут регулироваться введе­
нием в них добавок, одни из которых их удлиняют, другие
сокра­
щают. Важнейшим регулятором сроков схватывания портландцементов является двуводный гипс, который вводится «в них при помоле в количестве 3—6% по весу (1,5—3,5%, считая на SO 3).
Портландцемент, измельченный без гипса, схватывается очень бы­
стро, что затрудняет его использование. Чем больше в цементе алю­
минатов кальция и щелочных соединений, чем выше тонкость по­
мола, тем больше гипса вводят в цемент. Д л я ускорения сроков
схватывания цемента чаще всего используют хлористый кальции,
вводимый при изготовлении бетонной смеси в количестве 0,5— 1,5 /о
от веса цемента.
Сроки схватывания гипсовых вяжущих ускоряют введением
двуводного гипса, поваренной соли и сульфата натрия в количестве
0,2—3% от веса полугидрата. Д ля замедления используют кератиновый и известково-клеевой замедлители, а такж е ССБ в количе­
стве не более 0,1—0,5% (в пересчете на сухое вещество) от веса
гипса.
Прочность. Важнейшим свойством вяжущих веществ является
их способность при взаимодействии с водой твердеть и превращать7
ся в камневидное тело, воспринимающее сжимающие, растягиваю­
щие и другие внешние нагрузки. Чем выше прочность затвердевше­
го вяжущего и чем скорее она достигнута, тем выше его качество.
Различают конечную прочность, которая может быть достигнута
вяжущим при твердении, и скорость затвердения, характеризуемую
интенсивностью роста прочности твердеющего вяжущего во време­
ни. В соответствии с этим вяжущие, отличающиеся быстрым ростом
прочности, называют быстротвердеющими, а если при этом дости­
гается большая прочность, то и высокопрочными. *
Прочность большинства гидравлических вяжущих веществ (це­
ментов) устанавливают по показателям предела прочности при
изгибе образцов балочек 4 0 Х 4 0 Х 160 мм и сжатии их половинок из
раствора состава 1 :3 (по весу) с нормальным песком при водоце­
ментном отношении не ниже 0,4, изготовленных и твердевших в со­
ответствии с требованиями стандартов и испытанных через 28 сут
с момента изготовления. По показателям прочности портландце­
мент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент и их
разновидности делят на марки: 200, 300, 400, 500 и 600.
Прочность цементного камня, растворов и бетонов зависит от
многих факторов: вида вяжущего, степени его измельчения, водо­
цементного отношения, условий твердения. Наибольшее влияние на
прочность при прочих равных условиях оказывает водоцементное
отношение (В/Ц). Чем меньше В/Ц, тем интенсивнее рост прочно­
сти в начальные сроки и тем выше она в конечные (при тщательном
уплотнении). Прочность вяжущих веществ, особенно в первые сроки
твердения, возрастает с увеличением до известного предела тонко­
сти их измельчения. При изготовлении быстротвердеющих цементов
их размалывают до удельной поверхности 3500—4000 см2/г (вместо
2500—3000 см2/г для обычного портландцемента). Понижение тем­
пературы замедляет твердение вяжущих веществ, особенно невысо­
кой прочности, и тем сильнее, чем ниже температура. Повышение
же температуры сопровождается ускорением роста прочности вя­
жущих веществ.
Скорость твердения цементов и бетонов можно увеличить с по­
мощью химических добавок. Д ля ускорения твердения портландце­
мента и его разновидностей чаще всего используют хлористый каль­
ций и поташ в количестве 1—.1,5% веса цемента. В первые сроки
твердения (1—3 сут.) они позволяют в 1,5—2 раза ускорить рост
прочности бетона.
Деформации цементного камня при изменении его влажности.
Бетоны и растворы почти на всех вяжущих веществах при тверде­
нии на воздухе дают усадку, а при увлажнении, наоборот, увеличи­
ваются в объеме — набухают. Эти деформации вызывают появле­
ние в материале напряжений, которые иногда превышают его
прочность на растяжение и вызывают образование микро- и макротрёщин.
Усадочные деформации цементного камня объясняют развитием
в нем стягивающих систему усилий при испарении воды из капил72
ляров, а также из гелевых пор и промежутков между плоскостями
некоторых кристаллогидратов.
Усадка портландцементного камня в зависимости от свойств
исходных цементов и водоцементного отношения колеблется обыч­
но в пределах 2—3 мм/м. Более значительную усадку имеют пуццолановые портландцементы и известково-пуццолановые цементы на
основе активных минеральных добавок осадочного происхождения,
отличающиеся высокой водопотребностью и образованием при твер­
дении цементирующих веществ в тонкодисперсном гелеобразном
состоянии. Их усадка достигает 3—5 мм/м и более.
Предполагается, что набухание цементного камня обусловлено
усилением процессов гидратации вяжущих и развитием осмотиче­
ского давления в гелевидных массах. Показатели набухания це­
ментного камня в воде обычно тем больше, чем меньше водоцемент­
ное отношение. Со временем усадка и набухание затухают.
Стойкость цементов против действия химических и физических
агрессивных факторов — это способность цементного камня сохра­
нять приобретенную ими прочность или увеличивать ее при дли­
тельном воздействии неблагоприятных физических и химических
факторов окружающей среды.
В зависимости от конкретных условий применения вяжущих
веществ и характера воздействий, которым они наиболее часто и
продолжительное время подвергаются, важнейшими показателями
U
стоикости их являются: воздухостоикость, водостойкость, морозо­
стойкость и химическая (коррозионная) стойкость.
Под воздухостойкостью понимают способность гидравлических
вяжущих веществ после предварительного твердения во влажной
среде или воде сохранять прочность при длительной их эксплуата­
ции на воздухе. Большинство клинкерных цементов воздухостойки,
бесклинкерные же гидравлические вяжущие вещества (известковопуццолановый, известково-шлаковый и др.) в воздушно-сухой среде
иногда снижают прочность. Это объясняется, во-первых, большой
усадкой и возникновением в них вследствие этого микротрещин, а
во-вторых, как указывал В. Н. Юнг, воздействием углекислого газа
воздуха, легко проникающего в цементный камень по сети трещин,
с разрушением гидросиликатов кальция. Воздухостойкость бесклинкерных вяжущих увеличивается, если в них ввести 15—25% порт­
ландцемента (от общего веса вяжущего) или увеличить содержа­
ние извести до 40—60%.
Положительно влияет на воздухостойкость этих вяжущих ве­
ществ водотепловая обработка, особенно в автоклавах.
Под водостойкостью вяжущих веществ понимают их способность
U
сохранять прочность при длительном нахождении во влажной среде
или воде, не оказывающей химического воздействия на цементный
камень. Снижение прочности затвердевших вяжущих веществ и
других твердых тел при погружении их в воду прежде всего объяс­
няется тем, что вода, проникая в микрощели и трещины, оказывает
при этом расклинивающее действие и разъединяет отдельные струк­
турные элементы друг от друга.
и
73
Степень водостойкости вяжущих веществ характеризуют так на­
зываемым коэффициентом размягчения. Последний представляет
собой отношение показателей прочности водонасыщенных образцов
к прочности образцов того же состава и возраста, высушенных до
постоянного веса. Принято считать, что если коэффициент размяг­
чения материала меньше 0,8, то он не является водостойким. Боль­
шинство гидравлических вяжущих веществ имеют коэффициент
размягчения выше 0,8, для воздушных вяжущих веществ —
0,3—0,5.
Под морозостойкостью цементного камня понимают его способ­
ность противостоять систематическому воздействию циклических
процессов замерзания и оттаивания. Основной причиной разруше­
ния материала под действием отрицательных температур является
увеличение объема воды в порах при переходе ее в лед примерно
на 10%. При этом создается внутреннее давление на стенки пор,
приводящее при циклическом воздействии теплосмен к расшаты­
ванию структуры и разрушению камня.
Морозостойкость цементного камня прежде всего зависит от
величины общей пористости и ее характера. Чем меньше общая по­
ристость, тем выше его морозостойкость. Поэтому чем меньше водопотребность вяжущего, чем длительнее его твердение до заморажи­
вания, тем выше морозостойкость цементного камня. Морозостой­
кость вяжущих веществ увеличивается при введении ПАВ особенно
воздухововлекающих (абиетата натрия, омыленного пека и др.),
способствующих образованию в цементном камне равномерно рас­
пределенных мельчайших сферических воздушных пор. Такие сфе­
рические поры выполняют роль своеобразных запасных емкостей, в
которые при замерзании в лед выталкивается вода из капилляров.
(Воздухововлекающие добавки вводятся в количестве 0,1—0,25%
веса цемента.)
Наиболее высокой морозостойкостью отличаются портландцементы, содержащие не более 6—8% алюмината кальция. Наличие
в цементах минеральных добавок более 8— 10% вызывает сниже­
ние их морозостойкости.
Под коррозионной стойкостью цементов понимается их способ­
ность в затвердевшем виде сопротивляться химическим воздейст­
виям агрессивных природных и промышленных вод, растворов со­
лей, кислот, а также газообразных веществ. На практике наиболее
часто наблюдается разрушение бетонов в водной среде.
Все многообразие возможных коррозионных явлений в цемент­
ном камне при воздействии агрессивной воды — среды, по
В. М. Москвину, сводится к следующим трем видам:
разложение вследствие выщелачивания (растворения и уно­
са) его составляющих и прежде всего гидроокиси кальция во­
дой с малой временной жесткостью при ее фильтрации через
бетон;
разрушение вследствие образования и выноса легкораствори­
мых солей при обменных реакциях между продуктами гидратации
и веществами, содержащимися в воде;
74
разрушение вследствие кристаллизации в порах и капиллярах
его веществ, образующихся с увеличением объема при обменных
реакциях между продуктами гидратации цементов и веществами,
содержащимися в воде.
Наибольшей стойкостью против выщелачивания обладают пуццолановые цементы, при воздействии же сульфатных вод (третий
вид коррозии) — сульфатостойкие портландцемента, отличающиеся
малым содержанием трехкальциевого алюмината (меньше 5% ).
При развитии коррозии второго рода все вяжущие ведут себя при­
мерно одинаково — быстро разрушаются. В этом случае для пред­
охранения бетона от коррозии конструкции покрывают гидроизоля­
цией (битумом и т. п.).
&
2. Сырьевые материалы и требования к ним
Д ля производства вяжущих веществ в качестве основного сырья
используют гипсовые, известково-магнезиальные карбонатные, гли­
нистые, мергелистые и другие горные породы, широко распростра­
ненные в природе, а также некоторые массовые отходы промышлен­
ности (шлаки, золы и т. д .).
Гипсовые горные породы применяют для изготовления гипсовых
вяжущих веществ, сульфатно-шлаковых цементов, а также в каче­
стве добавки к другим вяжущим веществам.
Основными видами гипсового сырья являются природный дву­
водный гипс и ангидрит.
Природный двуводный гипс — горная порода осадочного про­
исхождения, сложенная в основном из кристаллов двуводного сер­
нокислого кальция C aS 0 4 *2 H 2 0 . Плотные образования гипса на­
зываются гипсовым камнем. По ГОСТ 4013—61 гипсовый камень
для производства вяжущих веществ должен содержать не менее
90% двуводного гипса в сырье первого сорта, не менее 7 5 % — в
сырье второго сорта и не менее 65%' — третьего.
Гипсовый камень имеет плотность 2,2—2,4 г/см 3; объемная мас­
са гипсовой щебенки 1200— 1400 кг/м 3; влажность — 3—6% и более.
Природный ангидрит — горная порода осадочного происхожде­
ния, состоящая преимущественно из безводного сернокислого каль­
ция. Ангидрит более плотная и прочная порода, чем двуводный
гипс. В природе ангидрит встречается реже, чем гипс.
Известково-магнезиальные карбонатные горные породы (извест­
няки, мел, доломитизированные известняки, доломиты) в зависимо­
сти от их химического состава служат сырьем для производства
различных видов извести, портландцемента, глиноземистого це­
мента.
Известково-магнезиальные горные породы осадочного проис­
хождения широко распространены на территории нашей страны.
В состав чистых известняков входят углекислый кальций СаСОз
и небольшое количество различных примесей (глин, кварцевого пес­
ка, доломита, гипса и др.). В доломитизированных известняках в
качестве примеси присутствует доломит, представляющий собой
75
двойную углекислую соль кальция и магния C a C 0 3*M gC03. Доло­
миты слагаются из этого минерала с тем или иным содержанием
примесей. По ГОСТ 5331—63 в зависимости от химического состава
карбонатные породы делят на пять классов — А, Б, В, Г и Д
(табл. 3).
?
я
Таблица
3
Требования к химическому составу известняков для производства
вяжущих
Классы
1
Компоненты
СаСОз, не менее, % . . . .
M g C 0 3, не более, % . . . .
Глинистые примеси (S i0 2 +
+А1 20 з + Ғ е 20з), не более, % .
А
Б
В
г
д
93
4
90
7
85
7
47
45
72
8
3
3
8
8
20
Физико-механические свойства карбонатных пород колеблются
в широких пределах: объемная масса плотных известняков в куске
составляет 2400—2800 кг/м3, его прочность достигает до 1000—
1500 кгс/см2-, мела соответственно 1400—2400 кг/м3 и до 100—
200 кгс/см2. Мел легко распускается (размокает) в воде. Влажность известняков составляет 3— 10%, а мела — 15- 25%|.
Глинистые горные породы (различного вида глины, суглинки,
лёссы, глинистые сланцы и др.) используют для производства
портландцемента и его разновидностей.
Собственно глины представляют собой тонкодисперсные осадоч­
ные горные породы и легко дают суспензии, когда их разбалтывают
с водой.
По минералогическому составу глины характеризуются преиму­
щественным содержанием водных алюмосиликатов (каолинита
А1г03 • 2Si02 • 2НгО и др.) и кварцевого песка. В небольших коли­
чествах в них содержатся карбонаты кальция и магния, а иногда
соединения, содержащие S O 3 , Ы агО и К 2 О . Эти соединения, а также
MgO нежелательны в глине и количество их должно быть мини­
мальным.
Нередко
глинистые
породы
содержат
значительное
количество
О
включении в виде песка и гравия, что вызывает неооходимость
предварительного их обогащения.
Влажность глин колеблется в пределах 15—25%. Объемная мас­
са комовой глины 1800—2000 кг/м3.
Суглинок — глина, отличающаяся повышенным содержанием
пылевидных и песчаных частичек.
N
Лёсс — порода, состоящая в основном из относительно крупных
пылеватых частиц со значительным содержанием углекислого каль­
ция, кварца, полевого шпата, чешуек слюды и др.
76
Глинистый сланец — метаморфизованная (измененная) камне­
подобная глинистая порода. По химическому составу глинистые
сланцы подобны глинам, но отличаются от них высокой плотностью
и прочностью, пониженной влажностью и т. д. Они в отличие от
глин, суглинков и лёсса обычно не распускаются в воде.
Мергелистые горные породы представляют собой природную
смесь мельчайших частиц углекислого кальция и глинистых мине­
ралов. Они применяются в производстве портландцемента, гидрав­
лической извести и романцемента. Мергель, состоящий из 75—78%
СаСОз и 18—20% глинистого вещества, представляет готовую
сырьевую смесь для получения портландцемента, что значительно
упрощает его производство. К сожалению, цементные мергели
встречаются редко. Подобно известнякам и мелу мергели резко
различаются по своим физико-механическим свойствам.
Высокоглиноземистые породы (бокситы) применяют в смеси с
другими материалами для производства глиноземистого цемента.
Бокситы состоят в основном из гидратов окиси алюминия и содер­
ж ат в виде примесей глинистые вещества, кварцесодержащие по­
роды, гидроокись железа. По внешнему виду бокситы напоминают
глинистые горные породы.
Кремнеземистые горные породы (диатомит, трепел, туф, трасс,
кварцевый песок и др.) применяют для получения смешанных клин­
керных и бесклинкерных цементов.
Диатомиты и трепелы — горные породы осадочного происхожде­
ния; по внешнему виду мало различаются и представляют собой
легкие, пористые малопрочные материалы. Состоят они преимуще­
ственно из остатков диатомовых водорослей (диатомей), по химиче­
скому составу представляющих собой водную модификацию крем­
незема (опал). Эти породы часто перемешаны с песком, глинами,
карбонатными породами и т. п. Объемная масса (в кусках) диато­
митов и трепелов 400— 1000 кг/м3, причем у трепелов она выше, чем
у диатомитов. Диатомиты и трепелы при размешивании с водой
распускаются, давая диатомовое (трепельное) молоко.
Трасс, туфы, пемзы — горные породы вулканического происхож­
дения. По составу они представляют собой смесь частично аморфизированного стекла (50—80% ), некоторых силикатов и алюмосили­
катов, а также их гидратов в кристаллическом состоянии. Обычно
в них содержатся и различные примеси. Объемная масса
туфов (в куске) равна в среднем 1200— 1500, а трассов —
1800—2000 кг/м3.
Отходы промышленности (металлургические и топливные шла­
ки, золы, нефелиновый шлам и др.) используют для изготовления
различных вяжущих веществ. Их применение имеет то преимуще­
ство, что отпадает необходимость в организации карьеров; многие
из них по химическому составу приближаются к портландцементному и глиноземистому клинкерам, что позволяет получать их с наи­
меньшими затратами; некоторые из них обладают скрытыми вяж у­
щими свойствами и дают возможность простым помолом с соответ­
ствующими активизаторами твердения изготовлять дешевые
77
бесклинкерные цементы (известково-шлаковый, сульфатно-шлаковый, известково-нефелиновый).
Доменные шлаки представляют собой продукт оплавления пус­
той породы руды и нелетучей части топлива с плавнями (флюса­
ми), вводимыми в шихту доменной печи для снижения температуры
плавления. В качестве плавней (флюсов) применяют обычно кар­
бонатные породы — известняк и доломит.
В процессе плавки карбонаты вступают в химическое взаимо­
действие с компонентами пустой породы руды и топлива, образуя
легкоплавкие соединения. При 1400— 1500° эти соединения плавятся
и в виде шлакового расплава, скапливающегося из-за меньшей
плотности над слоем чугуна, выпускаются из доменной печи. При
выплавке 1 т чугуна в среднем получается 0,6—0,75 г шлака.
По химическому составу доменные шлаки в основном состоят из
CaO, S i0 2, А 1 20 з и отчасти MgO, суммарное содержание которых
достигает 90—95%'. В них также содержатся обычно сернистые сое­
динения CaS, MnS, FeS, иногда ТіОг и соединения фосфора.
Структура и состав соединений в шлаках зависят не только от
их химического состава, но и условий охлаждения. При медленном
охлаждении шлаковых расплавов они успевают закристаллизовать­
ся. При этом образуется шлак, представляющий собой по внутрен­
нему строению конгломерат различных устойчивых соединений в
кристаллическом виде, сцементированных тем или иным количест­
вом шлакового стекла. При быстром охлаждении расплав не успе­
вает закристаллизоваться, и шлак образуется в стекловидном со­
стоянии. В этом случае он имеет большую химическую активность
и при введении небольших добавок-активизаторов в тонкоизмельченном состоянии обладает вяжущими свойствами. Поэтому шлаки,
предназначаемые для изготовления вяжущих веществ, гранулиру­
ют, т. е. быстро охлаждают водой, паром или воздухом.
Качество доменных гранулированных шлаков характеризуют
численными значениями модуля основности М 0 и модуля активно­
сти Ма:
w __ % С а О + %MgO
%S1O2+ %AI2O3
ИАІЛв.
м
а
% S i0 2
В зависимости от численного значения М 0 различают шлаки: ос­
новные, модуль которых равен или больше единицы, и кислые — с
модулем меньше единицы. Гидравлическая активность доменных
шлаков в большинстве случаев с увеличением модуля основности и
особенно активности возрастает.
По ГОСТ 3476—60 доменные гранулированные шлаки, приме­
няемые для производства вяжущих веществ, должны удовлетворять
требованиям табл. 4.
По внешнему виду доменный гранулированный шлак представ­
ляет собой зерна размером до 20 мм, объемная масса его составляет
78
Таблица 4
Требования к доменным гранулированным шлакам
Кислые шлаки 1
Основные шлаки
2-й 1:орт
Показатели
М о д у л ь основности
% С аО +%
1-й
сорт
2-й
сорт
З-й
сорт
1-й
сорт
1
0 ,9
0 ,7
0
0 ,4
0 ,3
0 ,5
2
4
2-я
-я'
группа группа
1
M gO
>
% Si
+ % AI O
не м е н е е .................................... ........................
0
2
2
3
М одуль активности
% AI O
“" о О
, н е м е н е е . , .........................
% S O
2
1
,
6
3
7
1
1
0 ,2 5
0 ,2
0 ,1 2
2
С одерж ание закиси м арганца М пО
н е б о л е е , % ................................ . . . . . .
2
4
3
2
500—800 кг/м3. Влажность шлака зависит от условий грануляции.
Шлаки мокрой грануляции характеризуются влажностью 15—40%,
шлаки полусухой грануляции — 9—12%).
З о л ы — рыхлые дисперсные материалы с частицами менее
0,3 мм, представляющие собой отходы от сжигания различных ви­
дов каменного угля, сланцев и торфа. Химический и фазовый состав
зол очень разнообразен и зависит от вида сжигаемого топлива и
условий его сжигания. Обычно золы содержат до 60—80% округ­
лых частичек из кремнеземисто-алюминатного или железистого
стекла, аморфизованных частичек глинистого вещества и несгорев­
шего топлива. Наиболее ценной составляющей с точки зрения ис­
пользования их для получения вяжущих веществ является аморфизованное глинистое вещество. Последнее образуется при обезвожи­
вании глинистых веществ, содержащихся в пустой породе топлива,
в частности основного компонента глин — каолинита и перехода его
в активный ангидрид (А120 3 • 2 S i0 2) . Образующийся при 600—800°
каолинитовый ангидрид обладает способностью вступать в хими­
ческое взаимодействие с известью и вызывать твердение смеси из­
вести с золой.
Наличие активного каолинитового ангидрида предопределяет
возможность использования зол в качестве активных минеральных
добавок для изготовления смешанных вяжущих веществ.
Качество зол и подобных им материалов (топливных шлаков,
горелых пород) как активной минеральной добавки зависит от
79
температуры сжигания топлива, примесей несгоревшего топлива и
сернистых соединений. Обжиг глины при температуре более 900—
1000° уменьшает химическую активность ангидрида. Несгоревшее
топливо может вызывать неравномерные изменения объема. По
стандарту содержание несгоревших частиц топлива (потери при
прокаливании) не должно превышать 10%, а серного ангидри­
д а — 3%.
Объемная масса зол в рыхлонасыпанном состоянии 500—
800 кг/м3. Влажность их зависит от условий золоудаления из кот­
лов и колеблется в пределах от 0 до 20—25%. (при мокром золо­
удалении).
_
Нефелиновый шлам — побочный продукт производства глинозе­
ма. По химическому составу нефелиновый шлам представляет собой
вещество, занимающее промежуточное положение между портландцементным клинкером и доменным шлаком и отличается по­
вышенным содержанием щелочей (до 2,5%). Главная составляю­
щая нефелинового шлама — бета-двухкальциевый силикат (2СаО• БЮг) обладает вяжущими свойствами.
Для улучшения ряда свойств вяжущих веществ и для экономии
во многих случаях в их состав вводят добавки:
активные минеральные (гидравлические) добавки, к числу ко­
торых относятся измельченные трепелы, диатомиты, опоки, вулка­
нические пемзы, туфы, трассы, топливные золы и шлаки, доменные
гранулированные шлаки, способные взаимодействовать с гидратом
окиси кальция при обычной температуре. Эти добавки применяются
для повышения водостойкости, солестойкости вяжущих веществ и
снижают их стоимость;
добавки-наполнители (известняки, изверженные горные породы,
кварцевые пески, различные низкоактивные шлаки и золы и т. п.)
в тонкоизмельченном состоянии не проявляют заметной активности
при взаимодействии с гидратом окиси кальция. Введение их в ко­
личестве до 10%1 обычно не снижает активности вяжущих, но спо­
собствует повышению плотности, уменьшает тепловыделения при
твердении и главное — уменьшает стоимость вяжущих;
добавки для кислотостойких, щелочестойких, жаростойких и
специальных бетонов и растворов ;
поверхностно-активные добавки (ПАВ) вводимые для уменьше­
ния водопотребности вяжущих, повышения морозостойкости бето­
нов, для предохранения цементов от быстрой потери активности
при дальних перевозках и длительном хранении;
добавки-ускорители и замедлители схватывания и твердения вя­
жущих;
'
добавки полимерных органических веществ, придающие специ­
альные свойства вяжущим веществам;
добавки, интенсифицирующие технологические процессы; к ним
относятся разжижители шлама, минерализаторы (введение кото­
рых в небольших количествах в сырьевую смесь понижает темпе­
ратуру ее спекания и ускоряет процесс клинкерообразования) и интенсификаторы помола.
80
Глава б
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
Производство вяжущих веществ связано с переработкой боль­
ших количеств разнообразных сырьевых и вспомогательных мате­
риалов. Д ля получения 1 т строительного гипса расходуют до 1,25 т
гипсового камня, 1 г молотой негашеной извести — до 1,8— 1,9 т из­
вестняка, а 1 т портландцементного клинкера — до 2 т основного
природного сырья средней влажности (до 1,5— 1,8 т известняка и до
0,2—0,5 г глинистой породы).
Перевозка сырья, даже если она частично компенсируется со­
кращением перевозок готового вяжущего, удорожает их стоимость.
Поэтому заводы вяжущих веществ строят вблизи месторождений
сырьевых материалов и их добыча входит в общий комплекс тех­
нологических операций, осуществляемых заводом.
Почти все минеральные вяжущие вещества получают путем об­
жига сырьевой шихты, состоящей часто из нескольких компонентов.
Д ля интенсификации химических реакций и равномерности обжига
и, главное, для получения однородной сырьевой смеси, от гомоген­
ности которой прежде всего зависит качество вяжущих веществ,
осуществляют измельчение сырья перед обжигом.
На заводы сырьевые материалы обычно поступают с влажностью 5— 10% и выше. Дробление и особенно тонкое измельчение
сырья при такой влажности влечет «залипание» дробилок, «замазы­
вание» перегородок и мелющих тел в мельницах. Это вызывает не­
обходимость или проводить сушку сырья, или осуществлять тонкое
измельчение сырьевой смеси в водной среде. В соответствии с этим
различают сухой или мокрый способы подготовки сырьевой смеси.
При сухом способе материалы высушивают или измельчают в про­
цессе сушки и смешивают в сухом виде; при мокром способе помол
и смешение сырья осуществляют в водной среде.
При мокром способе вследствие физико-химических процессов,
связанных с проникновением воды в микротрещины материала, об­
легчается измельчение, легче достигается однородность сырьевой
смеси, обеспечиваются лучшие гигиенические условия труда вслед­
ствие устранения пыления и т. д., но увеличивается расход топлива
на удаление воды, дополнительно вводимой в сырьевую смесь при
переработке по этому способу. При сухом способе, требующем по­
вышенного расхода электроэнергии на измельчение материалов,
более сложного оборудования, в частности для усреднения сырьевой
смеси, снижается расход топлива, а также для обжига применяются
меньшие по размеру печи. При мокрой сырьевой смеси эти тепло­
вые агрегаты выполняют в значительной мере функции испарите­
лей воды.
По сухому способу готовится сырье для производства строитель­
ного гипса, воздушной извести и других вяжущих, не требующих
специальной переработки сырья. При изготовлении вяжущих из
81
двух, трех и бол ее компонентной шихты использую т сухой и мокрый
способы подготовки сырьевой смеси.
Основной технологической операцией получения неорганических
вяжущих веществ является обжиг сырья. При обжиге протекают
сложные физические и физико-химические процессы, в результате
их образуются новые соединения, определяющие свойства вяжущих
веществ.
Обжиг вяжущих веществ связан с затратой тепла: для получения
1 кг строительного гипса требуется 300—350 ккал, 1 кг воздушной
извести — 1100— 1300 ккал, а 1 кг портландцемента — до 1600—
1800 ккал. Д ля обжига вяжущих веществ применяют различные
виды твердого, жидкого и газообразного топлива. В зависимости
от оборудования, используемого для обжига, к топливу предъявля­
ют разные требования.
Получаемые после обжига продукты в большинстве случаев яв­
ляются полуфабрикатами и для получения вяжущего его подвер­
гают тонкому измельчению совместно с необходимыми добавками
или без них. Степень измельчения вяжущих оказывает существен­
ное влияние на их свойства. Цементы обычно измельчают до удель­
ной поверхности 2500—3000 см2/г.
Полученное вяжущее хранят в специальных складах и отправ­
ляют потребителям навалом в вагонах и автомобилях, а также в
упакованном виде — в мешках и контейнерах.
1. Добыча и транспортирование сырья
Д ля производства вяжущих веществ используют месторождения
сырья с небольшой мощностью вскрыши — 0,5—7 м и редко до 20 ж.
Разработку ведут открытым способом в основном теми же прие­
мами, что и добычу сырья для получения нерудных строительных
материалов.
Полезные ископаемые для получения вяжущих веществ залега­
ют под слоем вскрыши, сложенной из рыхлых пород. Их удаление
чаще ведут в теплое время года с помощью экскаваторов и выво­
зом в отвал автосамосвалами, а при небольших объемах вскрыши —
колесными и канатными скреперами. При больших объемах
вскрышных работ (300—500 тыс. ж3 в год) на карьерах цементных
заводов применяют гидромониторный способ удаления пустот поро­
ды с перемещением в отвал самотечным или напорным гидротранс­
портом. Скальные вскрышные породы разрабатывают экскаватора­
ми (с проведением взрывных работ) в течение всего года.
Добычу рыхлых нерудных ископаемых осуществляют методом
прямой экскавации, а глины и мела — также гидромониторами и
комбайнами, изготовляемыми на основе роторного экскаватора в
комплекте с быстроходными мешалками для получения шлама и
насосной установкой для перекачки его на завод. Скальные породы
(известняки) добывают с предварительным их рыхлением взрывами
и погрузкой взорванной породы в транспортные средства экскава­
торами.
82
Доставку сырья с карьеров на завод осуществляют железнодо­
рожным и автомобильным транспортом. В последнее время начали
применять транспортирование сырья по трубопроводам в виде шла­
ма и с помощью ленточных конвейеров. Использование их позво­
ляет превратить процесс доставки сырья в непрерывный и создает
условия для полной его автоматизации. Экономическими расчетами
установлено, что применение железнодорожного транспорта оправ­
дывается при большой производительности карьера и удалении его
от завода свыше 10 км. При меньших расстояниях более выгоден
автомобильный транспорт, а где позволяют условия — непрерыв­
ный конвейерный транспорт при доставке сухих материалов и гид­
ротранспорт при доставке материалов с высокой влажностью.
2. Подготовка и корректирование сырьевой смеси
При производстве извести, гипсовых и других вяжущих без пе­
реработки сырья в искусственную сырьевую смесь продукцию вы­
сокого качества можно получить при обжиге его в виде кусков,
мало различающихся по размерам. В противном случае обжиг бу­
дет неравномерным: мелкие куски окажутся частично или полностью
пережженными, а крупные — необожженными. При получении этих
вяжущих обжиг сырья обычно ведут раздельно по фракциям: в
шахтных печах — 40—80 и 80— 120 мм в поперечнике, а во вращаю­
щихся — 5—20 и 20—40 мм.
При производстве портландцемента и других вяжущих веществ,
получаемых обжигом многокомпонентной сырьевой смеси, высоко­
качественные цементы можно получить только из однородной
сырьевой смеси, изготовляемой смешением составляющих в тонкоизмельченном виде. В частности, при приготовлении искусственной
сырьевой смеси для производства портландцемента ее компоненты
измельчают до остатка на сите № 008 8— 10%i
В соответствии с этим на заводах вяжущих веществ подготовка
исходного сырья включает дробление и сортировку (классифика­
цию) по крупности на фракции, а при изготовлении искусственных
сырьевых смесей, кроме того, тонкое измельчение (помол) и гомо­
генизацию.
Дробление сырья. На заводы вяжущих веществ сырье из проч­
ных горных пород поступает обычно в виде камня с размерами до
600—700 мм и больше. Стоимость добычи сырья снижается с уве­
личением крупности камня, вследствие уменьшения объема буровых
работ и работ по разделке негабаритных кусков. В связи с этим
стремятся работать на камнях с максимальными размерами. Конеч­
ная степень дробления сырьевых материалов на заводах извести и
гипса определяется крупностью кусков, направляемых на обжиг,
а на заводах клинкерных цементов — крупностью питания мельниц.
При суточной производительности помольных установок до 500 т
оптимальная крупность материала, направляемого в мельницу, со­
ставляет 10— 14 мм, а при производительности в 2500—4000 т—
83
'
6 10 мм. Для получения материала с необходимой крупностью
для последующего обжига или помола поступающее сырье дробят.
На заводах вяжущих чаще применяют следующие схемы дробле­
ния: двухстадийное с предварительным грохочением на первой ста­
дии; двухстадийное с предварительным грохочением на обоих ста­
диях дробления; трехстадийные с предварительным грохочением на
первой стадии и проверочным (контрольным) грохочением на по­
следней стадии (т. е. с дроблением на третьей стадии по замкнуто­
му циклу).
Предварительное грохочение на первой стадии снижает расход
электроэнергии, так как в горной породе содержится до 20—30%
относительно мелкого материала, ненуждающегося в первичном
дроблении. Предварительное грохочение пород, загрязненных гли­
нистыми и влажными примесями, позволяет выделить эти примеси
и тем обогатить основной материал. Предварительное грохочение
на второй и третьей стадиях позволяет использовать на этих стади­
ях дробилки меньшей производительности, чем на предыдущих.
Дроблениие по замкнутому циклу с проверочным грохочением дает
возможность получить дробленый продукт со строго заданными
размерами. Однако, следует учитывать, что установка дополнитель­
ного оборудования для разделения материала (виброгрохотов
и т. п.) усложняет технологию и затрудняет эксплуатацию дробиль­
ных установок.
Первую схему дробления применяют при переработке мягкой и
средней твердости сырьевых'материалов, вторую — средней твердо­
сти и твердых, третью — очень твердых пород.
Сырьевые материалы на заводах вяжущих веществ * дробят в
дробилках различного типа, которые выбирают с учетом физико­
механических свойств перерабатываемых материалов, требуемой
крупности выдаваемого продукта и производительности дробильных
установок.
Первичное дробление твердых пород (плотного известняка, мра­
мора, некоторых видов мергеля) производят в щековых и конусных
дробилках. Конусные дробилки крупного дробления обычно уста­
навливают на заводах большой производительности с переработкой
сырья до 1000 т!ч, а на заводах меньшей мощности — щековые дро­
билки, как более простые.
Д ля первичного дробления сухих пород средней твердости (из­
вестняков, гипса) применяют щековые и ударноотражательные дро­
билки; мягких пород (глины, трепела), а также известняков, з а ­
грязненных карстовыми включениями, щечновалковые или самоочи­
щающиеся молотковые дробилки.
На второй стадии дробления чаще используют молотковые дро­
билки, отличающиеся простотой и надежностью, большой степенью
измельчения и малым расходом электроэнергии. Д ля дробления
особо твердых материалов устанавливают конусные дробилки, а
для влажных мягких материалов — самоочищающиеся молотковые
и валковые дробилки.
84
На третьей стадии при дроблении очень прочных известняков
применяют короткоконусные дробилки в замкнутом цикле с грохо­
том соответствующей производительности.
Экономически выгоднее дробить сырье непосредственно на
карьерах (рис. 32) и на цементные заводы поставлять его в виде
мелкой щебенки, а на заводы гипса и извести — только рабочие
фракции.
Рис. 32. Технологическая схема дробления плотных известняков на карьере:
/ — конусная дробилка; 2 — пластинчатые питатели; 3 — ленточные транспортеры; 4 — ме~
талоотделитель; 5 — рукавные фильтры; 6 — бункер; 7 — молотковые дробилки; 8 — винтовые
конвейеры
Тонкое измельчение (помол) сырья производят мокрым и сухим
способами.
Мокрый способ помола применяют при измельчении сырьевых
материалов с высокой влажностью. Многие из них — мел, мягкий
мергель, глина сравнительно легко распускаются в воде при интен­
сивном перемешивании, образуя водные суспензии — шламы. По­
этому при приготовлении сырьевой шихты мокрым способом те
компоненты ее, которые обладают способностью диспергировать —
распускаться в воде, предварительно подвергают роспуску (размучиванию).
Глину, мел и другие породы обычно распускают в болтушках
(рис. 33), представляющих собой бетонные резервуары диаметром
5— 12 м и глубиной 2—6 м, оборудованные устройствами для раз­
мешивания суопензии. В центре болтушки установлен вертикаль­
ный вал с крестовиной, к которой подвешены стальные бороны со
съемными зубьями. При вращении вала бороны осуществляют
85
5 — болтушка
4 — транспортер;
дробилка;
3 — валковая
питатель;
в болтушке:
глины
измельчения
Рис. 33. Схема
2 — пластинчатый
бункер;
приемный
I
дробление кусков глины или другого
материала, измельчая при интен­
сивном смешении с водой. Крупные
включения и примеси (галька, пе­
сок) оседают на дно и периодически
удаляются из болтушки, поэтому
происходит частичное обогащение
сырья. Перед подачей в болтушки
сырье дробят в валковых зубчатых
дробилках до 50— 100 мм. Весной и
осенью, когда глина или мел имеют
повышенную влажность и легко рас­
пускаются, сырье подают прямо в
болтушку, минуя дробилки. Д ля ус­
корения диспергирования мерзлого
сырья в зимнее время в болтушки
подают горячую воду. Производи­
тельность болтушек в зависимости
от их размеров и вида диспергируе­
мого сырья колеблется от 10 до
40 т/ч (по сухому материалу). Бол­
тушки громоздки и малопроизводи­
тельны. Поэтому для размучивания
мягких пород начали применять
мельницы-мешалки
конструкции
А. С. Сладкова и др. В них материал
измельчается в водной среде в ре­
зультате соударений и взаимного
трения кусков, а также при ударах
о поверхность кожуха и о била ро­
тора.
Размучивание в болтушках обыч­
но не обеспечивает требуемой степе­
ни диспергации материала. Поэтому
Даже при приготовлении сырьевой
смеси только из мягких материалов
(мела и глины) шлам направляют
на домол в шаровые мельницы.
Твердые же сырьевые материалы
(известняк, мергели) размалывают
только в мельницах.
Мокрый помол сырьевых материалов осуществляют по открытому
и замкнутому циклам. Помол по от­
крытому циклу, когда требуемая
степень измельчения достигается
при однократном прохождении м а­
териала через мельницу, энерге­
тически менее выгоден и дает нерав86
номерно измельченный продукт. При таком помоле частицы матери­
ала, достигающие требуемой тонкости в первой камере, в
дальнейшем, прилипая к мелющим телам и стенкам мельницы,
затрудняют измельчение оставшихся крупных частиц, а тонкие час­
тицы измельчаются больше, чем это требуется. При помоле по
замкнутому циклу, когда материал в процессе измельчения периодически поступает в классификатор, в котором мелкие частицы
фракции
мельницу на домол, исключается как излишнее измельчение части
материала, так и выход крупных фракций. Однако помол с откры­
тым циклом более прост и для него созданы мельницы большой
производительности. Поэтому, несмотря на отмеченные недостатки,
этот способ получил большее распространение в цементной про­
мышленности.
При помоле по открытому циклу, чтобы обеспечить достаточное
измельчение материала за один проход, применяют длинные много­
камерные шаровые мельницы с отношением диаметра к длине от
1 :4 до 1:6. Часовая производительность мельниц при мокром по­
моле по этому способу известняка средней твердости с глиной до
остатка на сите № 008 8— 10% составляет 25 100 т (по сухому ма­
териалу) .
.
Д ля помола в замкнутом цикле используют более короткие
мельницы. Предложено несколько схем измельчения сырьевых ма­
териалов по замкнутому циклу. В зависимости от используемых
при этом классификаторов их условно
можно разделить на две группы: схе­
мы с классификаторами, работающи­
ми на сильно разбавленном шламе,
требующем сгущения его перед пода­
чей в печь, и схемы с классификатора­
ми, позволяющими применять шлам
нормальной густоты. Последние эконо­
мически более выгодны. Шлам норклассифициру
рогрохотами и
гидросепараторами
Рис.
34.
Схема
помола
(гидроциклонами).
сырья по замкнутому циклу
с применением
виброгро­
На рис. 34 дана схема помола
хота
сырья при получении портландцемента
с применением виброгрохота. Мель-^
ница 1 разделена глухой перегородкой на две камеры. В корпусе
мельницы имеются отверстия для выгрузки измельчаемого мате­
риала в виде шлама из камеры /. Шлам из этой камеры элевато­
ром 2 подают на виброгрохот 3. В нем крупные частицы отделяют­
ся, и их возвращают на домол вновь в камеру /, а шлам, прошед­
ший через сито, направляют для окончательного измельчения в
камеру //.
При выходе из мельницы сырьевой шлам имеет влажность ob
38%'. При такой влажности шлам не слишком вязкий, что позво­
ляет осуществлять его гомогенизацию и транспортировать по тру87
бам. Для сокращения затрат топлива на испарение влаги при об­
жиге и увеличения производительности печей желательно, чтобы
шлам содержал возможно меньше воды. Поэтому при помоле для
снижения влажности шлама без потери подвижности (текучести) в
мельницы вводят добавки — разжижители: ССБ, едкий натр, тор­
фяные вытяжки, полифосфаты натрия и др. Применение этих ве­
ществ в небольших количествах позволяет снизить влажность
сырьевого шлама до 34—36%.
Сухой способ применяют в тех случаях, когда сырьевые мате­
риалы характеризуются низкой влажностью и относительной однородностью химического состава и структуры.
Тонкое измельчение материала по сухому способу осложняется
образованием в мельнице в процессе помола буферных скоплений
мелких частичек, препятствующих измельчению более крупных час­
тиц, а при помоле влажного сырья также налипанием его на мелю­
щие тела. Применение же сушки сырья.перед помолом в сушильных
араоанах и других установках вызывает необходимость увеличе­
ния ооъема производственных зданий и количества обслуживающе­
го персонала. Недостатки сухого измельчения сырья устраняются
при помоле материалов по замкнутому циклу с совмещением опера­
ции помола и сушки в одном аппарате. Сейчас для тонкого измель­
чения сырьевой шихты преимущественно применяют технологиче­
ские схемы с мельницами для одновременной сушки и помола. Технологические же схемы с
предварительной сушкой
материалов
используют
в тех случаях, когда
влажность
сырья превышает 10— 12%.
Д ля сухого помола
сырья
по
замкнутому
цик­
Сходящие
лу используют короткие
газы печи
трубные мельницы с отно­
шением диаметра к длине
Рис. 35. Схема помола и сушки сырья в
от 1 :2,4 до 1 :3 или ко­
мельнице с воздушно-проходным сепарато­
роткие барабанные мель­
ром:
ницы
с
отношением
диа­
/ — бункер; 2 — питатель; 3 — топка; 4 — мельни­
ца; о
сепаратор; 6 — циклон; 7 — электрофильтр;
метра к длине от 1 : 1,3 до
8 —вентилятор
1: 1,5, а для классифика­
ции
измельчаемого
материала
воздушно-проходные
и центробежные
сепараторы.
_
—-----tQiaud
іииы.
Технологические схемы приготовления сырьевой муки с проход­
ными сепараторами (рис. 35) более просты и включают меньше
оборудования, но их применение связано с повышенными расхода­
ми электроэнергии — использованием пневмотранспорта для пода­
чи муки из мельниц к сепараторам и циклонам. Поэтому сейчас в
основном применяют схемы с центробежными сепараторами и мепаническим транспортом муки.
ТТ А Р П Т Т Л Л Т / Т Т / ч
л ч г л
« . .
-
_____
"
88
*
На рис. 36 приведена схема приготовления сырьевой муки для
портландцементного клинкера в мельницах с центробежными сепа­
раторами. По этой схеме предусматривается помол сырья с проме­
жуточным отбором материала из мельницы в процессе его помола
и подачей крупных фракций из сепаратора только во вторую каме­
ру или во вторую и в первую камеру. Дробленые сырьевые мате­
риалы из силосов дозируют весовыми ленточными питателями 1 и
Рис. 36. Схема сушки и помола сырьевых материалов в мельницах с центробежными сепараторами
ленточным транспортером 2 через шлюзовой затвор 3 подают
в первую камеру мельницы 4. Из топки 5 в мельницу поступают
Ш Р газы дл? І Е
материала при помоле. Измельченный ма­
териал из первой и второй камер через загрузочное устройство при
помощи аэрожелобов 6 и элеватора 7 поступает в два центробеж­
ных сепяпятппя Я гтто классифицир\
_____
______
*
*
'
------------ іш ы с ч а с т и ц ы м а т е риала из сепараторов аэрожелобом 6 подают во вторую камеру
мельницы, а в случае необходимости - и в первую камеру. Гото­
вый продукт от обоих сепараторов направляют к пневмонасосам 9
которыми подают в силосы. Материал., сушат до влажности
Вторая камера мельницы аспирируется: разгрузочное устройст­
во мельницы и верхняя головка элеватора находятся под разряж е­
нием, создаваемым вытяжным вентилятором 12. Забираемый из
Щ ш В В03ДУХ и отработанные газы из первой камеры направляют
на ООеСПЫ ЛИНЯНИР R двухступенчату
ПП\7Ч п ъ т п а іи г
......
......... .. ....
г
. ~
и
фильтр 11. Уловленная пы
89
е готовый продукт, а затем пневматическими насосами 9 перекачивается в силосы.
%
В мельницах с центробежными сепараторами сушку материала
в процессе измельчения производят при небольших скоростях и ма­
лом количестве проходящих через мельницу газов. Д ля интенсифи­
кации сушки в мельницу направляют горячие газы с температурой
до 500—600° С (при более высоких температурах возможен пере­
грев подшипников). Выходящие из тепловых агрегатов для обжига
газы редко имеют температуру выше 300°, поэтому мельницы при­
ходится оборудовать индивидуальными топками для подогрева
ВТ
мельницах же с проходными сепараторами, где необходимы
высокие скорости газового потока не только для сушки, но и для
транспортирования материала, могут быть использованы газы с
меньшей температурой (2 0 0 -3 0 0 ° С). Установки для совместного
помола и сушки материалов имеют производительность до Ivll т/ч.
Гомогенизация и усреднение сырьевой смеси. Д ля получения
цементов высокого качества из искусственных сырьевых смесей не­
обходимо поддерживать однородность ее химического состава в те­
чение более или менее длительного периода работы завода. Зто
достигают тщательным корректированием смеси. Откорректирован­
ную смесь хранят в больших емкостях, где производят дополни­
тельное выравнивание ее состава. Запас готовой сырьевой смеси
необходим и для обеспечения непрерывной работы обжиговых агре­
гатов в период ремонтных работ в сырьевом цехе или при перебоях
в доставке сырья.
Корректирование состава шлама. Усреднение и гомогенизацию
шлама осуществляют в вертикальных шламбассейнах, в которые
шлам перекачивают от сырьевых мельниц. Вертикальные шламбассейны (рис 37) представляют собой цилиндрические емкости диа­
метром 5—8 м и высотой 12— 15 м с конусными днищами, установ­
ленными на колоннах. Внутри них по центру установлены трубы
диаметром 10— 15 см, не доходящие до дна бассейна на 1— 1,b м.
По трубе в бассейн подают сжатый воздух для перемешивания
шлама.
£
1
Д ля корректирования смеси шлам в бассейнах тщательно пере­
мешивают, затем по данным ускоренных химических анализов рас­
считывают содержание в сырьевой смеси в каждом из бассейнов
углекислого кальция или численные значения модулей, выражаю­
щих соотношение в смеси между количествами главнейших окислов
(значения коэффициента насыщения или кремнеземного и глино­
земного модулей). По их величине расчетным путем определяют то
соотношение, в каком надо смешать шламы двух или трех бассей­
нов для получения при обжиге клинкера с заданным количеством
в нем основных окислов. В установленном соотношении шламы пе­
рекачивают в свободный бассейн. Так поступают до тех пор, пока
не получают шлам заданного состава.
Откорректированный шлам направляют для хранения в гори­
зонтальные шламбассейны большой емкости, рассчитанные на не90
сколько дней работы з а ­
вода. В этих шламбассей,нах происходит дополни­
тельное усреднение со­
става шлама. Горизонта­
льные шламбассейны на
цементных заводах стро.ят в виде цилиндрических
"железобетонных
резер­
вуаров диаметром 25, 35
и 50 м и глубиной 6—7 м.
Д ля предотвращения осе­
дания шлама бассейны
оборудуют
пневмомеха­
ническими крановыми ме­
шалками, движущимися
по кругу. Горизонталь­
ный мост мешалки одним
концом опирается на опо­
ру в центре бассейна,
другим перемещается по
его периметру со скоро­
стью 0,25 об/мин. К мосту
прикреплены
мешалки,
вращающиеся со скоро­
стью 4,8 об/мин, и трубо­
проводы для подачи сж а­
того воздуха. Благодаря
круговому движению мо­
ста, непрерывному враще­
нию мешалок, одновре­
менно перемещающихся в
бассейне каж дая по сво­
ему радиусу, и дополни­
тельному пневмопереме­
шиванию шлам тщатель­
но гомогенизируется.
Д ля
регулирования
наполнения и расхода
‘шлама бассейны оборуду­
е т автоматическими ука­
зателями
(сигнализато­
рами) уровня шлама, а
.'также следящими уровне­
мерами (электроконтактными, мембранными, ра­
диоактивными и др.)
Гомогенизация сырье­
вой муки. Усреднение и
се;г
А
fcC
о
со
о
о*о
>>
о.
с
V?
1
I
1=5м*
а
СС
К
К S
OJ tv
3
03
со
сх
X
к
s СОа?5Г
кк Я Ч
3* со
3
CQ 2gg
S
О о.
>I
О. а
с
S
Һ
а
:
<
и
gw
C .
а.
С
Х
о
О 3с
а: о I
Оч 03 «
к* оБ. . .
X
Q.S
*аз Һ
CD
О
О
3
СО со a*
ffi
f f i
l
О (Q r
О
Н
VO
о> . . со
3 3£
5 о
1> з;
*035 <О
я
о S*
<я
н
S 'О u
О
со
S
о. 3
_ •*
О
а^
S3
_ <
*)
*9
О ffi
3 С
П
jQ І.О
03
«S СЗ
*
H
Q
.
а>
S
CQ
со% ооо
а со
s О
а
о
3
*
хX
Я
н
Оц
а
91
хранение сырьевой муки при сухом способе осуществляют в силосах с плоскими или коническими днищами с отношением диаметра
к высоте от 1 1 1,5 до 1 : 2. Силосы устанавливают на колонках. «Для .
усреднения и корректирования муки используют силосы небольшой
200—400 ж3, а для хранения и окончательного усредне­
емкости
ния шихты — силосы емкостью 2000—2500 ж3.
Усреднение сырьевой муки в силосах осуществляют пневматиче­
скими способами, основанными на использовании способности су­
хой шихты приобретать подвижно-текучее состояние при насыще­
нии (аэрировании) воздухом. Д ля аэрирования и пневматического
перемешивания сухой муки днище силосов вы­
кладывают металлическими воздухораспреде­
лительными коробками с микропористыми
плитками или со специальными тканями, через
которые в силосы нагнетают сжатый воздух.
Возможно несколько схем аэрационного усред­
нения сырьевой муки в зависимости от спосо­
ба подачи сжатого воздуха: квадрантный, по­
лосовой, гейзерный и др.
При квадрантном способе (рис. 38) днище
силоса делят на четыре квадранта, каждый из
которых имеет индивидуальный подвод возду­
ха. В каждый момент времени в один из сек­
торов (квадрантов) подают преобладающее
количество воздуха ( 7 5 % ) — он работает на
интенсивную аэрацию, в при других подают
остальное количество воздуха (25%), необхо­
димое для поддержания подвижного состоя­
ния муки. Через определенные промежутки
времени производят поочередное переключе­
ние квадрантов на интенсивную подачу воз­
духа. При этом происходит усреднение муки
за счет двух явлений: перемещение муки вверх
над активным квадрантом и стекание муки
вниз с пассивных квадрантов на площадь ак­
Рис. 38. Схема дви­
жения сырьевой муки
тивного сектора. В результате возникает ин­
в силосе:
тенсивное
круговое
движение
муки
в
верти­
/, 2, 3 и 4 — квад ­
кальной плоскости, сопровождающееся обме­
ранты
секций
ном материала и по горизонтали. Воздух це­
лесообразно подавать с пульсацией — 0,6 сек — продувка, 1 сек —
перерыв. В этом случае в материале не появляются сплошные ка­
налы и воздух используется экономнее. Воздух в силосы подают
под давлением из расчета 1,08— 1,13 атм на 1 м высоты слоя ма­
териала. Обычно давление в активном квадранте колеблется в
пределах 2,5—2,8 атм, а в пассивных— 1,6— 1,8 атм.
При полосовом способе днище силоса делят на пять полос, в
которые поочередно в одну или в две полосы подают большее коли­
чество воздуха, чем в остальные.
92
При гейзерном способе днище делят на кольцевые секции, в ко­
торые поочередно подают большее или меньшее количество возду­
ха (80 и 20%). В активных кольцевых секциях мука поднимается
вверх, а в неактивных стекает вниз и перемещается на площадь
активных секций, т. е. происходит гейзерное или круговое переме­
щение шихты и ее усреднение.
Длительность усреднения муки при любом из указанных спосо­
бов зависит от ее начальной однородности и длится 1—2 ч.
Наиболее экономичен гейзерный способ.
Корректирование сырьевой муки производят так же, как кор­
ректирование шлама. На рис. 39 показана схема двухстадийного
Скорректированной
сырьевая мука
Рис. 39. Схема корректирования, усреднения и хранения сырьевой муки:
/ — питатели; 2 — весовые дозаторы; 3 — аэрожелоба; 4 — вентиляторы; 5 — разгруж ателн;
6 — пневмонасосы; 7 — рукавные фильтры; 8 — подача пыли от электрофильтров печей; 9 —
силосы д л я корректирования; 10 — снлосы для запаса сырьевой муки; 11 — бункера для кор­
ректирующих добавок
корректирования и усреднения сырьевой муки в двух группах силосов. В первой группе силосов проверяется состав шихты, исправ­
ляется корректирующими смесями и усредняется. Д ля удобства
введения в муку корректирующих добавок бункера для них рас­
полагают над смесительными силосами. Во второй группе силосов
для хранения сырьевой муки осуществляют окончательное ее усред­
нение путем перемешивания пневматическими способами поступаю­
93
щих в эти силосы порций откорректированной в смесительных силосах муки.
Количество силосов для сырьевой муки зависит от степени одно­
родности ее и совершенства способа гомогенизации смеси: чем они
выше, тем меньше требуется силосов.
Для контроля наполнения силосов мукой применяют следящие
радиоактивные уровнемеры, а также сигнализаторы уровня элек­
тромеханического действия (например, типа УКМ). Воздухоподво­
дящие устройства силосов сырьевой муки оборудуют приборами для
контроля давления воздуха в воздушных магистралях.
3. Обжиг сырья и сырьевых смесей
При обжиге в результате физико-химических процессов обра­
зуются из исходных сырьевых материалов новые соединения, спо­
собные вступать во взаимодействия с водой и при этом твердеть,
превращаясь в искусственный камень.
В обычных условиях исходные сырьевые материалы, применяе­
мые для изготовления вяжущих веществ, инертны. При нагревании
вследствие ускорения теплового движения ионов, атомов и моле­
кул в твердом теле возникают условия для отрыва некоторых из
них с постоянных орбит движения и перехода их в окружающее
пространство. В результате, как это происходит при дегидратации
(обезвоживании) двуводного гипса при 150—200° С или декарбо­
низации (удалении СОг) из карбонатных пород (при 800—900° С ) ,
образуются новые вещества, обладающие вяжущими свойствами.
При температурах 800— 1200° С и более тепловое движение моле­
кул твердых веществ возрастает столь значительно, что между ни­
ми становится возможен взаимообмен ионами и атомами с образо­
ванием новых соединений. Взаимодействие двух или нескольких
компонентов в твердом виде называют реакцией в твердых фазах.
Так при обжиге мергелистых известняков образуются вещества, об­
ладающие вяжущими свойствами (гидравлическая известь и романцемент) .
Скорость химических реакций возрастает при частичном 'рас­
плавлении сырьевой смеси — появлении жидкой фазы (при темпе­
ратуре более 1300°С). Процесс обжига с частичным плавлением
сырьевой смеси получил название спекания. Обжигом до спекания
получают портландцементный клинкер. Образование жидкой фазы
при его производстве обеспечивает наиболее полное усвоение крем­
неземом S i 0 2 окиси кальция СаО и получение при этом наиболее
ценного минерала в клинкере — трехкальциевого силиката ЗСаО*
• S i 02.
Химические реакции образования веществ, обладающих вяж у­
щими свойствами, наиболее быстро протекают при полном плавле­
нии сырьевой смеси. Полное расплавление ее, обычно достигаемое
нагреванием до 1600— 1800° С, требует повышенного расхода топ­
лива и применения специальных печей, поэтому плавлением в на­
94
стоящее время получают лишь глиноземистый цемент высоких
марок.
В зависимости от вида изготовляемого вяжущего при обжиге в
материалах протекают различные физико-химические и химические
процессы с образованием новых веществ, способных в тонкоизмельченном состоянии при взаимодействии с водой схватываться и
твердеть.
Получение гипсовых вяжущих веществ. При нагревании природ­
ного двуводного гипса происходит его обезвоживание (дегидрата­
ция), начинающееся в ряде случаев при 75—80° С. Наиболее же
интенсивно дегидратация гипса протекает при температурах выше
100° С, когда давление водяных паров, выделяющихся из нагревае­
мого гипса, превышает атмосферное. Первоначально при обезвожи­
вании двуводный гипс теряет полторы молекулы химически связан­
ной воды и превращается в полугидрат
CaS04-2H20 = C a S 0 4-0,5H20-{- 1,5Н20
При дальнейшем нагревании до 195—200° С гипс полностью
обезвоживается
CaS04•0,5Н20 = CaS04+ 0,5Н20
В зависимости от условий тепловой обработки полуводный и
безводный гипсы могут иметь различное строение кристаллов. При
нагревании двуводного гипса в аппаратах под давлением или при
варке в водных растворах некоторых солей, т. е. в условиях, при ко­
торых вода из гипса выделяется в жидком состоянии, образуются
крупнокристаллические модификации полуводного и безводного
гипса или так называемые a -модификации. При обычном нагрева­
нии в открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой, т. е. при
удалении воды в виде перегретого пара, получаются продукты
p-модификации в виде мельчайших плохо выраженных кристалли­
ков. а и р-Модификации полуводного гипса значительно отличаются
друг от друга по своим вяжущим свойствам. При затворении а-полуводного гипса водой благодаря пониженной дисперсности его
кристаллов требуемую подвижность теста достигают с меньшим
расходом воды, чем при затворении р-полугидрата, отличающегося
высокой дисперсностью. В результате затвердевший гипс из а-полугидрата приобретает повышенную плотность и прочность по срав­
нению с р-полугидратом- а-Полугидрат схватывается несколько мед­
леннее р-полугидрата.
Растворимые безводные модификации гипса отличаются от
соответствующих полугидратов большей водопотребностью, быст­
рым схватыванием и пониженной прочностью. Поэтому при полу­
чении низкообжиговых гипсовых вяжущих следует избегать нагре­
вания гипсового камня до температур, при которых возможно их
образование.
При дальнейшем нагревании безводного гипса до 450—750° С по­
вышается плотность его кристаллов, исчезают дефекты в их строе­
95
нии, и он медленно переходит в нерастворимый ангидрит. Послед­
ний трудно растворяется в воде, практически не схватывается и не
твердеет. Однако если в размолотый нерастворимый ангидрит
ввести добавки некоторых веществ (квасцов, доломита и др.), он
приобретает способность медленно схватываться и твердеть. Помо­
лом нерастворимого ангидрита (в том числе и природного) с добавками-катализаторами получают так называемое ангидритовое вя­
жущее.
При нагревании до 800— 1000° С нерастворимый ангидрит час­
тично разлагается на окись кальция СаО, сернистый газ SO 2 и
кислород Ог. При этом обожженный продукт, называемый высоко­
обжиговым гипсом, вследствие появления небольшого количества
СаО (до 3% ), являющейся катализатором, вновь приобретает свой­
ство схватываться и твердеть. При температуре около 1370° С ан­
гидрит плавится и быстро разлагается на СаО, SO 2 и 0 2.
Создавая соответствующие условия дегидратации природного
двуводного гипса, из него получают ряд вяжущих веществ — строи­
тельный гипс, высокопрочный (технический) гипс, ангидритовое вя­
жущее и высокообжиговый гипс.
Обжиг извести производится для возможно полного удаления из
карбонатных пород двуокиси углерода (углекислого газа) и полу­
чения при этом продукта, в основном состоящего из СаО и MgO
с оптимальной микроструктурой частичек и их пор. При получении
гидравлической извести обжигом обеспечивается также (за счет
реакций в твердом состоянии окислов кальция и магния с глинис­
тыми примесями, содержащимися в сырье) образование силикатов,
алюминатов и ферритов кальция и магния, придающих ей гидрав­
лические вяжущие свойства.
Реакция разложения (диссоциация) основного компонента из­
вестняка— углекислого кальция — идет по схеме С а С О з = С а О +
+ С 02 и требует затрат большого количества тепла. Диссоциация
углекислого кальция начинается в среде, лишенной углекислого га­
за (в вакууме) при температуре 600° С, причем протекает она очень
медленно и неполно. При дальнейшем повышении температуры раз­
ложение С а С 03 ускоряется и становится возможным при все более
высоком содержании С 02 в печи. При 900° С диссоциация СаСОз
может происходить при парциальном давлении углекислого газа
равном 1 атм. Повышение температуры от 900° С на каждые 100°
ускоряет декарбонизацию известняка примерно в 30 раз. Поэтому
на практике известняк обжигают при температурах 1000— 1200° С, а
иногда и выше.
Однако чрезмерное увеличение температуры обжига и особенно
длительное ее воздействие на уже обожженную известь в поверх­
ностных слоях обжигаемых кусков известняка отрицательно влияет
на качество получаемого продукта. Это объясняется уплотнением
кусков извести с повышением температуры, а также изменением ве­
личины и формы кристаллов СаО и MgO.
Теоретически при полном разложении углекислого кальция по­
лучается по весу 56% окиси кальция и удаляется 44% углекислого
96
газа, т. е. вес материала уменьшается почти в два раза. Объем же
кусков известняка при обжиге при 850—900° С уменьшается всего
лишь на 10— 12%. Несоответствие между потерей в весе и умень­
шением объема кусков известняка свидетельствует о том, что при
низкотемпературном обжиге получаемая известь представляет со­
бой весьма пористый материал. При этом, как установлено микро­
скопическими исследованиями, окись кальция образуется в виде
мелких кристаллов размером 0,5—2 мк. Мелкокристаллическое
строение и наличие в массе обожженной извести большого числа
пор предопределяют высокую реакционную способность такой из­
вести во взаимодействии с водой.
Обжиг же при более высоких температурах сопровождается зна­
чительным уменьшением размеров кусков известняка. При этом
происходит рост кристаллов образующейся окиси кальция и умень­
шение их удельной поверхности. Этот приводит к тому, что известь,
обожженная при повышенных температурах, медленнее взаимодей­
ствует с водой. Окись кальция, полученная при 1400° С и выше,
состоит из кристаллов с размерами 10— 12 мк, медленно или совсем
не гасится (не взаимодействует с водой) в обычных условиях и на­
зывается «пережогом». Появление пережога в извести вредно
влияет на ее качество. Запоздалое его гашение, протекающее уже
в затвердевшем растворе или бетоне, вызывает появление в них
растягивающих напряжений, что в ряде случаев вызывает разру­
шение. Поэтому для получения извести высокого качества жела­
тельно обжиг вести при температурах, близких к теоретической тем­
пературе диссоциации известняка (1000— 1100°С).
Качество извести и оптимальная температура ее обжига зависят
также и от наличия в карбонатном сырье углекислого магния, гли­
ны и других примесей. В отличие от С а С 0 3 разложение MgCOa при
нагревании происходит при более низкой температуре: начало при
температуре 400° и полная диссоциация при температуре 600—650°.
Реакционная же способность MgO с повышением температуры об­
жига уменьшается в большей мере, чем СаО. При 1200— 1300° С
получается намертво обожженная окись магния — периклаз, кото­
рый практически вяжущими свойствами не обладает и только при
очень высоком измельчении начинает медленно взаимодействовать
с водой. Учитывая это, обжиг известняка с повышенным содержа­
нием углекислого магния ведут при пониженных температурах —
900— 1000°, так как в противном случае можно получить продукт,
необладающий равномерным изменением объема.
При обжиге мергелистых известняков при температуре 900° и
выше протекают реакции в твердом состоянии между СаО и кис­
лыми окислами S i0 2, А120 3 и Ғе20 3, содержащимися в глине. Поэто­
му в состав продуктов обжига гидравлической извести, кроме сво­
бодной окиси кальция, входят также двухкальциевый силикат
2 C a 0 * S i0 2, однокальциевый алюминат Са0*А120 3 и двухкальциевый феррит 2СаО • Ғе20 3. Обжиг гидравлической извести в зависи­
мости от состава и структуры сырья ведут при температурах
900— 1100° С.
4—3356
97
I
«
Обжиг сырьевой смеси
при производстве портландцемента.
Портландцемент получают тонким измельчением портландцементного клинкера с гипсом, а иногда и со специальными добавками.
Клинкер является главным компонентом цемента. Его свойства в
основном определяются качеством клинкера. Портландцементный
клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной однород­
ной сырьевой смеси из известняка и глины или некоторых других
материалов (мергеля, доменных шлаков и пр.). При обжиге сырье­
вая смесь претерпевает сложные физические и физико-химические
превращения, в результате которых из исходных компонентов смеси
образуется клинкер — спекшийся гравиевидный продукт, состоящий
преимущественно
из
высокоосновных
силикатов
кальция
(70—80%).
Характер процессов, протекающих при обжиге сырьевых смесей,
приготовленных по сухому и мокрому способам, по существу оди­
наков и определяется температурой нагревания материала.
Рассмотрим получение клинкера во вращающихся печах из
сырьевой смеси, приготовленной мокрым способом.
Вращающаяся печь представляет собой длинный цилиндриче­
ский барабан, установленный на роликовых опорах под углом 3—
4° и медленно вращающийся вокруг своей оси. В приподнятый конец
печи подают сырьевую смесь, которая в процессе обжига переме­
щается к нижнему ее концу. В нижний конец вдувают топливо (пы­
левидный уголь, жидкое топливо, природный газ), продукты горе­
ния которого просасываются навстречу сырьевой смеси. При обжи­
ге в печи по характеру определенных превращений сырьевой смеси
можно выделить шесть температурных участков
зон.
При поступлении шлама в печь первоначально протекают физи­
ческие процессы испарения воды и подсушки шлама. При этом
шлам, быстро нагреваясь до температуры 70—80° С, разжижается
вследствие уменьшения вязкости воды и увеличения подвижности
частиц суспензии, а затем по мере удаления влаги загустевает,
образуя крупные комья. В дальнейшем при перемещении по печи
комья распадаются. Этот участок интенсивного удаления влаги из
материала называют зоной испарения или сушки.
Следующий температурный участок в печи, в котором материал
нагревается от 200 до 600° С, называют зоной подогрева. В ней при
температуре 450—500° С начинаются химические реакции: выгорают
органические примеси, происходит дегидратация глины (удаление
кристаллохимической воды). При этом глинистые минералы распа­
даются на отдельные окислы — БЮг и AI2O 3, глины полностью те­
ряют пластичные свойства и гранулы постепенно рассыпаются в
порошкообразную массу.
На участке печи, где температура материала достигает У1Ю
1200 ° С, развитие получают реакции разложения известняка с обра­
зованием окиси кальция и углекислого газа С 0 2. Эту зону называют
зоной кальцинирования.
Следующую зону, в которой температура материала быстро воз­
растает до 1300° С, называют экзотермической зоной. В этой зоне
98
с большой скоростью протекают начинающиеся еще в зоне кальци­
нирования реакции в твердом состоянии между СаО и продуктами
распада глинистых минералов с образованием двухкальциевого си­
ликата 2 СаО • S1O2. однокальциевого алюмината СаО • AI2O3 и двух­
кальциевого феррита 2СаО • Ғе 20 3 *. С А по мере увеличения темпе­
ратуры насыщается СаО и переходит в С5А3 и далее СзА. К концу
этой зоны обжигаемый материал преимущественно состоит из C 2S,
С3А, C 4A F или C2F и некоторого количества свободной окиси каль­
ция. При этом материал агрегируется в гранулы.
При температуре около 1300° С обжигаемая смесь частично рас­
плавляется. В расплав (жидкую фазу) переходят С3А, C4AF, MgO и
все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. Зону в печи, где мате­
риал нагревается от 1300 до 1450° С, а затем снова его температура
снижается до 1300° С, называют зоной спекания. В этой зоне проис­
ходит образование основного минерала портландцементного клин­
кера трехкальциевого силиката C3S. По мере появления расплава
в нем растворяются C 2S и СаО и, вступая во взаимодействие друг
с другом, образуют C3S. Это соединение мало растворимо в распла­
ве и поэтому выделяется из него в виде мелких кристаллов. С вы­
делением C3S понижается концентрация в расплаве C2S и СаО, что
вызывает переход в расплав новых порций этих веществ, оставших­
ся ранее в твердом состоянии. Между ними вновь происходят хи­
мические взаимодействия с образованием C3S и выделением его из
расплава. При этом ранее возникшие кристаллы C3S постепенно
увеличиваются в размерах. Так продолжается почти до полного
связывания свободной окиси кальция с C 2S.
Качество получаемого клинкера зависит в основном от коли­
чества, структуры и размеров образующихся кристаллов C3S. Н аи­
более прочные цементы получают из клинкера с высоким содержа­
нием C3S в виде четких небольших кристаллов. С увеличением темпеоатуоы спекания, а следовательно, и содержания жидкой фазы,
и продолжительности выдержки материала в этой зоне возрастает
степень усвоения СаО и количество C3S в клинкере, но происходит
рост его кристаллов, что отрицательно сказывается на свойствах це­
мента. Поэтому необходимо с надлежащей точностью поддерживать
режим обжига в зависимости от свойств исходных материалов, тон­
кости и однородности сырьевой смеси.
Температура образования жидкой фазы и ее количество зависят
от химического состава сырьевой смеси, в частности от содержания
в ней компонентов, образующих при обжиге минералы-плавни СзА
и C4AF. При недостаточном их количестве процесс усвоения СаО, а
следовательно, и образования C 3S затрудняется. Повышенное их
содержание может привести к так называемому «свариванию» клин­
к е р а — образованию крупных комьев из спекшейся массы, в середи^
1
* Для сокращения написания формул принято обозначать окислы первой
буквой их развернутого написания, а число молекул данного окисла в соедине­
нии— индексом около буквы. Так, 2Ca 0 *Si02 обозначают C 2S, а СаО-АгОз —
в виде СА и т. д.
4*
99
не которой остается некоторое количество мало изменившегося ис­
ходного материала, что тоже ухудшает качество клинкера.
Процесс клинкерообразования с высоким содержанием C 3S мож­
но ускорить введением в сырьевую смесь добавок-минерализаторов
(фтористого кальция, кремнефтористого натрия и др.) в количестве
0,5— 1% по весу. Минерализаторы способствуют снижению темпе­
ратуры спекания, уменьшают вязкость расплавов и оказывают ка­
талитическое действие на образование C2S и C3S и формирование
их кристаллов.
После зоны спекания материал перемещается в зону охлажде­
ния, где охлаждается поступающим в печь воздухом до 1100
1000° С. В этой зоне особых изменений в материале не происходит.
Жидкая фаза застывает, выделяя кристаллы, и частично переходит
в стекловидное состояние. Обычно качество клинкера повышается
при быстром его охлаждении, так как при этом не происходит рос­
та кристаллов C3S и C2S r жидкая фаза в большей мере остается в
стекловидном состоянии и большая часть окиси магния сохраняется
в стекле. При медленном же охлаждении последняя успевает кри­
сталлизоваться в крупные кристаллы периклаза, наличие которого
в клинкере вызывает неравномерные изменения объема цемента.
Охлажденный клинкер состоит из минералов силикатов (алита
и белита) * и промежуточного вещества, в которое входят минера­
лы-плавни С3А и C 4AF, стекло и оставшиеся в свободном состоянии
СаО и MgO.
Свойства портландцемента в большой мере зависят от минера­
логического состава клинкера, используемого для его получения.
Например, цементы с повышенным содержанием в клинкере C3S и
С 3А быстро твердеют с большим выделением тепла, цементы же с
высоким содержанием C 2S и C4AF твердеют медленно и выделяют
при этом меньше тепла; цементы с высоким содержанием С3А бы­
стрее схватываются и т. д. Меняя состав сырьевой смеси, условия
ее приготовления и режимы обжига и тем обеспечивая соответст­
вующий минералогический состав клинкера, получают портландцементы с отдельными характерными свойствами: быстротвердеющие,
низкотермичные, сульфатостойкие и др.
4. Помол вяжущих веществ
Д ля получения вяжущих веществ соответствующие продукты об­
жига подвергают тонкому измельчению в чистом виде или чаще
совместно с добавками, вводимыми для регулирования сроков схва­
тывания вяжущего, придания ему специальных свойств, облегче­
ния помола и удешевления.
* При выделении из расплава C3S и C2S обычно кристаллизуются не в чис­
том виде, а вместе с небольшими количествами AI2O 3, M gO и др. Поэтому в тех­
нологии вяжущих клинкерные минералы, состоящие в основном из C 3S или C2S
в отличие от химически чистых этих соединений называют соответственно алитом
и белитом.
100
Многие свойства вяжущих веществ — прочность, скорость твердения и другие в значительной мере определяются степенью их из­
мельчения. При этом. сказывается также и зерновой состав вяжу­
щих (содержание отдельных фракций) и форма зерен. Обычно с
увеличением тонкости помола вяжущих до определенного предела
(до удельной поверхности 5000—6000 см2/г) повышается их проч­
ность и скорость твердения. Наличие в вяжущем, в частности в
портландцементе, зерен особо тонких фракций (0— 10 мк) обеспе­
чивает ускоренный рост его прочности в первые сутки, а более круп­
ные частицы (10—30 мк) влияют на прочность в более отдаленные
сроки. С другой стороны, с увеличением степени измельчения вяжу­
щих снижается производительность помольных аппаратов, резко
возрастает расход электроэнергии. Поэтому стандартами для каж ­
дого вида вяжущих веществ в соответствии с условиями их приме­
нения установлены требования к степени измельчения.
В СССР принято характеризовать тонкость помола вяжущих
остатками на ситах с размерами ячеек в свету 0,2; 0,08, а иногда
и 0,06 мм (номера сит соответственно 02, 008 и 006) в % по весу
или величиной удельной поверхности порошка, выраженной в см2іг.
По стандарту тонкость помола цементов и большинства других вя­
жущих веществ должна быть такой, чтобы при просеивании пробы
сквозь сито № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм) проходило не
менее 85% по весу взятой пробы. Обычно вяжущие измельчают
несколько тоньше. В частности, портландцемент размалывают до
остатка на этом сите в 5—8%, а быстротвердеющие цементы — до
2—4%, что соответствует доведению их удельной поверхности, оп­
ределяемой методом воздухопроницаемости, соответственно до
2500—3000 и 3500—4500 см2/г.
Помол вяжущих веществ в основном осуществляют в шаровых
мельницах. По сравнению с помолом сырьевых материалов тонкое
измельчение обожженных продуктов, отличающихся обычно повы­
шенной твердостью, вызывает большие трудности и является энер­
гоемкой операцией.
Эффективность работы помольных агрегатов зависит от многих
факторов: физико-механических свойств размалываемых материа­
лов, крупности исходного и конечного продуктов, их температуры
и влажности, конструктивных особенностей мельниц и режима их
работы; принятых схем измельчения (в открытом или замкнутом
циклах, в одну или две стадии).
Размалываемость материалов. Все твердые материалы характе­
ризуются определенным присущим им сопротивлением измельче­
нию, которое в основном зависит от их макроструктуры и физиче­
ских свойств. Способность различных материалов к измельчению
обычно оценивают коэффициентом размалываемости, определяемым
из уравнения
£
_JjL
"'разм
. »
где tK— время, необходимое для измельчения до определенной дис­
персности материала (кварца или клинкера вращающихся печей
101
средней размалываемости), размалываемость которого принимают
за единицу; /м — время, необходимое для измельчения до той же
тонкости и в том же помольном агрегате материала, размалывае­
мость которого нужно установить.
По данным Гипроцемента коэффициент размалываемости в ша­
ровых мельницах по отношению к клинкеру вращающихся печей
(принятому за единицу) составляет: известняков
1,2 1,8; гра­
нулированного доменного шлака — 0,8— 1,1; кварцевого песка —
0,6—0,7. Чем выше коэффициент размалываемости, тем быстрее
данный материал измельчается и тем выше производительность
мельницы.
При измельчении в шаровых мельницах вяжущих веществ до
удельной поверхности 2500—3000 см2/г ее прирост практически про­
порционален затраченной работе (по закону Риттингера). Поэто­
му снижение крупности питания мельниц облегчает условий измель­
чения. Производительность мельниц с уменьшением размера кусков
подаваемого в нее материала (по Олевскому) возрастает пропор­
ционально коэффициенту k —
где а — первоначальная круп­
ность кусков, мм, а\ — принятая крупность материала, мм. В част­
ности, при переводе шаровой мельницы на питание материалом с
крупностью 10 мм вместо 25 мм ее производительность в соответ­
ствии с указанным коэффициентом увеличивается в 1,25 раза, т. е.
на 25%.
При увеличении степени измельчения конечного продукта до
удельной поверхности выше 2500—3000 см2/г диспергирование его
замедляется вследствие налипания на мелющие тела мельчайших
частиц и агрегирования их между собой.
При этом мелющие тела и внутренняя поверхность мельниц по­
крываются своеобразной подушкой из этих частиц, в результате
большая часть кинетической энергии удара переходит в тепловую и
температура материала в мельнице возрастает. Агрегированные же
при помоле частицы ведут себя так же, как недоизмельченные круп­
ные частицы, — медленно взаимодействуют с водой.
Сущность процессов налипания и агрегирования изучена недо­
статочно. Полагают, что они связаны с появлением при тонком из­
мельчении электростатических и поверхностных явлений. В связи
с этим целесообразно направлять на помол не абсолютно сухие
материалы, а с влажностью в 1— 1,5%, а также вводить при помо­
ле добавки поверхностно-активных веществ.
Эффективность действия небольших количеств воды на процесс
измельчения возрастает при введении ее в мельницу в распыленном
состоянии — вспрыскиванием в последнюю камеру. Повышение тем­
пературы материала в мельнице, вызывающее испарение влаги, ад­
сорбирующейся на поверхности частичек и препятствующей их
слипанию, ухудшает условия помола. Так, по данным С. М. Рояка
и В. 3. Пироцкого для измельчения клинкера до удельной поверхно­
сти 2500 см2/г при температуре 40° С необходимо затратить около
102
24, при 120 С — 34 и при 150° С — 39 квт-ч/т. По этой причине не
следует измельчать вяжущие вещества в горячем состоянии. Для
предупреждения их разогревания осуществляют вентиляцию мель­
ниц, орошение водой их корпуса снаружи и т. п.
Положительное влияние малых количеств поверхностно-актив­
ных веществ сказывается еще и в том, что они являются адсорбци­
онными понизителями твердости. Обычно их вводят в количестве
0,02—0,5% от веса вяжущих. Сильно действующим интенсификатором помола являются триэтаноламин и его смесь с ССБ ( 1 : 1 по
весу), вводимые распылением в первую камеру мельницы.
Д ля предотвращения налипания частиц на мелющие тела при­
меняют добавки сажи, каменного угля, канифоли, лигнина в коли­
честве 0,3—0,5% от веса цемента.
Конструктивные особенности и режим работы мельниц. В шаро­
вых мельницах диспергирование материала в основном происходит
под действием ударов мелющих тел. При этом наибольший эффект
достигается при наличии определенного соотношения между удель­
ной поверхностью мелющих тел и размалываемого материала. Для
разрушения крупных кусков материала необходима значительная
сила удара и по этой причине желательно, чтобы на них падали
крупные мелющие тела. Д ля измельчения же относительно мелких
зерен не нужно большой силы удара, но для разрушения все уве­
личивающегося их количества желательно, чтобы возрастало и чис­
ло ударов. Поэтому шаровые мельницы разделяют по длине дырча­
тыми перегородками на две, три, четыре камеры. В первую камеру,
где измельчаются крупные зерна, загружают крупными шарами
диаметром 60— 120 мм (в зависимости от крупности размалываемо­
го материала); вторую — шарами размером 40—60 мм, третью —
мелкими шарами 20—30 мм или цилиндриками (цильпебсами) раз­
мером 20—25 мм и, наконец, четвертую — еще более мелкими циль­
пебсами 15—20 мм. В последних камерах измельчение материала
идет преимущественно за счет истирания.
Эффективность действия мелющих тел зависит от степени з а ­
полнения ими объема отдельных камер мельницы (% от внутрен­
него объем а): для камеры грубого измельчения в пределах 26—32;
среднего измельчения — 26—30 и тонкого — 24—30.
Правильность принятого ассортимента мелющих тел и степень
заполнения контролируется снятием диаграммы помола — графика,
на котором отражают изменения зернового состава материала по
длине мельницы (рис. 40). При рациональном подборе этих пара­
метров на кривых просеивания нет разрывов в местах установки в
мельнице перегородок. В каждую из камер мельницы загружают
мелющие тела, несколько отличающиеся по диаметру. При работе
мельницы происходит их расслаивание по длине камеры — более
крупные из них обычно скапливаются у выходного конца той или
иной камеры. (По условиям же измельчения необходимо, чтобы бо­
лее крупные шары располагались наоборот у входного конца). Что­
бы предотвратить сепарацию мелющих тел однокамерные мельницы
изготовляют конической формы с меньшим диаметром у разгрузоч­
103
ного конца, в трубных же мельницах, используя этот принцип, час­
то устанавливают броневые плиты ступенчатого профиля, обра­
зующие внутри мельницы конические кольца с углом подъема в сто­
рону разгрузки материала. Этим достигается распределение
крупных шаров у входа, а мелких — у выхода из мельницы.
Мельницы с сортирующими броневыми плитами обычно делят
на две камеры: первую камеру футеруют конусно-ступенчатыми ку­
лачковыми плитами, цильпебсную камеру — гладкими плитами.
Применение самосортирующих броневых плит повышает производи­
тельность мельниц на 5—7%!.
< 90
З* 80
I
§
I
Сз
/
2 3
Ь О 6
7 В S 10 11 12 13
Длипа мельницы, м
Рис. 40. Диаграмма помола цемента в двух­
камерной мельнице
Максимальная производительность мельниц достигается при оп­
ределенном числе оборотов барабана. Д ля мельниц с гладкими бронеплитами количество оборотов мельницы п в минуту устанавливают по формуле n = 3 2 / V D , а мельниц с коническо-ступенчатой ку­
лачковой
футеровкой я = (0 ,6 н -0 ,7 )4 2 ,3 /У ^ '
(D
внутренний
диаметр барабана, м).
Производительность мельниц увеличивается и улучшаются са­
нитарно-гигиенические условия в помольных отделениях (снижает­
ся запыленность) при аспирации рабочего пространства мельниц.
Просасыванием воздуха через мельницу из нее удаляется часть тон­
ких частиц и тем самым уменьшается налипание их на мелющие
тела; снижается температура среды в мельнице, что также благо­
приятно отражается на процессе измельчения. Однако чрезмерная
аспирация может увеличивать расход электроэнергии вследствие
возрастания гидравлического сопротивления мельницы при просасывании больших количеств воздуха. По опытным данным опти­
мальная скорость аспирации воздуха в полости барабана мельницы
составляет 0,5—0,7 м/сек, принимаемая по объему воздуха, проса­
сываемого через свободное ее сечение при температуре, с которой
воздух выходит из мельницы.
104
Нормальная работа шаровых мельниц, особенно со ступенчатой
футеровкой, зависит от равномерности питания их материалом и
постоянства крупности последнего. Для обеспечения равномерного
питания мельницы оборудуют автоматически работающими ленточными весовыми питателями — дозаторами.
Производительность трубных мельниц Q определяют по фор­
муле
Q = 6,45V У Ъ ^ y ) ° ' Skbq т/ч;
где у — полезный объем мельницы, ж3; D — диаметр мельницы в
свету, м\ Р — масса мелющих тел, г; k — коэффициент аспирации;
b — удельная производительность мельницы, т/квт-ч; q — попра-
вочный коэффициент на тонкость помола.
Удельная производительность b ( т/квт*ч) шаровых мельниц со­
ставляет:
1
Клинкер вращающихся п е ч е й ................................................
Клинкер шахтных п е ч е й ................ ...........................................
Гранулированные доменные шлаки .
...........................
Песок кварцевы й................... . . . . . . . . ........................
Известняки и мергели при сухом помоле . . . . . . . .
0»032--0,044
0,04b 0,05
0,СШ 0,044
0,024 0,0^8
0,0 62. U,U44
Поправочный коэффициент на тонкость помола q принимают
равным при остатках на сите № 008 2% — 0,59; 5%
0,8; 10%
1
и 15% — 1,21.
Коэффициент аспирации k при скорости воздуха в полости мель­
ницы 0,5 м/сек равен 1,18, а при 0,7 м !сек — 1,25.
При мокром помоле вяжущих или сырьевых смесей производи­
тельность мельниц увеличивается на 30—50%;.
Схемы измельчения. Тонкое измельчение вяжущих веществ до
удельной поверхности более 2500—3000 см2/г по открытому циклу с
однократным прохождением материала через мельницу вызывает
большие трудности из-за налипания и агрегирования мельчайших
частичек. Отрицательное влияние этих частичек на условия измель­
чения можно устранить применением помола по замкнутому^циклу.
При помоле по замкнутому циклу, направляя измельчаемый мате­
риал в сепаратор, можно выделить из него частицы тех размеров,
которые должны содержаться в готовом продукте, а более крупные
возвратить снова в мельницу на дополнительное измельчение. Т а ­
ким образом, непрерывно извлекая наиболее дисперсные частички,
которым особенно присущи свойства налипания и агрегирования,
создают более благоприятные условия для измельчения. Отсутствие
переизмельчения материала при помоле по замкнутому циклу уве­
личивает производительность мельниц на 10 20%. Недостатком
установок, работающих по замкнутому циклу, является их слож ­
ность и повышенная стоимость по сравнению с установками откры­
того цикла.
'
Двухступенчатый помол, при котором первоначально осущест­
вляют грубое измельчение материала в однокамерной мельнице, а
затем тонкий помол в другой мельнице повышает производитель105
ность помольных установок и снижает расход энергии. Особенно
эффективен этот способ при производстве быстротвердеющих сме­
шанных портландцементов, например шлакопортландцемента, ког­
да для обеспечения необходимой скорости твердения желательно
более тонко измельчать наиболее активную часть этого вяжущего —
клинкер.
.. .
Помольные установки. Д ля получения вяжущих веществ с удель­
ной поверхностью до 2500—3000 см2!г обожженный полуфабрикат
в основном размалывают в многокамерных мельницах, работающих
в открытом цикле. Преимущества при помоле по замкнутому циклу
не оправдывают затрат, связанных с необходимостью установки в
этом случае дополнительного оборудования для классификации
размалываемого материала.
Д ля помола по открытому циклу воздушной извести, гипсовых
вяжущих, бесклинкерных цементов применяют одно или двухкамер­
ные шаровые мельницы, а клинкерных цементов — многокамерные
трубные мельницы размерами 3,2X15; З ХІ 4; 2,6X13 м и др.
На рис. 41 приведена схема установки для помола портландце­
мента в многокамерной мельнице по открытому циклу. Активную
Рис. 41. Схема установки для помола по открытому циклу:
/ — грейферный кран; 2 — расходные бункера клинкера, опоки, гипса; 3 — питатели; 4 — мно­
гокамерная мельница; 5 — привод; 6 — редуктор; 7 — аспирационная камера; 8 — циклоны;
9 — электрофильтр; 10 — вентилятор; / / — бункер цемента; 12 — пневмовинтовой насос; 13 —
разгружатели; 14 и / 5 —«винтовые конвейеры; 16 — бак интенсификатора помола; 17 — пере­
качивающие насосы: /5 — питатель
минеральную добавку перед помолом подсушивают в сушильных
барабанах до влажности 1—2%>. Гипсовый камень, вводимый в вя­
жущие вещества для регулирования сроков схватывания в количе­
стве 3—5% от веса, обычно не подвергают сушке, так как его в л аж ­
ность редко превышает 8— 10%.
При получении высокомарочных и быстротвердеющих цементов,
измельчаемых'до удельной поверхности 3500—5000 см2!г, экономи­
чески выгоден помол по замкнутому циклу.
106
Известно несколько технологических схем помола цемента по
замкнутому циклу. Наибольшее распространение получили схемы,
предусматривающие применение для классификации материала
центробежных сепараторов (см. рис. 36, но только без подачи в
мельницу теплоносителя). По этой схеме размалываемый материал
после измельчения в первой камере двухкамерной мельницы на­
правляют в сепараторы, где отделяют крупные фракции, а затем
подают на домол во вторую камеру. Предусматривается возмож­
ность их возвращения на домол и в первую камеру. Тонкие фракции
из сепараторов сразу направляют на склад готовой продукции.
Применяют схемы, предусматривающие подачу материала в се­
параторы после прохода всей мельницы. Из сепараторов крупные
фракции снова возвращаются в первую камеру на дополнительное
измельчение, а тонкие фракции выдают на склад.
Обе схемы при выпуске обычного цемента могут работать на
проход по открытому циклу, если выключить элеватор и сепарато­
ры. Д ля помола по замкнутому циклу используют двух- и трехка­
мерные мельницы.
5. Хранение, упаковка и транспорт вяжущих веществ
Готовые вяжущие вещества из помольных установок при помо­
щи пневмовинтовых или камерных насосов, пневматических подъем­
ников (эрлифтов), обычных элеваторов, пневможелобов и винтовых
транспортеров подают на склад. Хранят вяжущие вещества обычно
в железобетонных силосах диаметром 8— 18 м и высотой 25—40 м
емкостью 2500— 10 000 т и более. Общую емкость силосов принима­
ют равной не менее чем 10-суточная производительность завода.
Силосы устанавливают на колоннах для непосредственной их
разгрузки самотеком в железнодорожные вагоны или в автоцемен­
товозы. Д ля выгрузки вяжущих веществ днище силосов оборудуют
пневматическими устройствами для рыхления (выкладывают возду­
хопроницаемыми керамическими или другими плитками), под кото­
рые подают сжатый воздух, под давлением 2—3 атм, очищенный от
влаги и масла. Сжатый воздух, проходя через плитки, аэрирует по­
рошок вяжущего и делает его текучим, способным легко переме­
щаться к разгрузочным отверстиям. Аэрирующими плитками укла­
дывают примерно 20—25 %i площади днища.
Разгрузочные донные или боковые отверстия силосов оборудуют
разгружателями, снабженными устройствами для аэрации материа­
ла. Пневматические выгружатели через гибкий шланг с пережимным устройством выдают вяжущее в люк вагона-цементовоза. При
выдаче в вагон установленного количества (вес) вяжущего произ­
водится автоматический пережим потока порошка из силоса и от­
вод его в сторону электромеханическим устройством. Такие выгру­
жатели позволяют загрузить вагон вяжущим в течение 5—6 мин.
Подобным же образом производится загрузка в автоцементово­
зы. На рис. 42 дана технологическая схема склада готовой продук­
ции цементного завода.
107
Некоторое количество вяжущих веществ (около 20% от выпус­
ка) отправляют потребителям в упакованном виде — в бумажных
мешках. Вяжущие упаковывают в мешки штуцерными и карусель­
ными машинами. Наиболее производительны карусельные машины,
упаковывающие до 120 т вяжущего в час. Карусельная упаковоч­
ная машина представляет собой полуавтомат, в котором все опера­
ции, за исключением навешивания мешков на соски, через которые
Рис. 42. Схема силосного склада:
загрузочные коробки; 2 —-силосы; 3 — разгрузочные устройства; 4 — аэрожелоба; 5 — ру­
кавные фильтры; 6 — вентиляторы
засыпается материал, выполняются автоматически. В процессе упа­
ковки на этих машинах вяжущее энергично уплотняют, что позво­
ляет использовать более короткие мешки и устраняет их разрывы
при транспортировании. Мешки с вяжущими загружают в железно­
дорожные вагоны и автомобили короткими ленточными транспорте­
рами со штабелирующей головкой. Такие машины укладывают в
вагоны до 1800 мешков в час и при погрузке в автомашины до 1000
мешков.
108
При отправке вяжущих веществ потребителям выдают паспорт,
в котором указывают завод-изготовитель, название вяжущего, его
технические характеристики, вес партии и другие сведения.
Глава 7
ПРОИЗВОДСТВО НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
1. Производство строительного гипса
Производство строительного гипса из плотных гипсовых пород
складывается из трех основных операций: дробления гипсового кам­
ня, помола, сушки его и обжига. В зависимости от места этих опе­
раций в общем технологическом процессе способы получения строи­
тельного гипса можно разделить на три группы, характеризую­
щиеся:
предварительной сушкой и измельчением гипсового сырья в по­
рошок и последующей тепловой обработкой (обжигом) гипса в
размолотом виде (получение строительного гипса в гипсоварочных
котлах);
совмещением операций сушки, помола и обжига двуводного
гипса;
обжигом гипса в виде кусков различной крупности с последую­
щим измельчением полученного полугидрата в порошок (получение
строительного гипса обжигом во вращающихся, шахтных и других
печах).
Технологическая схема производства строительного гипса в гип­
соварочных котлах приведена на рис. 43.
На заводы гипсовых вяжущих гипсовый камень обычно постав­
ляют в виде кусков размером до 300—500 мм, что вызывает необ­
ходимость его дробления, и реже в виде щебня фракций 10—50 мм.
Гипсовый камень дробят в щековых и молотковых дробилках.
В первых осуществляют первичное дробление камня до кусков раз­
меров 30—50 мм, а во вторых — дробление в крупку с размерами
зерен 0— 15 мм. В последнее время предпочитают дробление гип­
сового камня в одну стадию, используя крупные молотковые дро­
билки.
Гипсовую щебенку превращают в порошок в шахтных, ролико­
маятниковых и других мельницах. Более предпочтительны из них
помольные машины, обеспечивающие получение частичек порошка
кубической формы. Последние при обжиге легко и быетро дегидра­
тируются и дают готовый продукт лучшего качества.
Так как помол влажного гипсового камня затруднителен, обыч­
но эту операцию совмещают с сушкой и даже частичной его дегид­
ратацией. Д ля этого в мельницу подают отходящие из гипсовароч­
ных котлов дымовые газы с температурой 300—400° С и осущест­
вляют выдачу из мельниц измельченного и подсушенного
материала в потоке этих газов. Изменяя скорость газового потока,
109
высасываемого из мельницы, можно регулировать тонкость измель­
чения гипса. Чем больше скорость потока, тем грубее будет помол,
и наоборот. В зависимости от желаемой тонкости помола гипса
скорость движения газов в шахте шахтных мельниц принимают в
пределах 3,5—б м/сек, а в трубе аэробильных мельниц — 4—
5 м/сек.
Рис. 43. Схема производства строительного гипса в гипсоварочных котлах:
^ — пластинчатый питатель; 2 — щековая дробилка; 3 — молотковая дробилка; 4, 14, 16, 27 —
элеваторы; 5 —*бункер гипсового щебня; 6 —’реечный затвор; 7 — тарельчатый питатель; 8 —
шахтная мельница; 5 — сдвоенный циклон; 10 — воздуховод; 11 — батарея циклонов; 1 2 бун­
кер; 13 — газопровод горячих газов; 15, 19, 21, 22 и 28 — винтовые конвейеры; 17 — бункер
выдерживания; 18 — электрофильтр; 20 — бункер; 23 — гипсоварочный котел; 2 4 — топка; 25 —
бункер топлива; 2 6 — паропровод д л я отвода пара; 29 — ленточный транспортер для топлива;
30 — бункер готового гипса
Гипсовый порошок из газопылевой смеси выделяют в пылеочис­
тительных системах. От эффективности работы пылеосадительных
устройств во многом зависят санитарные условия как на заводе,
так и на прилегающей территории, а также производственные по­
тери. Поэтому на гипсовых заводах устанавливают многоступенча­
тые системы очистки. На первой ступени очистки применяют циклоны и осаждают более крупные частицы, на второй улавливают
более тонкие частицы в батарейных циклонах и на третьей для
окончательной очистки применяют рукавные фильтры и электро­
фильтры.
Осажденный в пылеосадительных устройствах гипсовый поро­
шок поступает в расходные бункера над варочными котлами, в ко­
торых его обжигают.
ПО
Гипсоварочный котел (рис. 44) представляет собой вертикаль­
ный стальной барабан 1 с разборным сферическим днищем 2, со­
стоящим из чугунных сегментов. Для перемешивания гипса котел
снабжен мешалкой, состоящей из вертикального вала 3, лопастей 4
Рис. 44. Гипсоварочный котел
и привода. Котел закрывают крышкой 5 с патрубком и пароотвод­
ной трубой, через которую удаляют пары воды, образующиеся при
варке.
Котел обмуровывают кирпичной кладкой. Нижнюю часть котла
вделывают в кладку топки, сводом которой является днище котла.
Вокруг котла устраивают кольцевые каналы, в которые поступают
горячие газы из топки. Д ля более равномерного прогрева гипса и
11
увеличения поверхности нагрева в варочных котлах большой емко­
сти устанавливают жаровые трубы 6. В этом случае топочные газы
обогревают сначала днище котла, затем боковые его поверхности
через кольцевые каналы и далее проходят через котел по жаровым
трубам и уходят в дымовую трубу 7.
Загрузку котла сырым гипсом производят винтовым конвейе­
ром 8, привод которого установлен на каркасе котла. Пары воды
удаляют через трубу 9. После варки полуводный гипс выпускают
из котла через люк 10 с шибером 11.
Гипсоварочные котлы изготовляются емкостью 3,15 и 25 ж3.
Гипс в гипсосварочных котлах в зависимости от свойств исход­
ного сырья и требований к качеству вяжущего обжигают при тем­
пературе 130— 160° С в течение 1—3 ч. Нагревание до 170—200° С
может привести к обезвоживанию получаемого полуводного гипса
и к ухудшению его качества. Выдержка гипса во время варки в те­
чение 3—4 ч при 140— 150° С способствует уменьшению водопотребности продукта и повышению его прочности.
В процессе обжига в варочных котлах при интенсивной дегидра­
тации двуводного гипса до полуводного и испарения выделившейся
кристаллизационной (гидратной) воды температура материала поч­
ти не меняется. При этом наблюдается как бы «кипение» гипсового
порошка. По мере завершения перехода двуводного гипса в полугидрат кипение прекращается, уровень гипса в котле снижается, а
температура его снова возрастает. Указанные явления используют
для автоматического регулирования процесса обжига.
Полученный полуводный гипс из котлов выпускают в бункер
выдерживания, называемый иногда камерой томления. При охлаж­
дении происходит некоторое выравнивание модификационного со­
става обожженного продукта: оставшийся в нем двуводный гипс
постепенно за счет физического тепла переходит в полуводный, а
полностью дегидратированные продукты снова обводняются и так­
же превращаются в полугидрат. Это улучшает качество строитель­
ного гипса. Из бункеров выдерживания охлажденный гипс направ­
ляют на склад готовой продукции.
Недостатком производства гипса в варочных котлах является
периодичность работы, что затрудняет их автоматизацию.
Строительный гипс в установках для совместного помола и об­
жига получают по схеме, приведенной на рис. 45. Гипсовый камень
подают со склада в расходный бункер 1 и через питатель 2 выдают
в щековую дробилку 3, а затем через питатель 4 и воронку 5 в
молотковую дробилку 6, для получения щебенки размером 10—
15 мм в поперечнике. Дробленый материал направляют элевато­
ром 7 в расходный бункер 9, откуда питателем 8 равномерно з а ­
гружают в шаровую мельницу 10 для совместного помола и обжи­
га. Д ля этого в мельницу подают газы с температурой 600—700° С
из подтопка 13.
Соприкасаясь с горячими газами, гипс в процессе помола ин­
тенсивно обезвоживается и выносится газовым потоком из мельни­
цы в проходной сепаратор 12, в котором крупные частички гипса
112
выделяют из газопылевой смеси и направляют по аэрожелобу 11
вновь на дополнительное измельчение. Выходящий из сепаратора
газовый поток поступает в пылеосадительные устройства 14, 15 и
18, где обезвоженный гипс осаждают и системой транспортеров 17
и 19 направляют элеватором 20 в бункер готовой продукции 21.
Очищенный воздух выбрасывается в атмосферу вентилятором 16.
Применяют и другие схемы производства строительного гипса
Рис. 45. Схема совместного помола и обжига гипса
совместным помолом и обжигом. Они отличаются от рассмотренной
типом устанавливаемых мельниц и дробилок, а также тем, что в
некоторых из них предусматривают рециркуляцию газов после пы­
леосадительных устройств. Последнее позволяет полнее использо­
вать тепло газов, получаемых в подтопках, но связано с дополни­
тельным расходом электроэнергии на их возврат в мельницу.
При получении гипса этими способами дегидратация двуводно­
го гипса идет не только в мельнице, но и в газовом потоке при пе­
ремещении по трубопроводам и в пылеосадительных аппаратах
«во взвешенном состоянии». Кол,ичество гипса, дегидратирующего­
ся непосредственно в мельнице, зависит от ее типа. В тихоходных
шаровых мельницах, в которых материал пребывает значительное
время, процесс дегидратации протекает преимущественно в мель­
нице. В быстроходных мельницах типа ударно-центробежных, этот
процесс протекает лишь частично, так как измельчаемый материал
из них быстро выносится. Недостаточное время нахождения гипса
в газовом потоке приводит иногда при использовании таких мель­
ниц к неполной дегидратации гипса. Длительное воздействие газов
13
с высокой температурой (600—700° С) способствует образованию
полуводного гипса рыхлой губчатой структуры и может вызвать
полное обезвоживание части двуводного гипса, что ухудшает каче­
ство готовой продукции. Из-за трудности регулирования техноло­
гических процессов строительный гипс, получаемый в установках
для совместного помола и обжига, часто характеризуется повышен­
ной водопотребностью и короткими сроками схватывания.
Строительный гипс обжигают в кусках во вращающихся печах
по схеме, приведенной на рис. 46.
Рис. 46. Схема производства строительного гипса с обжигом во вращающейся
печи:
'
щ
/ — приемный бункер- 2 — лотковый питатель; 3 — ленточный транспортер; 4 — молотковая
дробилка; 5, 14, 23 и 27 — элеваторы; 6, 13, 19, 20, 22, 24, 26 и 28 — винтовые транспортеры;
7 —- бункер гипсового щебня; 8 и 16 — тарельчатые питатели; 9 — бункер топлива; 10
по­
грузчик топлива; / / — скреп ковы й транспортер; 12 — сушильный барабан; 15 — бункер обож­
женного гипса; 17 — пылеосадительная камера; 18 — вентилятор; 21 — ш аровая мельница;
25 и 29 — бункера готовой продукции
В качестве печи обычно используют сушильные барабаны, при­
меняемые для сушки сыпучих материалов. В них гипс обжигают в
виде щебня размером до 40 мм, для чего поступающее на завод
сырье дробят.
Обжиг гипса в сушильных барабанах ведут двумя способами:
прямотоком, при котором горячие дымовые газы и материал пере­
мещаются в одном направлении, и по принципу противотока, когда
материал и газы движутся навстречу друг другу. Последняя схема
более выгодна экономически — отличается пониженным расходом
топлива и меньшим износом печей, подвергающихся воздействию
пониженных температур, но при этой схеме труднее получить гипс
высокого качества.
Температуру газов на входе в сушильный барабан при прямото­
ке принимают около 900° С, а при противотоке — 600—700° С. Перед
поступлением в барабан газы из топки разбавляют воздухом до
требуемых температур. Из барабана газы выходят с температурой
при прямотоке 160— 180° С, а при противотоке — около 100° С.
Обожженный гипсовый щебень из барабанов направляют в бун­
кера над шаровой мельницей, в которых материал выдерживают в
течение 24—48 ч для дегидратации неразложившегося двугидрата
и перевода безводного гипса в полугидрат. Из бункера гипс пита114
телем подают в мельницу, где его измельчают до остатка на сите
№ 02 не более 10— 12%. При этом происходит выравнивание модификационного состава гипса за счет дегидратации остатков дву­
водного гипса вследствие нагревания материала при помоле. Для
помола используют одно- или двукамерные шаровые мельницы.
Производство гипса с обжигом во вращающихся печах обеспе­
чивает получение гипса с пониженной водопотребностью, а следо­
вательно, более высокой прочности, а также легко переводится на
автоматическое управление. Поэтому этот способ изготовления по­
лучает все большее распространение в отечественной и зарубежной
практике.
2. Производство извести
Производство воздушной извести заключается в добыче извест­
няка, его дроблении и подготовке к обжигу, обжиге известняка и
последующей переработке комовой извести. В строительстве воз"душная известь используется в виде: молотой негашеной извести,
гидратной извести (пушонки) и известкового теста. В соответствии
с этим осуществляют и последующую переработку комовой нега­
шеной извести.
Молотую негашеную известь получают тонким измельчением ко­
мовой извести; гидратную известь — гашением комовой или моло­
той негашеной извести соответствующим количеством воды или
пара, обеспечивающим переход окисей кальция и магния в их гид­
раты и образование продукта в виде высокодисперсного сухого по­
рошка; известковое тесто — гашением тех же исходных продуктов,
но с образованием пластичной тестообразной массы.
Известняки добывают открытым способом; плотные — с приме­
нением буро-взрывных работ экскаваторами, а рыхлые — прямой
экскавацией.
Высококачественную известь можно получить при обжиге изве­
стняка в виде кусков, мало различающихся по размерам. Сырье
дробят и сортируют по крупности на отдельные фракции в зависи­
мости от типа обжиговых печей. Подготовку известняка к обжигу
осуществляют на дробильно-сортировочных установках, работаю­
щих по открытому или замкнутому циклу с использованием щеко­
вых и молотковых дробилок.
Известняк обжигают в шахтных и вращающихся печах. В пос­
леднее время начали применять обжиг извести в установках во
взвешенном состоянии, в кипящем слое и на спекательных ре­
шетках.
Шахтная печь (рис. 47) состоит из следующих основных эле­
ментов: шахты или рабочей камеры, загрузочного и выгрузочного
устройств, воздухоподводящей и газоотводящей аппаратуры и в не­
которых случаях устройств для сжигания газообразного или жид­
кого топлива или выносных топок при сжигании топлива вне
шахты.
115
В шахтной печи известняк периодически или непрерывно через
загрузочное устройство загружают сверху в шахту. Материал по­
степенно, по мере выгрузки готовой извести, опускается вниз, на­
встречу обжигаемому материалу проса­
сывают горячие дымовые газы.
По характеру процессов, протекаю­
щих в шахтной печи, различают три уча­
стка или зоны: подогрева, обжига и ох­
лаждения. В зоне подогрева в верхней
части печи с температурой печного про­
странства не выше 900° известняк подсу­
шивается и подогревается дымовыми га­
зами. В нем выгорают органические при­
меси. Газы в свою очередь, отдавая теп­
ло материалу, охлаждаются-и далее от­
водятся через газопроводы из печи. В зо­
не обжига в средней части печи, где температура известняка достигает 900—
разложение
происходит
1200—900°,
С аС 0 3 и выделение из него углекислого
газа. Зона охлаждения располагается в
нижней части печи, где известь охлаж­
дается поступающим снизу воздухом. По­
следний в свою очередь, омывая горячие
куски извести, нагревается и подогретым
поступает в зону обжига.
В зависимости от вида применяемого
твердого топлива и способа его сжига­
ния шахтные печи бывают пересыпные, в
которые короткопламенное топливо за­
гружается вместе с известняком сверху,
опускаясь подогревается и в зоне обжи­
га сгорает, печи с выносными топками,
Z
V A X / ' / - / • / / /■ / / /
в которых сжигают топливо вне печи, а
горячие продукты горения направляют в
печь для обжига известняка. Последние
разделяют на печи с топками полного
Рис. 47. Шахтная печь для
сгорания и с полугазовыми. Во первых,
обжига извести:
лопливо сжигают полностью и в шахту
/ — шахта; 2 — загрузочное уст­
•направляют раскаленные дымовые газы,
ройство; 3 — лючки; 4 — разгру­
зочный механизм; 5 — гребень
во
вторых,
топливо
сжигают
неполностью
для подачи воздуха; 6 — венти­
лятор-дымосос;
7 — пластинча­
(частично газифицируют) и в шахту по­
тый транспортер для выдачи
дают вместе с дымовыми газами горячие
извести
продукты неполного сгорания топлива
(СО и Н2). Последние полностью сгорают уже в печи, ыделяя
дополнительно тепло непосредственно в толще известняка.
Применяются также печи, работающие на жидком и газообразфорсунок
горелок и реже в выносных топках.
tl
116
_______ __ _______ __________
-1 -
_
^
•
Сжигание топлива в среде обжигаемого материала обеспечивает
лучшие условия для теплообмена. Поэтому пересыпные шахтные пе­
чи характеризуются большой производительностью, сравнительно
невысоким расходом топлива и экономичностью.
Пересыпным печам присущи и недостатки; в них можно приме­
нять лишь короткопламенное топливо — антрацит или кокс в кус­
ках строго определенных размеров. Величина кусков топлива долж­
на относиться к размерам кусков известняка как 1: 2— 1: 3. Более
измельченное топливо сгорает раньше, чем обожжется известняк,
или же крупные куски его будут выходить из печи частично несго­
ревшими. При использовании длиннопламенного топлива (обычных
сортов казенных и бурых углей, торфа и др.), содержащего боль­
шое количество летучих, последние не успевают полностью сгореть
в печи и будут выноситься из нее вместе с дымовыми газами, что
резко увеличивает расход топлива.
В пересыпных печах известь загрязняется золой, шлаками и
остатками несгоревшего топлива. Возможно также образование
«пережога» вследствие соприкосновения раскаленных кусков топли­
ва с известняком, особенно при нарушениях технологического и
теплового режимов в печи и форсировании ее работы с применени­
ем повышенных температур обжига. Перевод пересыпных печей на
газообразное топливо (природный газ) с вводом его в центр печи
через зону охлаждения или эффективнее на разные горизонты по
высоте зоны обжига в большей мере позволяет устранить отмечен­
ные недостатки пересыпных печей.
Шахтные печи с выносными топками менее производительны и
громоздки, что ограничивает их применение. Однако, учитывая
распространенность местных видов топлива, разрабатываются но­
вые к о н с т р у к ц и и топок, в частности работающих по аэрофонтанному принципу газификации низкокалорийного топлива.
Шахтные пересыпные печи строятся с суточной производитель­
ностью в 30, 50, 100, 200 т и более; печи с выносными полугазовыми
топками — 20—50 т и с топками полного сгорания— 10—20 т.
Вращающиеся печи по сравнению с шахтными печами позволя­
ют получать известь более высокого качества даже из мягких кар­
бонатных пород — мела, ракушечника и др. и полностью механизи­
ровать и автоматизировать процесс обжига.
Вращающаяся печь (рис. 48) представляет собой наклонный
стальной барабан, футерованный внутри огнеупорным материалом.
Барабан приводится во вращение от электродвигателя через редук­
тор и венцовую шестерню.
Вращающаяся печь для обжига извести работает по принципу
противотока. В поднятый «холодный» конец ее равномерно пита­
телем загружают известняк, а в опущенный «горячий» конец по­
дается для сжигания топливо. Дымовые газы просасываются черезбарабан навстречу обжигаемому материалу дымососом. При вра­
щении барабана известняк, постепенно перемещаясь к горячему
концу, нагревается и в зоне горения топлива происходит его обжиг.
Раскаленная известь выводится из печи в холодильник
обычно
117
н
а>ь
со
к
нJ
C
ссэ;
со
Я
Щ
Я
со«
«к
к «а
шс;
О)
СЗ н
яз*:
fc0*
vt- <
о
О
а»
Я
»
о
С
?
н
о
..
со
О.
К
Ф
m
А
С
Ко
СЗ
3*1о
U
я
К *Й
*
СО
C
Q
V
O
О
о rf
C
S
м
К
к*=? а23>х
с* I *=(<и
I
I
Л
Э* ^ я
*
3
к ..К X
о
£0Г
«
к
)
о с «
=
:
С
(
O
s
са со
3 н са
2сз о я
3а оОоЯ
о
Си
CQ а*"*
0
•л
00 н
63 э*
1
# Я
О. с
о S«
£ o.g
2н g
я
а> »чс
*<у<2Н
11 о^
ш
.. к
*0*5
fc
t
Й
_
*о.»2
в5
1I во
СЗ а
О
Си Си
с о 09
c s Си
в
са
у
о
еа
Си
>о
СЗ
118
тоже наклонный вращаю­
щийся стальной барабан. В
последнем навстречу извести
просасывается холодный воз­
дух. При этом известь охла­
ждается, а нагретый воздух
направляется в печь для го­
рения топлива.
Для обжига извести из­
вращающиеся
готовляют
печи длинои 30— 100 лс и
диаметром 2—3 м с удель­
ной суточной производитель­
ностью 500—700 кг/м 3 пол­
ного объема обжигательно­
го барабана. Расход топли­
ва во вращающихся печах
высок и достигает 25—30%
условного топлива от веса
извести. Для уменьшения
расхода топлива часто осу­
ществляют утилизацию теп­
ла газов, выходящих из пе­
чей при температуре до
750—800° С. В частности ус­
танавливают паровые кот­
лы-утилизаторы или напреватели для подогрева изве­
температуры
стняка
до
^500—600°
^ ^ ^^ ^ ІИ
С п е р е д подачей
его в печь на обжиг.
Обжиг извести интенси­
фицируется при использова­
нии способов, позволяющих
обжигать известняк в мел­
кокусковом или порошкооб­
разном состоянии. Одним из
перспективных из них яв­
ляется обжиг известняка в
кипящем слое. Установкареактор (рис. 49) для обжи­
га в кипящем слое представ­
ляет собой вертикальный
металлический барабан, фу­
терованный внутри шамот­
ным кирпичем. Реактор раз­
делен воздухопроницаемы­
ми сводами из шамотного
кирпича или решетками из
жаростойкой стали на 3—5 или большее число камер, сообщаю­
щихся между собой через переливные (жаровые) трубы. В пред­
последней камере снизу смонтированы горелки для сжигания топ­
лива, а над верхней камерой установлен дымосос для отвода из
реактора газообразных продуктов.
Размолотый известняк шнековым питателем непрерывно пода­
ется в верхнюю камеру и растекается по ней. Просасываемые через
свод
воздухопроницаемый
вверх газы пронизывают
слой загруженного известняка и приводят его в полувзвешенное состояние, напо­
минающее по внешнему ви­
ду кипящую жидкость. При
этом частицы
известняка
быстро нагреваются. По ме­
ре поступления в камере по­
вышается уровень материа­
ла, а последний через пере­
ливные трубы переходит в
следующую камеру. Здесь
слой материала вновь в полувзвешенном состоянии го­
рячими газами нагревается
до еще более высоких температур и переливается в
следующие камеры, где из­
вестняк декарбонизируется.
Полученная известь в ниж­
ней камере продувается хо­
лодным воздухом и охлаж­
дается. Воздух в свою оче­ Рис. 49. Установка для обжига извест­
няка в кипящем слое:
редь, поднимаясь вверх, на­
/ — реактор; 2 — футеровка; 3 — стальной ко­
гревается и поступает в ка- жух;
4 — воздухопроницаемые своды; 5 — вен­
меру, в котооой
которой сжигается тилятор; 6 — винтовой конвейер; 7 — труба для
подачи известняка; в — бункер молотого изве­
топливо. Охлажденная из- стняка; 9 — элеватор; 1 0 — винтовой конвейер
для выгрузки извести; И — переливные трубы;
весть удаляется из реактора
12 — насос мазута; 13 — форсунки; 14 — циклон
выгрузочным устройством с
для очистки отходящих газов
вариатором. Регулируя за ­
грузку и выгрузку, можно поддерживать надлежащий уровень ма­
териала на сводах всех камер.
Обжиг в кипящем слое обеспечивает интенсивную передачу теп­
ла от газа обжигаемому материалу, а следовательно, и высокую
удельную производительность установки.
Выгружаемую из печей горячую комовую известь транспортиру­
ют на склад или для последующей переработки в вагонетках плас­
тинчатыми или ленточными транспортерами со стальными лентами.
При транспортировании и хранении комовой негашеной извести
необходимо оберегать ее от увлажнения, так как при этом не толь119
ко ухудшается ее качество, но я вследствие интенсивного тепловы­
деления происходит самовозгорание горючих материалов. Хранят
комовую известь в закрытых складах бункерного типа и силосах;
перевозят в специально оборудованных автомашинах и вагонах.
Для получения молотой негашеной извести комовую известь
первоначально подвергают дроблению чаще в ударно-центробеж­
ных дробилках до крупности 5— 10 мм и затем тонко измельчают
в мельницах. Молотую негашеную известь выпускают в чистом ви­
де или с активными минеральными добавками. Введение активных
минеральных добавок увеличивает водостойкость извести и спо­
собствует повышению ее прочности вследствие образования при
твердении гидросиликатов, гидроалюминатов и гидрофферитов
кальция.
В качестве таких добавок применяют доменные гранулирован­
ные и топливные шлаки, золы от пылевидного сжигания топлива
и др.; при изготовлении вяжущих для производства автоклавных
изделий известь измельчают совместно с кварцевым песком. Иног­
да для замедления скорости гидратации извести добавляют дву­
водный гипс в количестве до 3—5% по весу.
Комовые добавки также подвергают мелкому дроблению, а при
содержании в них влаги более 5—6% предварительно высушивают
в сушильных барабанах и других сушилках до влажности 1—3%,
а затем размалывают вместе с дробленой комовой известью.
Тонкое измельчение извести осуществляют обычно в шаровых
мельницах, работающих по замкнутому циклу. Известь отличается
повышенной склонностью ее тонких частиц к агрегации, причем тем
больше, чем мягче она обожжена. Поэтому для помола извести
применяют сравнительно короткие мельницы с отношением диамет­
ра барабана к их длине от 1 :1 до 1:2, чтобы быстрее вывести из
общей массы измельчаемого продукта тонкие фракции. Чем мягче
обожжена известь, чем меньше в ней пережога и других твердых
включений, тем короче должна быть мельница.
Молотую негашеную известь по ГОСТ 9179—70 необходимо из­
мельчать до тонкости, при которой остаток при просеивании пробы
через сита № 023 и 008 должен быть соответственно не более 1 и
10%. Обычно заводы выпускают известь, характеризующуюся ос­
татком на сите № 008 до 2—7%, что примерно соответствует удель­
ной поверхности 3500—5000 см2/г. При необходимости получения
извести более тонкого помола (с удельной поверхностью 5000—
7000 см2/г и более) применяют вибрационные мельницы. При этом
известь предварительно дробят в крупку с размерами зерен не бо­
лее 2 мм.
Молотую негашеную известь хранят в силосных складах и от­
правляют потребителям в битуминизированных мешках, контейне­
рах или в специально оборудованных вагонах, или автоцементово­
зах. Продолжительность хранения извести на складе должна не
превышать 5— 10, а в меш ках— 15 сут во избежание значительной
гидратации и карбонизации окиси кальция, а следовательно, и сни­
жения ее качества.
20
В отличие от других вяжущих веществ воздушную известь мож­
но превратить в дисперсный продукт не только механическим из­
мельчением, но и химическим путем — гашением. Процесс гашения
представляет собой взаимодействие извести с водой и выражается
формулой С а0 + Н20 = Са (ОН)г. При этом происходит самопроиз­
вольный распад кусков извести на тонкодисперсные частички га­
шеной извести размером не более 5—20 мк. Используя этот процесс,
комовую негашеную известь перерабатывают в гидратную известь
(пушонку) и в известковое тесто.
Технология получения гидратной извести в заводских условиях
заключается в следующем. Поступающую со склада или из печи
комовую известь дробят в молотковых или ударноцентробежных
дробилках до крупки размером не более 5— 10 мм, а при большом
содержании окиси магния — не более 3—5 мм, затем подвергают
гашению. Предварительное измельчение комовой извести ускоряет
процесс гашения. Особенно это необходимо, когда известь обжига­
ется при высоких температурах и содержит много плотных (тяже­
лых) кусков.
Теоретически для гашения извести нужно 32,1%; воды от веса
СаО. Практически при гашении ее в порошок вводят воды в 2—
2,5 раза больше (примерно 60—80% от веса извести), так как часть
воды испаряется (реакция гидратации идет с выделением тепла в
количестве 277 ккал на 1 кг СаО) и некоторое количество ее (3—
5%) расходуется на смачивание образующегося порошка гидро­
окиси кальция.
Гашение извести в пушонку проводят в гасильных аппаратах —
гидраторах периодического и непрерывного действия. На рис. 50
показан лопастной гидратор непрерывного действия Росстромпроекта. Он состоит из семи расположенных один над другим бараба­
нов 1, соединенных патрубками 2. Внутри барабанов имеются валы
4 с лопастями 3, приводимые во вращение от электродвигателя 5
через редуктор 6 и систему шестерен 7. Через приемную воронку 8
измельченную известь подают в верхний барабан, где она смачива­
ется, лопастями перемещается к соединительному патрубку и по­
ступает в следующий барабан. Переходя из одного барабана в дру­
гой и совершая длинный зигзагообразный путь, известь гасится и в
виде порошка выходит из гидратора через патрубок 9. В начале
гашения образуется пластичное тесто, которое по мере присоедине­
ния воды к СаО и испарения рассыпается в гидраторе в горячий
порошок. После гашения кальциевую известь сразу, а магнезиаль­
ную и доломитовую — после 1—2-суточного выдерживания на­
правляют >в сепаратор для отделения непогасившихся зерен,
которые затем размалывают и подают в силосы на дополни­
тельное гашение. Полученную известь-пушонку направляют на
склад.
На заводах силикатного кирпича "Молотую известь в смеси с
песком часто гасят во вращающихся барабанах-гидраторах паром
под давлением в 3—5 атм. Этот способ обеспечивает полное гаше­
ние извести даже при наличии пережога.
121
Известковое тесто получают гашением комовой извести в извес­
тегасильных установках с введением 200—300% воды от веса из­
вести. Перед гашением известь дробят в крупку. Гашение извести
ускоряется при использовании горячей воды. На рис. 51 показана
термомеханическая известегасилка непрерывного действия с подо­
Рис. 50. Лопастной гидратор
непрерывного действия
гревом воды за счет тепла, выделяющегося при гашении извести в
ней. Вращающийся барабан 1, приводимый в действие от электро­
двигателя 2 , с торца снабжен бункером 3 для загрузки извести, с
другого — лотком 4 для слива известкового молока. Известегасил­
ка смонтирована на сварной раме 5. Барабан известегасилки со­
стоит из двух цилиндров, вставленных друг в друга с зазором 12 мм.
Они образуют рубашку (теплообменник), в которую поступает во­
да из водопроводной сети. При гашении извести во внутреннем
цилиндре вода в теплообменнике подогревается выделяющимся при
этом теплом и поступает внутрь барабана у загрузочного торца.
122
Внутренняя емкость барабана разделена на две части решетчатой
диафрагмой 6 на камеру гашения и камеру помола 7, загруженную
шарами. Камера гашения для измельчения поступающих кусков
извести и интенсивного перемешивания ее в процессе гашения обо­
рудована гребенками.
Рис. 51. Термомеханическая известегасилка
Гашение в этой машине осуществляется при непрерывном загружении извести. При вращении барабана происходит ее перемеши­
вание и гашение подогретой водой, вытекающей из теплообменника.
Куски извести измельчаются при перелопачивании от ударов друг
о друга и о гребенки. Проходящая через диафрагму вместе с мо­
локом известковая крошка измельчается в камере помола. Извест­
ковое молоко через патрубок 8 сливается в лоток, а затем в отстой­
ники. Д ля полного гашения извести рекомендуется на 1 вес. ч. из­
вести подавать 2—3 вес. ч. воды. При этом вода в теплообменнике
нагревается до 45—50° С, а гашение извести происходит при темпе­
ратуре 60—70° С. Отходы удаляют через люк 9.
Д ля получения теста известковое молоко подают в емкости
(чаны, ямы и пр.) для отстоя и обезвоживания. Чаще для этой це­
ли используют железобетонные резервуары высотой 5—6 м и диа­
метром 4,5—5,5 м, оборудованные внутри фильтрами — вертикаль­
но установленными оцинкованными металлическими трубами диа­
метром 50—60 мм с отверстиями, заполненными песком. Вода из
известкового молока через отверстия фильтруется через песок, не
пропускающий частиц извести, и собирается внизу в сборнике, от­
куда ее вновь перекачивают для гашения следующих порций извес­
ти. Через 16—24 ч выдерживания известковое молоко превращает­
ся в тесто сметанообразной консистенции, содержащее 60—75%
воды по весу. Затем его отгружают потребителям или перекачива­
ют в такие же емкости, но без фильтров, для дальнейшего вызрева­
ния и хранения. Известковое тесто выгружают из отстойников и
других емкостей вибронасосами и цепными подъемниками. При
вибрации оно разжижается и легко перекачивается. На значитель­
ные расстояния известковое тесто перевозят в автоцистернах.
123
3. Производство цементов
Цементная промышленность СССР вырабатывает более 30 ви­
дов клинкерных цементов, отвечающих самым разнообразным тре­
бованиям народного хозяйства. В наибольшем количестве выпус­
кают портландцемент, шлаковый и пуццолановый портландцементы. Их доля в общем выпуске цементов в 1969 г . составляла
соответственно 63, 28 и 6%. Рассмотрим технологию производства
этих цементов.
Производство портландцемента. В Советском Союзе основным
способом производства портландцемента является мокрый способ,
по которому изготовляют до 85% от общего выпуска цементов.
Этот способ преобладает и в ряде других стран — США, Англии,
Франции.
Технологическая схема производства портландцемента по мок­
рому способу дана на стр. 125.
Характерной особенностью цементной промышленности Совет­
ского Союза является высокая степень концентрации производства
и использование на всех технологических и транспортных операци­
ях высокопроизводительного оборудования.
На цементных заводах, где позволяют условия, при добыче
сырья применяют транспортно-отвальные системы разработки
карьеров с использованием машин непрерывного действия — ро­
торных экскаваторов и средств гидромеханизации. В других слу­
чаях при добыче сырья на вскрышных работах наибольшее расп­
ространение получили мощные колесные скреперы емкостью 15—
20 м 3, экскаваторы с емкостью ковша до 2,6 м3, а для извлечения
сырья — экскаваторы с ковшом 4, 4,6 и 8 м3.
Сырье на заводы доставляют большегрузными автосамосвала­
ми, а на ряде заводов для этой цели предусматривают конвейер­
ный транспорт — ленточные конвейеры и напорный гидротранс­
порт.
Конвейерное транспортирование сырья осуществляют по следу­
ющим схемам. При разработке мягких и маловлажных материалов
погрузку последних ведут роторными экскаваторами на передвиж­
ной забойный конвейер и далее передают на серию стационарных
конвейеров, установленных от карьера до приемного устройства на
заводе. При добыче скальных пород их предварительно измельча­
ют в передвижной дробилке, а затем передают на сборный кон­
вейер и далее на завод. При использовании стационарных дроби­
лок породу от забоя к их приемным устройствам подают авто­
транспортом.
При гидротранспорте влажное сырье первоначально в мешал­
ках распускают в шлам с влажностью 55—60% и затем с помощью
центробежных или поршневых насосов перекачивают по трубопро­
водам на завод. Сырье к месту переработки в шлам транспортиру­
ют автосамосвалами, что является недостатком этого способа. Пе­
редвижные установки для переработки сырья в шлам непосредст­
венно в забое карьера пока не выпускаются.
124
Глина
СоВместпное измельчение д
шаровой мельнице
корректирование и хранение
шлама в бассейнах
ОИжиг шлама Во вращающихся
печах до спекания с получением
клинкера
Получение портландцемента
помолом клинкера с добавками
и гипсом
Складирование цемента
Отправка цемента насыпью
в специальных вагонах, авто­
машинах и т п
Отправка цемента
в мешках
Поступающее твердое сырье на цементных заводах дробят в
две, три стадии, используя для первичного дробления мощные ще­
ковые и конусные дробилки производительностью до 2300 м*/ч.
На второй и третьей стадиях применяют молотковые и конусные
дробилки, а для измельчения известняков средней твердости —
ударно-отражательные дробилки. Переработку мягких и пластич­
ных сырьевых материалов (мергелей, глин и т. п., часто весьма
влажных) ведут, используя для дробления щечно-валковые, валко­
вые и молотковые самоочищающиеся (с подвижными стенками)
дробилки, а для приготовления шлама — мощные болтушки. В по­
следнее время их заменяют роторными мельницами, производи­
те
тельность которых примерно в 2 раза больше, а металлоемкость в
6—7 раз меньше, чем у болтушек диаметром 12 м.
Окончательное измельчение сырьевой смеси в большинстве слу­
чаев производят в многокамерных шаровых мельницах по откры­
тому циклу. На рис. 52 приведено отделение мокрого помола сырья
цементного завода. Каждая мельница оборудована бункерами для
известняка и корректирующих добавок, из которых их равномерно
подают в мельницу тарельчатыми или весовыми дозаторами. Весо­
вое дозирование обеспечивает более постоянное питание мельниц.
Глиняный шлам поступает к мельницам самотеком и дозируется
ковшевыми и другими питателями. Приготовленный шлам из мель­
ниц стекает к насосам, которыми затем перекачивается в шламбассейны для гомогенизации и корректирования.
Для обеспечения заданного состава сырьевой смеси на новых
заводах предусматривают непрерывное корректирование шлама в
потоке. Сущность этого метода заключается в том, что в
больших объемах (в бассейнах емкостью 6000—8000 м3) готовятся
два шлама, по составу возможно более близкие к заданному: в
одном из них содержание карбонатного компонента должно быть
несколько выше, а во втором — несколько ниже заданного. При
выходе из бассейнов автоматическими пробоотборниками берут
через каждые несколько минут пробы шлама для определения ус­
коренными методами (рентгеноспектральным анализом) химиче­
ского состава. Далее с помощью электронной счетной машины ав­
томатически рассчитывают соотношение между этими шламами и
даются соответствующие команды дозаторам шлама, подающим их
в бассейны-усреднители. Шлам усредняют в горизонтальных бас­
сейнах диаметром 35 м с коническим днищем; бассейны оборудо­
ваны двухплечными крановыми мешалками. Для шлам-бассейнов
емкостью 8000 и 20 000 м3 применяют мешалки с пневматическим
перемешиванием.
Для обжига сырьевой смеси, приготовляемой по мокрому спо­
собу, применяют вращающиеся печи (рис. 53). Они состоят из кор­
пуса, представляющего собой наклонный барабан, сваренный из
стальных обечаек, который с помощью бандажей опирается на ро­
ликовые опоры. Барабан снабжен венцовой шестерней, через ко­
торую печь приводится во вращение электродвигателем с редукто­
ром со скоростью 0,5— 1,2 об/мин. Приподнятая часть печи (ее
холодный конец) через уплотняющее устройство входит в пылеоса­
дительную камеру. С опущенной стороны (горячий конец) печь з а ­
крыта откатной головкой, через которую проходит форсунка для
подачи в печь топлива.
Для защиты корпуса печи от воздействия высоких температур
и уменьшения теплопотерь барабан изнутри футеруют огнеупорны­
ми материалами. В соответствии с температурными условиями в
различных зонах печи их футеровку осуществляют различными ма­
териалами: шамотным и многошамотным кирпичом, высокоглино­
земистыми, талькомагнезитовыми и другими огнеупорами. Зону
спекания, работающую в наиболее тяжелых условиях, футеруют
126
Рис. 52. Отделение
мокрого
помола
сырья
по открытому
циклу
00
хромомагнезитовым,
переклазошпинелидным или магнезитохромитовым
ікирпичом.
й
< Для улучшения условий теплоот­
д ачи от печных газов обжигаемому
материалу с холодного конца печи
§
[устанавливают внутрипечные теплооб§о
(менные устройства: различной конста
ф
со
g
завесы и далее металлические и кера§
мические ячейковые и другие теплооб­
н
о
менники.
Эти
устройства
увеличивают
>»
I
поверхность соприкосновения материала с печными газами, чнесколько
гё |*
замедляют скорость перемещения маg 1
териала в печи, улучшают его перемеS
*
,шивание. Все это способствует более
§ ;s
интенсивному нагреванию материала
2 sS
в печи.
| о,
Вращающаяся печь работает по
§ ||
принципу противотока. Шлам подают
кI м
в холодный конец печи ковшевым или
Чой
другим питателем. Навстречу шламу
£ ||
с противоположного конца печи постус *2
пают горячие газы, образующиеся
g SS
при сжигании топлива в горячем коня |§
це печи. Шлам, перемещаясь по печи
| 8^
и подвергаясь воздействию газов все
I | б о л е е высокой температуры, претерпе“
вает рассмотренные выше физико-хи«
мические превращения. При выходе из
« 3 2
печи клинкеір, несколько охлажденный
1а
потоком воздуха, подаваемым для го^ g§
рения топлива, направляют для дальнейшего охлаждения в холодильник,
устанавливаемый у горячего конца
SI
I1 К
CN
Jя
я|
|<Ясу
со
кI
g§
х
4
На цементных заводах наиболее
широко используют для охлаждения
клинкера колосниковые холодильники
«Волга». В этих холодильниках охлаждение клинкера до 50—60° С осуще­
ствляют просасыванием холодного воздуха сквозь слой клинкера, располага­
емый на колосниковой решетке. Нагретый воздух из холодильника направляют в зону горения топлива в печи, а
избыток выбрасывают в атмосферу
после очистки в циклонах.
128
Дымовые газы из печи, отдав свое тепло обжигаемому матери­
алу, с температурой 150—200° С из пылеосадительной камеры на­
правляют на очистку в циклоны и электрофильтры, а затем через
трубу выбрасывают в атмосферу. Уловленную пыль в зависимости
от ее состава возвращают в печь или используют в качестве мест­
ного вяжущего или удобрения в сельском хозяйстве.
Для производства портландцемента по мокрому способу уста­
навливают вращающиеся печи с размерами*: 4X 150; 4,5X 170 и
5 Х І 8 5 м с суточной производительностью соответственно 840, 1200
и 1800 т клинкера. Разработана печь диаметром 7 ж и длиной
230 м с расчетной производительностью 3000 т клинкера в сутки.
Охлажденный клинкер из холодильника подвергается дробле­
нию и с помощью металлических ячейковых, выбрационных и дру­
гих транспортеров подается на склад. При хранении на складе
(магазинировании) свободная окись кальция, иногда содержащаяся
е клинкере, гасится влагой воздуха, что устраняет вероятность по­
лучения цемента с неравномерным изменением объема. Кроме то­
го, если в клинкере имеется некоторое количество плохо стабили­
зированного P-C2S, то он переходит при хранении в Y-C2 S. Это
благоприятно влияет на разламываемость клинкера. С совершен­
ствованием процессов обжига и охлаждения клинкера надобность
в магазинировании отпадает. Склады для хранения клинкера с уче­
том климатических условий в районе размещения завода строят
открытого и закрытого типов. Их оборудуют грейферными мосто­
выми кранами, с помощью которых клинкер и добавки подают на
помол в бункера цементных мельниц. Для устранения пылеобразования предпочтение отдают складам силосного типа, которые не
нуждаются в мостовых кранах. Они позволяют не только избавить­
ся от пыли при складских операциях, но и перейти на непрерывный
технологический процесс.
Помол клинкера с гипсом и добавками производят в трубных
мельницах 3,2X15; 3X 14; 2,6X 13 по открытому циклу или 3,2X 15
и 4X 13,5 м, работающих в замкнутом цикле с центробежным се­
паратором. Их производительность при помоле клинкера до остат­
ка 8— 10% на сите № 008 достигает соответственно 55, 50, 26, 60
и 100 т/ч. Полученный портландцемент пневмонасосами подают
для хранения в силосные склады.
Сухой способ производства портландцемента применяют в тех
случаях, когда исходные материалы достаточно однородны по хи­
мическому составу и основным физико-механическим свойствам и
имеют низкую влажность (до 10— 12%). Цемент по сухому спосо­
бу с обжигом клинкера во вращающихся печах изготовляют по
технологической схеме, показанной на стр. 130.
При этом способе производства цемента переходят (при тонком
*
Размеры вращающихся печей принято обозначать в виде множителей, по­
казывающих диаметр и длину в м. Если ж е печь имеет по длине зоны различного
диаметра, то размеры ее выражают множителем, состоящим из ряда цифр, пока­
зывающих ее диаметр, начиная с горячего конца (например, 3,6/3,3/3,6X 160).
5—3356
129
измельчении известняков и глины) к совместной сушке и помолу
их в одном агрегате (см. рис. 36).
Сырьевую муку, полученную тем или иным способом, направ­
ляют на гомогенизацию и корректирование, а затем подают на
обжиг.
Для обжига при сухом способе производства портландцемента
применяют вращающиеся печи с запечными циклонными теплооб1 Известия к
Гпина
Гипс
Уголь
Дробление
Добыча
Добыча
Активные мине­
ральные добавки
'г
Л робление
Д робление
Дробление
Сушка
Сушка
Сушка
и помол
вщ
Дозирование
Дозирование
\
Совместный помол
ж
I мельнице
§
\
Гомогенизация б смеси­
тельных силосах
L ..
Обжиг во вращающейся
печи с циклонным тепло­
обменником
I
I
I
I
I
I
I
I
Д роблеь и
Сушк *
Дозирование
\Дозирование
-_ іМ
Гпануляция
I
♦
Обжиг во вращающейся печи
с конвейерно/м кальцинатором
щ
Холодильн
Клинкерный
Помол клинкера с гипсом
и добавками
Упаковка
Складирование цемента
Отправка цемента насыпью
Отправка, цемента в мешках
менниками и конвейерными кальцинаторами, а также шахтные
печи.
Особенностью печей с циклонными теплообменниками (рис. 54)
является то, что высушивание, дегидратация и частично декарбо­
низация (на 15—20%) сырьевой муки в них осуществляются во
взвешенном состоянии. Это обеспечивает интенсивный теплообмен
130
между частицами смеси и газами, выходящими Из печи. Сырьевую
муку из приемного бункера 1 печи элеватором 2 подают через лен­
точный питатель 3 в газоход между третьей и четвертой ступенями
циклонов. Здесь она подхватывается газовым потоком, выходящим
из циклона 5, и поступает в батарейный циклон 4. Сырьевая мука
осаждается и направляется в газоход между циклонами 5 и 5, где
вновь подхватывается более горячими газами, выходящими из пе­
чи. Последовательно проходя через циклоны 5, 6 и 7, мука быстро
нагревается и с температурой 800—900° С попадает в печь 8. Газы
из печи, выходящие с темпера­
турой 1000— 1050° С, отдавая
тепло сырьевой смеси, охлаж­
даются, в циклоне 9 очищают­
ся от пыли, и дымососом 10 с
температурой около 200° С на­
правляются в электрофильтры
О
для окончательной очистки.
Во вращающейся печи про­
ходят завершающие процессы
обжига клинкера, который пос­
ле охлаждения в запечных хо­
лодильниках того или другого
типа подается на склад. Вра­
щающиеся печи с циклонными
теплообменниками изготовля­
ют длиной 40—60 м с суточной
производительностью до 850 т
клинкера.
Печи с конвейерными каль- Рис. 54. Схема печи с циклонным тепло­
цинаторами
(типа Леполь)
обменником
применяют для обжига сырье­
вой смеси, способной образовывать прочные гранулы, не разруша­
ющиеся при предварительной тепловой обработке в запечных теп­
лообменниках.
Конвейерный кальцинатор (рис. 55) представляет собой бесконечную колосниковую решетку, движущуюся в неподвижном коробе. Последний футерован внутри огнеупорным кирпичом и разде­
лен стенкой на две камеры. Сырьевую муку перед обжигом
предварительно гранулируют в грануляторах чашечного или бара­
банного типа и в виде гранул размером 5—20 мм с влажностью 12—
15% загружают на конвейерную решетку. Горячие газы из печи
с температурой 1000— 1100° С поступают в первую камеру и проса­
сываются дымососом через слой гранул на решетке. Затем их очи­
щают в циклонах и подают во вторую камеру, в которой вновь про­
сасывают через слой гранул, а затем после очистки выбрасывают
в атмосферу через дымовую трубу. При этом гранулы во второй
камере постепенно нагреваются до температуры около 300° С, а з а ­
тем в первой камере до 700—800° С обезвоживаются и частично (на
20 30%) декарбонизируются. Из кальцинатора гранулы по закры­
з е т
5
131
той течке стекают во вращающуюся печь, где осуществляется окон­
чательный их обжиг. Мелкие гранулы и пыль вместе с газами из
печи просасываются через решетку, собираются в подрешетном
бункере, а затем транспортером или элеватором направляются в
печь.
- ;
Печи с конвейерными кальцинаторами выпускают с суточной
производительностью до 1500 т клинкера.
Рис. 55. Схема конвейерного кальдинатора:
/ —.дымосоа для удаления газов из кальдинатора; 2 — колосниковая решетка; 3 — раздели­
тельная стенка; 4 — вентилятор для отсоса газов из первой камеры; 5 — циклоны; 6 — вин­
товой конвейер для подачи пыли из циклонов в печь; 7 — гранулятор; 8 — элеватор; 9 — лен­
точный транспортер; 10 — вращ аю щаяся печь
Шахтные печи для обжига клинкера применяют на цементных
заводах небольшой мощности. В СССР в шахтных печах изготов­
ляют лишь около 3—4% всего цемента.
Обжиг клинкера в шахтных печах производится следующим
образом (рис. 56). Сырьевая мука и топливная крупка из отдель­
ных бункеров, расположенных над шахтой, дозируются в заданном
отношении ленточными весовыми дозаторами и поступают в та ­
рельчатый гранулятор — наклонно установленный вращающийся
диск с бортами, на котором при опрыскивании каплями воды ска­
тываются в гранулы. Последние по мере накопления пересыпа­
ются через борт диска и с помощью вращающейся воронки равно­
мерно загружаются в печь. При перемещении вниз навстречу
отходящим дымовым газам сырьевые гранулы высыхают, в них про­
исходит дегидратация глинистых минералов, а затем декарбониза­
ция известняка и т. д. В шахтных печах нет четкого разграниче­
ния отдельных зон по высоте шахты. Все процессы вначале проте­
кают во внешних слоях гранул и постепенно распространяются к
132
их сер дц ев и н е. К линкер, получаем ы й в эти х печах, отличается от
О
клинкера вращающихся печей неоднородностью состава и струк­
туры, а также наличием непрореагировавших остатков золы от
сжигания топлива, что отрицательно оказывается на его качестве.
Клинкер в нижней части печи охлаждается холодным воздухом,
подающимся в печь для сжи­
гания топлива, через разг
~ъ,
гружатель шлюзового типа
\
А
выдается из печи, а затем
4
направляется на склад. Ды- От^Шопробод^^
мовые газы после очистки в
11
^
аспирационных устройствах
выбрасываются
в
атмо­
сферу.
Шахтные печи для обжига клинкера строятся высо­
той 8— 12 м и диаметром
2,5—2,8 м. Их суточная про­
изводительность достигает
250 т.
Остальные технологиче­
ские процессы и используе­
мое оборудование аналогич­
ны применяемым при мок­
ром способе производства
портландцемента.
Разрабатываются более
эффективные способы для
получения клинкера, в част­
ности обжигом сырьевых
смесей в кипящем слое, во
взвешенном
состоянии и
плавлением.
Вводя некоторые услож­
нения в технологию и ис­
пользуя
соответствующее
сырье, на цементных заво­
дах выпускают особые виды
портландцементов. В наиме­
новании этих цементов под­
черкивают их особые свой­
ства
(быстротвердеющий,
сульфатостойкий, белый, ги­ Рис. 56. Автоматическая шахтная печь
для
обжига
клинкера:
дрофобный и т. п.) или об­
'I — бункер сырьевой смеси; 2 — питатель; 3 —
ласти их применения (це­ вибратор; 4 — весовой дозатор; 5 — течка; 6 —
гранулятор; 7 — устройства для
мент для дорожных покры­ тарельчатый
чистки тарелки; 8 — печной колпак* 9 — рас­
тий, цемент для производст­ пределительная воронка; 10 — воздухопровод;
/ / — трубопровод для кислорода; 12 — разгру­
ва асбестоцементных изде­ зочная решетка; 13 — вибратор; 14 — лоток
15 — двухшлюзный затвор;
лий и др.) или их отличают питателя клинкера;
16 — клапан затвора
33
от обычных по химическому составу (магнезиальный, кремнеземи­
стый и т. д.). Эти цементы характеризуются нормированным со­
ставом клинкера, более тонким измельчением или содержанием
специальных добавок.
Производство шлакового портландцемента на заводах с полным
производственным циклом (включая получение клинкера) слага­
ется из следующих основных операций: изготовления портландцементного клинкера; подготовки гранулированного шлака; получе­
ния шлакопортландцемента совместным помолом клинкера, гра­
нулированного шлака и гипса.
При изготовлении клинкера в качестве глинистого компонента
обычно используют гранулированный шлак, что вследствие близо­
сти его химического состава к химическому составу портландце­
мента позволяет получить сырьевую смесь надлежащего качества
при сравнительно небольших добавках известняка. Это дает воз­
можность значительно сократить расход топлива на декарбониза­
цию, а следовательно, и на обжиг клинкера. Для получения клин­
кера пригодны как гранулированные, так и медленно охлажденные
(отвальные) доменные шлаки. Однако при измельчении последних,
обладающих большей прочностью, необходимы повышенные расхо­
ды электроэнергии. Поэтому обычно используют гранулированные
шлаки.
£
Сырьевую смесь на основе шлаков можно готовить сухим и мок­
рым способами. При мокром способе достигаются лучшие техникоэкономические показатели работы завода, но возникают трудно­
сти при гомогенизации шлакового шлама вследствие его быстрого
загустевания, а иногда и схватывания, а также большой склонно­
сти этого шлама к расслоению (выпадению из суспензии частичек
шлака). По этим причинам предпочитают сухой способ производ­
ства. Сырьевую смесь готовят тонким измельчением шлака и изве­
стняка (в установленном соотношении) в шаровых мельницах по
замкнутому циклу с совмещением процессов помола и сушки.
Наибольшее распространение получили помольно-сушильные
установки с трубной мельницей 3X 8 или 3,2X 8,5 м и двумя цент­
робежными сепараторами (см. рис. 36). При влажности более 8—
10% шлак предварительно подсушивают в сушильных барабанах.
Для обжига применяют вращающиеся печи с циклонными теп­
лообменниками или конвейерными кальцинаторами.
Подготовка гранулированного шлака, используемого в качестве
безобжигового компонента цемента, обычно сводится к его сушке.
Последняя производится в сушильных барабанах при температуре
не выше 600—700° С, так как при более высокой температуре воз­
можно расстекловывание шлака и как вследствие этого снижение
гидравлической активности. Шлаки высушивают до конечной влаж ­
ности 1—2%.
Шлакопортландцемент получают совместным помолом в много­
камерных шаровых мельницах клинкера, высушенного шлака и
гипса, вводимого для регулирования сроков схватывания цемента.
В зависимости от качества гранулированных шлаков и требуемой
134
прочности цемента в шлакопортландцементы вводят до 50—60%
основных шлаков и до 30—40% кислых.
Шлакопортландцементы выпускают М200, 300, 400 и 500 и быстротвердеющий М400 с прочностью при сжатии в 3-суточном воз­
расте не менее 200 кгс/см2. Бьгстротвердеющий шлаковый цемент
размалывают до удельной поверхности 4000—4500 см2/г. При его
изготовлении применяют двухстадийный помол (рис. 57). Вначале
измельчают клинкер, а затем ведут совместный -помол клинкера в
виде порошка, а шлака и гипса в виде крупки. Этим обеспечива­
ется в цементе более тонкое измельчение клинкерных частичек,
обусловливающих быстрое твердение этого цемента.
Производство пуццоланового портландцемента обычно осуще­
ствляют на заводах с полным технологическим циклом производ­
ства. Такие заводы отличаются от заводов портландцемента по
существу лишь оснащением цеха помола дополнительным обо­
рудованием для дробления и сушки активных минеральных
добавок.
Пуццолановый портландцемент обычно изготовляют совместным
помолом клинкера, активных минеральных добавок и гипса. Р а з ­
дельный помол клинкера и добавок менее выгоден, так как в этом
случае трудно добиться хорошего смешения и получить однород­
ный продукт. Перед помолом активные минеральные добавки дро­
бят до размеров не более 10— 15 мм. Так как большинство из них
являются вязкими материалами и часто имеют высокую влажность,
для этой цели применяют молотковые самоочищающиеся или вал­
ковые дробилки с зубчатыми или рифлеными валками. Более плот­
ные добавки дробят в щековых и молотковых дробилках. Дробле­
ные минеральные добавки сушат в противоточных сушильных ба­
рабанах, вихревых и других сушилках до влажности не более
1- 2 % .
Помол клинкера, мин ральных добавок и гипса ведут в много­
камерных трубных мельницах, работающих по открытому циклу.
Помол по замкнутому циклу возможен лишь при близких показа­
телях плотности клинкера и добавки и их одинаковой размалываемости. Пуццолановые портландцементы измельчают до остатка на
сите № 008 не более 15% (обычно 10— 12%).
На крупных гидротехнических строительствах этот цемент ино­
гда получают мокрым способом, измельчая его компоненты в при­
сутствии воды. Получаемый при этом цементный шлам с влажно­
стью 35—40% сразу же используют для приготовления бетонов и
растворов. Допускается хранение цементного шлама в течение не­
скольких часов в бассейнах, оборудованных пневматическими и
комбинированными (механическими и пневматическими) мешал­
ками для перемешивания. Применение мокрого помола позволяет
не сушить добавки, увеличивает производительность мельниц
и т. д., что дает возможность сократить расход электроэнергии и
увеличить степень гидратации цемента. Недостаток этого спосо­
ба — необходимость немедленного использования цементного ш ла­
ма во избежание его схватывания.
135
О?<■>
S
B
f
а» о
к н ео
СП са
ляs
О
«=3
О
<Йсх^
H i
и
о 8
5 S
л
я а
СО
С >«^
О
К
СО
л
ЕС
»я
gj
*=с
со
н
о
X
>»
ю
со
н
Я
О)
S
0
ЕГ
Я
Ж
си
«=:
н
сх
|
X
й?
о
н
я
<и
е?
■■
S
о
а.
о
н о
к о
я
аз
о
я
Я I
CJ
0*0*
К
с со
0 я S
СО СО w
о
«
=
;
1
45 я^
*о
СО
о
Н
а Лsj
... с .р * с э
со ф н о
е; Я
о
я 5я Qjо
2
о'О'Э*х
С I <ы
5>
ООО 3
£
Щ
0 • * йCQ
К
2
СО
о
с
о
н
Н
| | I о
ей
с* сз
соям ^
еа э*—• *
Q
>к( •«3
а
р< о
ои
СО к
<и
<D
С*
О.
о>
CQ
н
о
сх
н
о
м
из
VO
к
О)
D*
>>
•=;
о
с
£>
2
а
с а к °*
_ о
tf4ii
Я Ч Я л
R
О
Я
Я С*
Л (X , <L>
4фЬ
« ' 0н
5** О.^^*яи,
Я
to
° - g
С08?0
frt
і
сз Я
id Г
р.
аЭ ь
g HS8
S^55
13s
О
" S
я о
Я Н «в"***
я Я
фю ..
о 4 £?s
sа»'! 12
Я -
СО
я
4
•я о
со Я
s? я2 5 ^ <Lf
*3 в* о со ®
я е:
о
СЗ ь
о
CQ
я
О
ч Ч) *=:
Я
ес
I
>»
сз 1 а
<n ьн
аГ
и
• * СО
>> са о, *
о. Ф
#
к О
IS а>
LO Я к н
я
я
• я « I
О
Ч Я о»
S
Я
^
о.
а
& си •*
<и я 2
•*.н
в
1
я я £*
я Я
>»ю я
° | я&
»о я
4. П рои зводство бесклинкерны х в я ж у щ и х вещ еств
Технология бесклинкерных вяжущих веществ наиболее проста
и обычно заключается в проведении следующих операций: склади­
рования сырьевых материалов, дробления и сушки шлаков или ак­
тивных минеральных добавок, дробления извести и гипса, дозиро­
вания компонентов вяжущего, совместный их помол, складирова­
ние и отправка потребителям готового вяжущего.
На рис. 58 дана технологическая схема типовой помольной ус­
тановки для получения известково-шлакового цемента и других ви­
дов бесклинкерных шлаковых вяжущих и порошков. Гипсовый ка­
мень навалом, а комовая известь в контейнерах поступают на
склад добавок по железной дороге. Со склада их подают грейфер­
ным краном 1 в приемный бункер, из которого пластинчатым пи­
тателем 2 загружают в роторную дробилку 3. Дробленый матери­
ал и просыпь из пластинчатого питателя поступают затем на лен­
точный конвейер 4 и транспортируется в бункера, установленные
над мельницей 5. Гранулированный шлак подают со склада уста­
новки грануляции в приемные бункера и через ленточные питате­
ли 6 — в <^шильно-помольное отделение.
Предусмотрены два варианта подачи шлака. В летний период
при влажности менее 3% подают непосредственно в бункер над
мельницей. При большей влажности предусматривают его сушку в
сушильном барабане 7. Для этого шлак ленточным конвейером по­
дают в расходный бункер 8, а питание барабана осуществляют
дисковым питателем через ленточный весоизмеритель.
Высушенный до влажности 1—2% гранулированный шлак эле­
ватором транспортируют в расходный бункер над мельницей. Ш лак
в барабане сушат газовоздушной смесью, получаемой сжиганием в
специальной топке коксодоменного газа. Отходящие дымовые газы
сушильного барабана очищают в батарейном циклоне 9 и электро­
фильтре 10, а затем вентилятором 11 выбрасывают в атмосферу
Уловленную в пылеочистительных устройствах пыль винтовым
конвейером 12 подают в элеватор, а затем в расходный бункер
шлака над мельницей.
Помол гранулированного шлака и добавок осуществляют в вы­
сокопроизводительной сепараторной мельнице 5, работающей по
замкнутому циклу с двумя центробежными сепараторами 13. М а­
териал подают в мельницу дисковым питателем через ленточные
весоизмерители. Измельченный в первой камере материал через
разгрузочное устройство в середине мельницы элеватором 14 по­
ступает в сепараторы. Из сепараторов фракции крупнее 0,02 мм
возвращают на домол в мельницу, а менее 0,02 мм пневмотранс­
портом поднимают в силосный склад. Для интенсификации помола
предусмотрена аспирация мельницы.'
Аспирационный воздух, выходящий из мельницы через аспирационную коробку, очищают в циклонах 15 и рукавном фильтре 16.
Осевшую пыль вместе с фракцией менее 0,02 мм двухкамерным
137
Рис. 58. Технологическая
схема
помольной
установки
для
получения
известково-шлакового
цемента
пневмонасосом 17 подают в силосный склад. Очищенныи воздух
дымососом 18 отводят в атмосферу.
Для очистки воздуха при пневмозагрузке силосов установлены
рукавные фильтры 16 с отсасывающими вентиляторами. Вяжущее
из силосов в вагоны или цементовозы выгружают через боковые
разгружатели 19. Для предотвращения слеживания цемента пре­
дусмотрена его перекачка из силоса в силос.
5. Автоматизация производства вяжущих веществ
На современных заводах вяжущих веществ для автоматизации
производства применяют:
дистанционное автоматизированное управление электроприво­
дами основных, вспомогательных и транспортных механизмов и
регулирующих органов с автоматической сигнализацией и блоки­
ровкой;
автоматический технологический контроль;
автоматическое регулирование отдельных технологических опе­
раций и линий.
В наибольшей мере автоматизированы цементные заводы. Для
них серийно выпускают оборудование для автоматического регу­
лирования мокрого помола сырьевой смеси, помола в мельницах
открытого цикла, сушки материалов в сушильных барабанах, по­
мола с одновременной подсушкой материала, обжига клинкера
и др.
Регулирование приготовления глиняного шлама. Задачей авто­
матического регулирования приготовления глиняного шлама явля­
ется получение шлама определенной вязкости (влажности) с по­
стоянным отношением глины к воде. Для этого необходимо при
изготовлении шлама достичь равномерного питания глиной и соот­
ветствующим количеством воды. На рис. 59 дана схема автомати­
ческого регулирования роторной мельницы, которая включает в
себя четыре системы. Система регулирования / служит для стаби­
лизации загрузки. Регулируемым параметром в ней является мощ­
ность, потребляемая двигателем мельницы 3, при изменении кото­
рой регулятор загрузки мельницы 7 управляет скоростью вращ е­
ния двигателя пластинчатого питателя 1.
Система II предназначена для стабилизации отношения коли­
чества глины к количеству воды и измерения производительности
мельницы. Датчиками в этой системе являются электромагнитный
расходомер шлама 10 и весовой индикатор плотности 11, показа­
ния которых поступают на ферродинамический датчик вторичного
прибора расходомера 10, изменяющий сигнал пропорционально
произведению расхода шлама и его плотности, т. е. производитель­
ности мельницы по весу сухой глины. Выработанный сигнал посту­
пает в прибор 12, показывающий значение производительности
мельницы. Одновременно прибор 12 выдает сигнал, пропорциональ­
ный содержанию сухой глины в шламе, в задатчик 14, в котором
он сравнивается по величине с электрическим сигналом от расхо39
домера воды 16. При нормальном ходе процесса выходной импульс
задатчика равен нулю и подключенный к нему регулятор 13 не ра­
ботает. При отклонении процесса в задатчике возникает’выходной
сигнал, который в зависимости от знака открывает или закрывает
вентиль 15 на трубопрово­
де воды, обеспечивая за­
данное соотношение коли­
чества глины к воде.
Система III обеспечивает постоянство вязкоети шлама. Датчиками
служат также два прибо­
ра — расходомер шлама
10 и дифманометр 17, из­
меряющий перепад давле­
ния
на
определенном
участке
шламопровода.
динамическая
вязкость
ш лама может быть опре­
делена, как частное от де'ления мгновенного расхо­
д а на перепад давления.
^Пропуская
полученные
сигналы от датчиков в
прибор 18, производящий
Рис. 59. Схема автоматического регули­
рования приготовления глиняного шлама
арифметические действия
в роторной мельнице:
над
величинами,
'заданны­
/ — пластинчатый питатель глины; 2 — дро­
ми в виде сигналов, фик­
билка; 3 — роторная мельница; 4 — шламовый
насос; 5 — индукционная муфта скольжения;
сируется
вязкость
шлама.
6 — электродвигатель мельницы; 7 — регулятор
загрузки мельницы; 8 — дифманометр-уровнеВыдавая из этого прибора
мер; 9 — регулятор производительности насоса;
сигнал,
пропорциональ10 — расходомер глиняного шлама; 11 — инди­
катор плотности; 12 — вторичный прибор, по­
даыи
вязкости
шлама, че­
казывающий производительность
мельницы;
13 — регулятор отношения сухой глины к воде;
рез
регулятор
13 можно
и
14 — задатчик;
15 — регулирующий
вентиль;
управлять
вентилем
15
и
16 — расходомер воды; 17 — дифманометр; 18 —
I
вискозиметр; 19 — трубопровод воды; 20 — тру­
изменять расход воды.
бопровод шлама; 21 — подача глины; 22 — по­
дача сжатого воздуха
Система IV служит
щ/
для поддержания (ПОСТО­
ЯННОГО уровня шлама в приямке мельницы.
мельницы, д
атч и к — дифмано­
Датчик
метр 8 передает сигнал об уровне шлама в регулятор 9, управляю­
щий величиной тока в обмотке возбуждения индукторной муфты
скольжения 5, в результате чего меняется количество оборотов у
насоса 4, откачивающего шлам от мельницы.
Регулирование работы мельниц. При автоматизации помольных
установок необходимо обеспечить требуемую тонкость измельче­
ния, постоянство состава многокомпонентной смеси, максимальную
производительность мельниц, а при мокром помоле еще и задан­
ную влажность шлама. На рис. 60 приведена одна из схем автома­
тического регулирования сырьевой мельницы мокрого помола из­
вестняка и глиняного шлама.
140
Непосредственное определение тонкости измельчения размалы­
ваемого в мельнице продукта затруднено из-за отсутствия соответ­
ствующих датчиков. Автоматическое регулирование шаровых мель­
ниц осуществляют, используя в качестве регулируемой величины
косвенный параметр — степень заполнения мельницы измельчае­
мым материалом. Последний определяют по частоте акустическо­
го спектра шума, издаваемого мельницей в зависимости от загруз­
ки ее материалом.
Л
Автоматическое управление мельницей мокрого помола осуществляют двумя системами регулирования, Система / регулирует
загрузку мельницы твер­
дыми компонентами сырь­
евой смеси. Датчиком в
ней служит микрофон 10 ,
установленный у первой
камеры мельницы. Сигнал
от микрофона поступает в
прибор для измерения
ча стоты шума и в виде
импульсов «выдается на
электронные регуляторы
Р\ и Р 2, которые через
исполнительные механиз­
изменяют
подачу
мы
сырья в мельницу, сохраяяя заданное соотноше­
ние между компонентами Рис. 60. Схема автоматического регулиро­
вания работы сырьевой мельницы:
смеси.
1 — мельница; 2, 3, 5 — исполнительные механиз­
Система II поддержи­ мы
питателей; 4 — питатель глиняного шлама;
вает определенную влаж ­ 6 — исполнительный механизм подачи воды; 7 —
дпфманометр расхода воды; 8 т- усилительно-пре­
ность (вязкость) выходя­ образующий блок; 9 — вискозиметр; 10 — микро­
фоны
щего из мельницы шлам а . В качестве регули­
и
руемой величины используется частота шума во второй камере мельницы, в которой““^^ода в основном усваивается сырьем.
Непосредственное определение вязкости шлама после
мельницы из-за большого запоздания практически исключает воз­
можность регулирования подачи воды и глиняного шлама по это­
му параметру. Сигнал от датчика (второй камеры), как и в системе
/, сравнивается в электронных регуляторах Рз и Р \ по значению
частоты шума с требуемым для выпуска шлама заданной влажнос­
ти и при наличии отклонений через исполнительные механизмы
изменяется количество подаваемого глиняного шлама и воды.
Регулирование процесса помола и сушки материалов. Схема ав-fl
томатического регулирования процесса помола и сушки в шаровой
мельнице с проходным сепаратором (рис. 61) состоит из трех сис­
тем. Система / служит для стабилизации расхода теплоносителя
(горячего газа), проходящего через мельницу. Датчик этой систе­
м ы — расходомер Дж установленный за циклоном, дает регулято4
ру Р\ сигнал о количестве проходящего через мельницу газа. При
отклонении от заданного расхода регулятор воздействует на меха­
низм И M i — дроссельную заслонку, изменяющую сопротивление
газового потока и его скорость.
*
Система II обеспечивает стабильность питания мельницы. Д ат­
чиком— дифманометром Д 2 измеряется перепад давления между
входным и выходным патрубками мельницы, косвенно характери­
зующий при постоянном расходе газа уровень загрузки мельницы
материалом. Чем боль­
ше перепад давления,
тем больше поступает
в мельницу материала.
При отклонении от тре­
буемого регулятор Р 2
подает механизму ИМ 2
команду на изменение
положения ножа тапитателя
рельчатого
Рис. 61. Схема автоматического регулирования
или задатчика весового
процесса совмещенного помола и сушки в ша­
дозатора.
ровой мельнице:
Системой
III
под­
/ — расходный бункер; 2 — тарельчатый питатель;
3 — топка; 4 — мельница; 5 — циклон
держивается постоян­
ная температура газов
при выходе из мельницы. При колебаниях влажности поступающе­
го в мельницу материала изменяется температура газов, выходя­
щих из мельницы. Регулятор Рз, получая сигнал от термометра
сопротивления (датчика Дз), установленного на выходной горло­
вине мельницы, приводит в действие механизм И М 3 — дроссель­
ную заслонку, регулирующую присадку холодного воздуха. При
поступлении в мельницу более влажного материала уменьшается
количество засасываемого холодного воздуха, температура газов
на входе возрастает, что вызовет повышение температуры газов
на выходе из мельницы. Поддерживая постоянную температуру
газов при выходе из мельницы, эта система позволяет при колеба-и
нии влажности сырья получать готовый продукт с постоянной
влажностью.
Регулирование процесса обжига клинкера. Автоматическое ре­
гулирование процессов обжига представляет собой трудную за д а ­
чу, так как при получении клинкера сырьевая смесь последователь­
но претерпевает ряд сложных физических и химических превраще­
нии, каждое из которых в разной мере влияет на его качество.
Из-за большого количества технологических параметров, опреде­
ляющих ход этих процессов, трудно выделить один или даже дватри из них, которые бы однозначно характеризовали весь процесс
обжига клинкера.
В применяемых схемах автоматического регулирования про­
цессов обжига клинкера часто в качестве основных регулируемых
величин используют температуру отходящих газов, температуру
материала в зоне кальцинирования и температуру в зоне спекания.
142
Для обеспечения нормальной работы печи стабилизируют подачу
шлама в печь, содержание кислорода в отходящих газах (для пол­
ного сгорания топлива) и давление природного газа перед печью.
Таким образом в схему автоматического регулирования печи вклю­
чают шесть регуляторов (рис. 62).
Система / стабилизирует подачу шлама в печь. Датчик ее —
электромагнитный расходомер шлама передает сигнал о количест­
ве поступающего в печь шлама в электронный регулятор Р ь кото­
рый вырабатывает регулирующее воздействие на пережимное уст­
ройство, служащее в данном случае питателем шлама.
Рис. 62. Схема автоматического регулирования вращающейся печи для обжига
клинкера:
/ — диафрагма; 2 — исполнительный механизм подачи газа; 3 — исполнительный механизм
поворота шибера; 4 — радиационный пирометр; 5, 6 — термопары; 7 — газоанализатор; 8
расходомер шлама; 9 — пережимное устройство
Система II (регулятор Р 2 прямого действия) поддерживает по­
стоянное давление газа в газопроводе на входе в печь.
Система III служит для стабилизации температуры отходящих
из печи газов. Отклонение от заданной является косвенным пока­
зателем изменения влажности материала перед цепной завесой в
печи. Для поддержания нормального хода обезвоживания шлама
регулятор Рз через исполнительный механизм прикрывает или при­
открывает шибер перед дымососом, что изменяет разрежение в пы­
леосадительной камере и температуру отходящих газов.
Система IV контролирует и регулирует температуру материала
в зоне кальцинирования. Датчик — термопара, установленная в
самоочищающемся кармане, сигнализирует об изменении темпера­
туры в этой зоне, определяющей интенсивность декарбонизации из­
вестняка. Регулятор щ через исполнительный механизм изменяет
степень открытия дроссельной заслонки на газопроводе, регулируя
в ограниченных пределах расход газа (в расходомер встроен вто­
ричный прибор, ограничивающий максимальную и минимальную
подачу газа в печь).
Система V (регулятор Ps) предназначена для контроля и регу­
лирования температуры в зоне спекания. В качестве чувствитель­
ного элемента в системе V применяется радиационный пирометр,
визированный через отверстие в головке печи на материал в этой
143
зоне. Сигнал пирометра передается на регулятор Р 5, изменяющий
расход газа путем воздействия на задатчик регулятора Р а . Е с л и
температура в зоне кальцинирования будет ниже допустимой, то
регулятор Ръ может изменять расход газа только в сторону уве­
личения.
Система VI поддерживает необходимое содержание кислорода
в отходящих газах, при отклонениях от нормы регулятор Ре воз­
действует на задатчик регуляторов Рз и Р^ обеспечивая нормаль­
ное сгорание топлива. Система VI отменяет команды на увеличе­
ние подачи топлива при уменьшении содержания кислорода ниже
нормы и на уменьшение подачи газа при увеличении его содержа­
ния выше нормы.
Регулирование работы сушильных барабанов. Основной целью
автоматического регулирования этих агрегатов является получение
материала с влажностью не более 1,5—2%. На рис. 63. приведена
Рис. 63. Схема автоматического регулиро­
вания процесса сушки в сушильных бара­
банах:
1 — сушильный барабан; 2 — топка; 3 — тарельча­
тый питатель; 4 — регулятор стабилизации тем­
пературы; 5 — термопара в смесительной камере;
6 — регулирующий вентиль газа; 7 — регулятор
загрузки; Я — термопара на первом метре б ар а­
бана; 9 — термометр сопротивления
схема автоматического регулирования процесса сушки в прямоточных барабанах с тарельчатыми питателями, работающих на газе.
Схема включает в себя две системы: поддержания конечной влаж ­
ности выходящего материала в заданных пределах; стабилизации
температуры в смесительной камере барабана. В первой схеме в
качестве чувствительных элементов применяют два датчика — тер­
мопара 8, измеряющая температуру на первом метре сушильного
барабана, где интенсивно идет испарение влаги из материала (зона
быстрой сушки), термометр сопротивления 9, измеряющий темпе­
ратуру высушенного материала, косвенно характеризующую его
144
конечную влажность. Регулятор 7, анализируя отклонение темпе­
ратуры в зоне быстрой сушки по показаниям термопары и при вы­
ходе из барабана по данным термометра, изменяет подачу сырья
в барабан в зависимости от начальной влажности, регулируя че­
рез исполнительный механизм положение ножей тарельчатого пи­
тателя.
Датчиком системы II служит термопара 5, помещенная в сме­
сительной камере, сигнал от которой поступает на регулятор 4
(электронный потенциометр). Позиционное регулирующее устрой­
ство, воздействуя на заслонку, установленную на трубопроводе га­
за, изменяет количество его, подаваемого в топку барабана. Р ас­
ход первичного и вторичного воздуха при этом поддерживается
постоянным.
Регулирование процесса помола. Для автоматического регулиро­
вания процесса помола вяжущих в мельницах, работающих в от­
крытом цикле, используют микрофонное устройство, устанавлива­
емое у первой камеры мельницы. Стабилизация расхода отдельных
компонентов вяжущих достигается весовыми дозаторами, а приня­
тое соотношение между ними поддерживается регуляторами соот­
ношения или устройствами синхронизации, предусматриваемыми
в самих дозаторах.
Рис. 64. Схема автоматического регулирования
помола в сепараторной мельнице:
/ — микрофонное устройство; 2 — регулятор загрузки
клинкера; 3, 4 — регуляторы загрузки гипса и до­
бавки; 5 — регулятор-преобразователь; 6 — задатчик
регулятора загрузки клинкера; 7 — выход готового
цемента; 8 — возврат крупки; 9 , 10, 11 — бункера
шлака, гипса и клинкера; 12 — сепараторы
Регулирование процесса помола в мельницах, работающих по
замкнутому циклу с сепараторами, осуществляется путем поддер­
жания постоянства загрузки первой камеры и циркулирующей на­
грузки мельницы (количества материала, циркулирующего по зам ­
кнутому кругу в мельнице).
Постоянство загрузки первой камеры осуществляется регулиро­
ванием работы дозирующих устройств по частоте шума (рис. 64),
145
а циркуляционной нагрузки — используя в качестве регулируемой
величины косвенный параметр — потребляемую мощность электро­
двигателя элеватора. Последнюю измеряют ваттметром
преобра­
зователем 5, по сигналу которого задатчик 6 регулятора 2 изменя­
ет дозировку.
Помимо рассмотренных выше схем регулирования, на цемент­
ных заводах применяют устройства для автоматического управле­
ния и другими операциями, а также работой компрессорных, ко­
тельных, насосных и других установок и вспомогательных уст­
ройств.
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ТЕХНОЛОГИЯ БЕТОННЫХ И Ж ЕЛЕЗОБЕТОННЫ Х ИЗДЕЛИИ
Глава 8
БЕТОНЫ, ИХ СВОЙСТВА И МАТЕРИАЛЫ Д Л Я ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Бетоном называют искусственный каменный материал, получа­
емый в результате твердения однородной и рационально состав­
ленной смеси из вяжущего вещества, заполнителей и воды.
Бетон является основным материалом для строительных конст­
рукций и широко используется для всех видов современного стро­
ительства. Первоначально бетон применялся лишь в монолитных
конструкциях, но уже первые изделия из бетона и железобетона —
трубы, кольца, перемычки, балки, плиты и др.
начали изготов­
ляться в конце прошлого века.
В Советском Союзе сборные железобетонные конструкции полу­
чили применение в восстановительный период 1925— 1928 гг., а в
первые пятилетки из сборного железобетона были построены 'кор­
пуса многих крупных заводов. Применение сборного железобетона
ограничивалось из-за отсутствия надлежащей базы для его про­
мышленного производства и, как следствие этого, из-за высокой
стоимости.
В августе 1954 г. ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли
постановление «О развитии производства железобетонных конст­
рукций и деталей для строительства», предусматривающее даль­
нейшую индустриализацию строительства на основе массового
применения сборного железобетона. В короткий срок были постро­
ены сотни заводов железобетонных изделий, оснащенных современ­
ной техникой. Объем производства сборного железобетона увели­
чился с 2,8 млн. ж3 в 1954 г. до 83 млн. м3 в 1970 г. По производст­
ву сборного железобетона наша страна прочно занимает первое
место в мире.
1. Виды бетонов и их классификация
Бетоны по различным признакам и видам делятся на несколько
групп.
По объемной массе бетоны бывают: особо тяжелые с объемной
массой более 2500 кг/м3-, тяжелые с объемной массой 1800—
147
2500 кг/м5-, легкие с объемной массой 500— 1800 кг/м3 и особо лег­
кие с объемной массой менее 500 кг/м3.
.
Особо тяжелые бетоны изготовляют на заполнителях с повы­
шенной объемной массой — магнетите, гематите, лимоните и дру­
гих рудосодержащих материалах, а также чугунном скрапе, дро­
би и пр.
Тяжелые бетоны готовят на заполнителях из прочных и плот­
ных природных горных пород, мартеновских, доменных и других
шлаков.
Легкие бетоны приготовляют на пористых и легких заполните­
лях искусственных — керамзите, аглопорите, термозите и др., или
природных — пемзе, туфах, лаве и др. Разновидностями легкого
бетона являются: ячеистый бетон, представляющий собой цемент­
ный камень с большим количеством мелких пор в виде ячеек, за ­
полненных воздухом, и крупнопористый (беспесчаный) бетон на
плотном или пористом крупном заполнителе без песка или с не­
большим количеством его.
Особо легкие бетоны — это ячеистые бетоны с высокой степенью
пористости или крупнопористые (беспесчаные) бетоны на особо
легких пористых заполнителях (вспученных перлите и вермикулите).
В зависимости от наибольшей крупности заполнителей различа­
ют бетоны: крупнозернистые — на заполнителях с наибольшей
крупностью 10— 150 мм и мелкозернистые — с заполнителем круп­
ностью до 10 мм.
По виду используемых вяжущих веществ бетоны делят на це­
ментные, приготовляемые на клинкерных цементах — портландце­
менте и его разновидностях, шлаковых и пуццолановых цементах
и пр.; силикатные, изготовляемые на известково-кремнеземистых
(известково-песчаных) вяжущих при твердении в автоклавах; гип­
совые — на гипсовых вяжущих; бесклинкерные — на бесклинкер­
ных вяжущих веществах (известково-шлаковых, известково-пуццолановых и других цементах); полимерцементные бетоны — на не­
органических вяжущих веществах с добавками полимерных
материалов.
По свойствам и назначению различают бетоны:
конструктивные, используемые для несущих бетонных и желе­
зобетонных конструкций, главной характеристикой которых явля­
ются прочностные показатели;
конструктивно-теплоизоляционные — для ограждающих конст­
рукций зданий, обладающие как несущей способностью, так и теп­
лозащитными свойствами;
теплоизоляционные, применяемые для тепловой изоляции кон­
струкций и отличающиеся высокими теплоизоляционными свой­
ствами;
гидротехнические — для плотин, шлюзов, облицовки каналов и
других конструкций, обладающие повышенной стойкостью против
воздействия окружающей среды — воды и температуры;
дорожные — для покрытий дорог, взлетно-посадочных площа­
док аэродромов и других конструкций, отличающиеся повышенной
148
износостойкостью и другими видами стойкости при переменных воз­
действиях температуры и влаги;
декоративные, применяемые для отделки лицевых поверхнос­
тей ограждающих конструкций и изделий;
специальные — жаростойкие, кислотоупорные, особо тяжелые
для биологической защиты и др., обеспечивающие повышенную
стойкость в определенных условиях эксплуатации.
2. Бетонная смесь и ее свойства
Бетонной смесью называют рационально составленную однород­
ную смесь компонентов бетона до его схватывания и затвердевания.
Бетонная смесь должна обладать комплексом технологических
свойств, позволяющих осуществлять ее приготовление, укладку и
уплотнение.
Основным технологическим показателем бетонной смеси явля­
ется удобоукладываемость. Под удобоукладываемостью понимает­
ся способность бетонной смеси заполнять форму под действием си­
лы тяжести или при приложении внешнего воздействия. Обычно
различают три степени удобоукладываемости: жесткую, подвижную
(пластичную) и текучую (литую). Пластичные бетонные смеси об­
ладают способностью принимать заданную форму без разрывов и
расслоения на составляющие и отделения воды, т. е. сохранять
слитное строение.
Степень удобоукладываемости и пластичности бетонной смеси
определяется величиной внутренних сил трения и сцепления между
разнородными ее частицами. Эти силы препятствуют бетонной сме­
си изменять принятую ранее форму, в то же время придают ей не­
которую связность, исключающую возможность расслоения и отде­
ления воды.
Возможность смещения частиц бетонной смеси относительно
друг друга (вязкого течения) определяется следующим реологи­
ческим * уравнением
dv
т - т 0= ч _ ,
где т — приложенное тангенциальное напряжение; т0 — добавочное
сопротивление бетонной смеси сдвигу; t] — коэффициент пропорци­
ональности, характеризующий пластические свойства смеси;
d v /d l — градиент скорости течения.
Д ля приведения бетонной смеси в состояние вязкого течения с
градиентом скорости d v /d l необходимо, чтобы приложенное танген­
циальное напряжение т превзошло некоторый предел то (предель­
ное напряжение сдвига), при превышении которого смесь приобре­
тает свойства вязкой жидкости. Это добавочное сопротивление
вызвано наличием в бетонной смеси внутренних сил трения и сцеп*
Реология — наука о текучести и деформации сплошных сред — истинных
жидкостей, коллоидных и дисперсных систем.
149
ления, связывающих ее в единую структурированную* систему,
обладающую определенной прочностью.
Чтобы привести слои бетонной смеси в движение с градиентом
скорости dv/dl, прямопропорциональным внешнему напряжению
сдвига, необходимо сначала разрушить эту структуру. При прило­
жении внешних воздействий, недостаточных для преодоления
структурной прочности смеси, могут происходить лишь упругие де­
формации. Таким образом, бетонная смесь при определенных усло­
виях ведет себя как упругое твердое тело, в других — как вязкая
жидкость. Такие системы (физические тела) называются упруговязко-пластичньгми.
В начальный период вязкость таких систем rj можно рассматри­
вать, как сумму двух слагаемых: структурной вязкости (прочнос­
ти) г)стр и истинной вязкости г)ист> подчиняющейся закону Нью­
тона
V
^Істр + ^ІИСТ*
отличие от истинной вязкости, зависящей только от природы
жидкости, структурная вязкость в адиабатических условиях может
быть доведена до величины, близкой к нулю, встряхиванием, толч­
ками, колебательными импульсами и пр. Как только эти воздейст­
вия прекращаются, вязкость смеси вновь возрастает до первона­
чальных значений, и начальная прочность структуры восстанавли­
вается.
Свойство структурированных систем обратимо изменять свои
реологические характеристики под влиянием внешних механичес­
ких воздействий называют тиксотропией.
В зависимости от реологических свойств бетонные смеси услов­
но разделяют на подвижные и жесткие. Подвижные смеси сравни­
тельно легко перемешиваются при приготовлении и заполняют фор­
му под действием сил тяжести или при приложении небольших
внешних усилий; жесткие смеси имеют повышенную структурную
прочность (вязкость) и требуют обязательного приложения меха­
нических воздействий для заполнения формы и уплотнения.
Подвижные бетонные смеси по внешнему виду представляют
собой пластичную смесь сплошного строения, в которой зерна з а ­
полнителя как бы взвешены в цементном тесте. Жесткие смеси
имеют вид рыхлой смеси, состоящей из отдельных зерен заполни­
теля, покрытых и склеенных между собой густым цементным тес­
том в местах контактов. Жесткие смеси в момент приготовления
не обладают свойствами пластичного тела, а приобретают пластич­
ность лишь при виброобработке в результате проявления тиксотропных свойств. Только разжижаясь, они укладываются в форму
как однородная вязкая смесь. В отличие от подвижных смесей при
укладке и уплотнении жестких смесей под действием внешних сил
наблюдается заметное уменьшение первоначального объема.
В
*
Структурированием называют процесс ориентации частиц в пространств
в дисперсных системах.
150
Удобоукладываемость подвижных смесей характеризуют вели­
чиной осадки (см) бетонного стандартного конуса под действием
сил тяжести, а жестких — продолжительностью вибрирования
(сек), необходимой для того, чтобы смесь, сформованная в виде
конуса, переходя в состояние вязкого течения, растеклась горизон­
тально и установилась на одном уровне в кольце и цилиндрическом
сосуде стандартного технического вискозиметра.
По значениям показателей жесткости и осадки конуса бетонные
смеси бывают следующих видов (табл. 5).
Таблица
5
Классификация бетонных смесей по показателям
жесткости и подвижности
/
Вид бетонной смеси
Особо ж е с т к а я .................................
Ж е с т к а я ...............................................
М ал оп одв и ж н ая ...............................
П о д в и ж н а я ........................................
Весьма п о д в и ж н а я .........................
Л и т а я ...................................................
Осадка
конуса, см
0
0
0 -2
3-- 8
10-- 1 2
15-- 1 8
Жесткость, с е к
Более 200
60- - 1 5 0
45-- 1 5
10 и менее
—
—
Жесткость и подвижность бетонной смеси зависят от вида вя­
жущего, содержания воды, количества цементного теста, крупнос­
ти и формы зерен заполнителя, содержания песков и др.
Наибольшее влияние на эти показатели бетонной смеси при про­
чих равных условиях оказывает содержание воды (рис. 65). При
небольшом содержании воды (100— 120 л/м3) в бетонной смеси
значительная часть ее прочно связывается силами молекулярного
сцепления и силами адсорбции с поверхностью зерен цемента и
заполнителей. На их поверхности образуются весьма тонкие вод­
ные оболочки, в которых вода приобретает свойства твердого тела
и не изменяет силы трения между зернами заполнителей бетонной
смеси, а наоборот, появляются силы сцепления. Поэтому при ма­
лых расходах воды бетонная смесь обладает минимальной подвиж­
ностью (даже меньшей, чем сухая смесь тех же компонентов).
По мере увеличения содержания воды в бетонной смеси водные
оболочки на поверхности твердых частиц утолщаются — происхо­
дит раздвижка зерен. При этом силы молекулярного сцепления
ослабевают, уменьшается вязкость цементного теста и трение меж­
ду зернами заполнителя. В результате подвижность бетонной сме­
си возрастает.
При дальнейшем увеличении количества воды (200 л/м3) для
обычного бетона вязкость цементного теста может понизиться на­
столько, что начнется расслоение смеси: зерна заполнителей не
смогут удерживаться во взвешенном состоянии и будут оседать, а
избыточная вода будет отделяться, поднимаясь вверх. Расслоение
бетонной смеси и водоотделение (седиментация) вызывают образо151
вание в бетоне капиллярных ходов, полостей под зернами запол­
нителей, рыхление верхнего слоя и нарушают однородность бетона, что отрицательно сказывается на его свойствах.
Наибольшее содержание воды в смеси, при котором не проис­
ходит ее отделение, называется водоудерживающей способностью
бетонной смеси. Водоудерживающая способность смеси увеличива­
ется при использовании вяжущих с повышенной нормальной густо­
той цементного теста, с уменьшением крупности заполнителей
(особенно песка), при введеминеральНИИ ТОНКОМОЛОТЫ Х
ных добавок.
ш
Д ля получения бетонной
смеси с удобоукладываемостью,
соответствующей применяемым
сейчас методам формования,
приходится вводить воду в ко­
JO
личествах больших, чем это
необходимо для химического
| 200
взаимодействия с вяжущим
веществом. Увеличение содер­
жания воды для получения
100 120 МО 160 180
200 220
большей подвижности привоСодержи“ие воды, л / м 3
дит к снижению плотности,
прочности и долговечности бе­
Рис. 65. Зависимость между содер­
тона.
Основной
задачей
техно­
жанием воды в бетонной смеси и ее
логии бетона является получе­
жесткостью и подвижностью:
ние бетонной смеси заданной
/ — жесткая смесь сразу после приготовле­
ния; 2 — то же, после выдержки в тече­
удобоукладываемости с мини­
ние 1 ч\ 3 — подвижная смесь сразу после
приготовления; 4 — то же, после выдерж­
мальным
необходимым
расхо­
ки в течение 1 ч
дом воды.
Количество воды, необходимое для получения смеси с требуе­
мой удобоукладываемостью, называется водопотребностью бетон­
ной смеси.
Водопотребность бетонной смеси и подвижность ее при постоянном расходе воды зависят от качества и вида заполнителей, по­
скольку они составляют основную часть бетона. Водопотребность
бетонной смеси уменьшается, а подвижность возрастает (при посто­
янном содержании воды) с увеличением крупности заполнителей У
с уменьшением шероховатости их поверхности, а также при дости­
жении оптимального содержания песка в смеси заполнителей. При
увеличенном содержании песка удобоукладываемость ухудшается,
что вызывает необходимость увеличения содержания воды для со­
хранения заданной подвижности смеси. Недостаток песка вызывает
опасность расслоения и потери однородности бетонной смеси. Что­
бы нейтрализовать эти явления, требуется повысить содержание
цементного теста. Жесткие смеси, в которых опасность водоотделения меньше из-за небольшого содержания воды, допускают
уменьшение содержания песка в большей мере, чем подвижные.
Водопотребность бетонных смесей возрастает при использоваО
152
нии пористых заполнителей. Последние частично отсасывают воду
внутрь зерен и требуют повышенного расхода цементного теста, а
следовательно, и воды на смачивание обычно сильно развитой по­
верхности.
Особенностью бетонных смесей на пористых заполнителях яв­
ляется недостаточная их удобоукладываемость, несмотря на повы­
шенный расход воды, и расслаиваемость. В связи с этим применя­
ют главным образом жесткие легкобетонные смеси.
Водопотребность бетонных смесей мало зависит от расхода вя­
жущих веществ. Обычные колебания в содержании цемента 100—
150 кг/м 3 не изменяют водопотребности смеси. Лишь при большом
содержании вяжущих (400—500 кг/м3) водопотребность увеличи­
вается с расходом цемента, причем на водопотребность также ока­
зывает влияние вид используемых вяжущих веществ.
Водопотребность может быть снижена введением в бетонные
смеси небольших добавок поверхностно-активных веществ. Так,
введение сульфитно-спиртовой барды (0,2—0,25% от веса цемента)
или мылонафта (0,08—0,1%) при изготовлении подвижных бетон­
ных смесей на обычных заполнителях уменьшает расход воды при­
мерно на 8— 10% при сохранении прежней удобоукладываемости.
Такой же эффект дает применение пластифицированного или гид­
рофобного цемента.
3. Свойства бетонов
Свойства бетонов зависят прежде всего от особенностей их
строения. Различают три типа строения бетонов: конгломератное,
ячеистое и крупнопористое.
Конгломератное строение характерно для обычных тяжелых и
легких бетонов на пористых заполнителях. При этом основной объ­
ем бетона составляют зерна и куски заполнителей разной формы
и размеров, сцементированные в монолит цементным камнем, окай­
мляющим сравнительно тонкими прослойками зерна заполнителей
и заполняющим пустоты между ними.
Ячеистое строение имеют ячеистые бетоны, характерным для
которого является наличие значительного количества (до 70—85%
от общего объема бетона) равномерно распределенных пор в виде
ячеек размером 0,5—2 мм.
Крупнопористое строение имеют беспесчаные бетоны, состоящие
из зерен крупного заполнителя, сцементированных в одно целое
прослойками цементного камня. Особенностью таких бетонов явля­
ется наличие крупных пор между зернами заполнителя.
Бетоны могут иметь и смешанное строение. Так, легкие бетоны
с поризованным цементным камнем представляют собой материал
конгломератного строения, сцементированный цементным камнем
ячеистого строения.
153
При любом строении бетон представляет собой капиллярно-пористое тело. Д аж е наиболее плотные бетоны конгломератного
строения на заполнителях из плотных пород имеют пористость 8—
10% от общего объема бетона, обусловливаемую пористостью це­
ментного камня и неплотностями, образующимися в зоне контакта
цементного камня с зернами заполнителей.
Пористая структура бетонов определяет важнейшие их свойст­
ва. Изменяя в нужном направлении общую пористость, размеры
пор и их распределение за счет использования различных техноло­
гических приемов приготовления, укладки, уплотнения, твердения
и пр., можно получать бетоны с заранее заданными свойствами и
техническими показателями.
Объемная масса бетонов изменяется в широких пределах от
300—350 (ячеистые бетоны) до 4200—4500 кг/м 3 (плотные бетоны
на специальных тяжелых заполнителях).
Водопоглощение и водопроницаемость бетонов зависят от их
общей пористости, размеров пор, соотношения между закрытыми
и открытыми порами, условий поглощения и фильтрации воды и др.
Водопоглощение обычного бетона на плотных заполнителях
составляет 4—8% по весу; легких бетонов на пористых заполните­
лях может достигать 20—25%, а ячеистых — даже до 35—40%.
Водопроницаемость бетонов на плотных заполнителях опреде­
ляется в основном наличием макро- и микрополостей в местах кон­
такта цементного камня с заполнителем. Цементный камень содер­
жит тонкие поры, большинство из которых имеет диаметр менее
1 мк, и не пропускает воду при больших давлениях.
По степени водонепроницаемости бетоны делят на марки В-2,
В-4 и В-8. Цифры показывают наибольшее давление воды, кото­
рое могут выдерживать образцы без признаков ее просачивания
при испытании по стандарту.
Увеличение расхода цемента, уменьшение расслаиваемости
бетонной смеси, применение уплотнения, соответствующего ее удобоукладываемости, а также тепловлажностной обработки, исключа­
ющей образование направленной пористости бетона и т. д., увели­
чивают водонепроницаемость бетонов. Д ля повышения водонепро­
ницаемости бетонов в них вводят поверхностно-активные добавки,
снижающие водопотребность смеси, или добавки (алюминат нат­
рия, хлорное железо и др.), блокирующие капилляры.
Прочность является важнейшей характеристикой бетона как
конструктивного материала. В сооружениях и конструкциях бетон
применяют для восприятия сжимающих усилий, так как его сопро­
тивление растяжению, скалыванию и срезу, как и других каменных
материалов, сравнительно невелико.
Механические свойства бетонов обычно характеризуют преде­
лом прочности при сжатии, в зависимости от которого их подраз­
деляют на марки. Марка бетона — это предел прочности при с ж а ­
тии бетонных образцов 200X200X200 мм, изготовленных из бе­
тонных смесей и испытанных через 28 дней нормального твердения
(при температуре 2 0 ± 2 ° С и относительной влажности воздуха не
154
ниже 90%), а силикатных и ячеистых бетонов — после тепловой
обработки и испытываемых в остывшем до температуры 20—25° С
состоянии.
Установлены для бетонов следующие марки: для тяжелого бе­
тона на плотных заполнителях— 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500
и 600; для легких бетонов на пористых заполнителях — 25, 35, 50,
75, 100, 160, 200, 250 и 300; для ячеистых — 25, 35, 50, 75, 100, 150
и 200.
Прочность бетонов при сжатии, как конгломератных материа­
лов, определяется прочностью его структурных составляющих (це­
ментного камня и заполнителей), а также величиной сцепления
между ними.
Прочность цементного камня зависит от его плотности и актив­
ности (марки) вяжущего вещества. Поэтому при хорошем уплот­
нении прочность бетонов на заполнителях, прочность которых пре­
вышает прочность бетона, может быть выражена функциональной
зависимостью R 6 = f(R n , В/Ц), в которой В/Ц (отношение веса во­
ды к весу цемента) определяет плотность цементного камня (/?ц —
марка цемента). Графически ее можно представить (для плотно
уложенных бетонов) в виде пучка параллельных гиперболических
кривых, отображающих уменьшение прочности бетона с увеличени­
ем водоцементного отношения, из которых каждая соответствует
цементу определенной марки (рис. 66).
КГС/СМ 2
I
I
0
1
0 ОАО 0,60 0,80 1,00В/и
Рис. 67. Общий характер зави­
симости прочности бетона от
цементно-водного отношения:
Рис.
66.
Зависимость
прочности бетона от во­
доцементного
отноше­
ния и марки цемента:
а — а — кривая
фактической проч­
ности бетона от Ц/В; б — б — рас­
четная прямая R—AR (Ц/В — в)
1 — марка
цемента 300; 2 —
400; 3 — 500; 4 — 600
ц
Предложена формула прочности бетона в виде линейной зави­
симости прочности от величины Ц/В. В этом случае на коротких
участках пологой кривой зависимости Р б = /(Ц /В ) ее можно без
больших погрешностей заменить прямой (рис. 67). Позднее эта
формула была уточнена и усовершенствована Б. Г. Скрамтаевым.
155
Общий вид зависимости прочности бетона от Ц/В и марки це­
мента для всех видов бетонов и растворов выражается формулой
где
Re — прочность бетона, кгс/см 2; Rn — марка цемента,
кгс/см2-, А и b — коэффициенты, зависящие от вида бетона и ка­
чества заполнителей.
Для тяжелого бетона принимают 6=0,5; коэффициент А при
использовании заполнителей хорошего качества (щебень из плот­
ных изверженных горных пород, крупный песок с минимальным
содержанием вредных примесей) — равным 0,65; для щебня и пес­
ка среднего качества — 0,6 и гравия или щебня из карбонатных
пород и мелких песков — 0,5—0,55. Д ля плотноуложенных бетонов
указанная формула применима для Ц/В = 1—2,5, при небольших
Ц/В прочность растет несколько интенсивнее, а при больших
ІД/В — значительно медленнее, чем это следует по формуле.
Неплотности в бетоне могут быть обусловлены не только нали­
чием химически не связываемой воды (учитываемые в формулах
прочности), но и составом бетона и степенью уплотнения при ук­
ладке бетонной смеси в форму. Наличие этих неплотностей и пор
в строении бетона уменьшает рабочую площадь сечения материала,
воспринимающую нагрузку, и создает на границе раздела струк­
турных составляющих бетона местные перенапряжения.
Основной причиной появления неплотностей в бетоне является
несоответствие между удобоукладываемостью бетонной смеси и
применимыми способами ее уплотнения при укладке в массив или
при формовании изделий. Обобщая исследования в этой области,
проф. Н. А. Попов установил закономерность: для каждой бетон­
ной смеси при принятых условиях уплотнения существует свое оп­
тимальное содержание воды, при котором достигается наибольшее
уплотнение смеси и наибольшая прочность бетона (рис. 68). При
недостатке воды вследствие недоуплотнения смеси в бетоне оста­
ются воздушные поры. С увеличением количества воды затворения смесь при принятой степени уплотнения укладывается плотнее
и прочность бетона больше. При дальнейшем увеличении расхода
воды и соответственно подвижности бетонной смеси в цементном
камне появляется много пор, заполненных несвязанной водой, и
прочность бетона снижается. Чем больше работа уплотнения, тем
при более низких значениях В/Ц (меньшем расходе воды) дости­
гается наибольшая плотность бетона, а следовательно, и прочность;
при уменьшении степени уплотнения возрастает оптимальное со­
держание воды и уменьшается прочность бетона.
Закон водоцементного отношения справедлив для бетонов, из­
готовляемых из смесей с содержанием воды, обеспечивающей при
принятых условиях укладки хорошее уплотнение бетона.
При прочности заполнителей значительно большей цементного
камня их прочность не влияет на прочность бетона. При примене­
нии же заполнителей с пониженной прочностью, что характерно
156
для пористых заполнителей, возможно разрушение бетона по сла­
бым зернам заполнителей. Кроме того, на прочность бетонов ока­
зывает влияние характер поверхности заполнителей. Наличие ше­
роховатостей на поверхности зерен заполнителей, остроугольная
форма, способность отсасывать некоторое количество воды из це­
ментного камня, отсутствие загрязняющих примесей при прочих
равных условиях обеспечивают получение бетонов повышенной
прочности.
Прочность при растяжении и при изгибе бетонов в основном
зависит от тех же факторов, что и их прочность при сжатии.
При этом большое значение имеет
сцепление цементного камня с запол­
нителем.
Отношение Яраст/#сж колеблется от
9 (для бетона марки 100) до 17 (для
бетона марки 600). Легкие бетоны на
пористых
заполнителях,
имеющие
большое сцепление с цементным кам­
нем, характеризуются повышенной от­
носительной прочностью при осевом
растяжении и при изгибе.
Упруго-пластические свойства. Бе­
тон является упруго-пластическим те­
лом. При быстром нагружении он вна­
Рас/од воды па 1м бетон/;;
чале деформируется как упругое тело
смеси
в соответствии с законом Гука. При
длительном воздействии нагрузки и ее Рис. 68. Изменение величи­
ны оптимального содерж а­
нарастании к упругим деформациям ния воды в бетонной смеси
добавляются еще пластические или постоянного состава в зави­
остаточные деформации и бетон дефор­ симости от интенсивности
уплотнения:
мируется в большей мере, чем возрас­
/ — сильное
уплотнение;
2—
тают напряжения.
среднее уплотнение; 3 — слабое
уплотнение
Деформативные свойства бетонов
характеризуют обычно начальным мо­
дулем упругости. За начальный модуль упругости при сжатии и
растяжении принимают отношение нормального напряжения в бе­
тоне к его относительной доформации при величине напряжений
меньшей или равной 0,2 от нормативной (призменной) прочности
при сжатии.
Начальный модуль упругости бетонов колеблется в пределах
от 15 000 (ячеистые) до 400 000 (тяжелые) кгс/см2 и определяется
в основном прочностью бетона. При неизменной прочности при с ж а ­
тии модуль упругости тем больше, чем меньше расход цемента или
водоцементное отношение, больше объемная масса бетона, а так­
же модуль упругости заполнителей.
При длительном действии на бетон постоянных нагрузок про­
должают нарастать пластические деформации. Это свойство бето­
нов называют ползучестью. Ползучесть бетона обусловлена нали­
чием в структурных составляющих цементного камня межплоско157
стной воды, вызывающей пластическое «течение» его под действием
нагрузок. Деформации лолзучести затухают со временем и почти
прекращаются через 1—2 года. Деформации ползучести тем боль­
ше, чем выше величина приложенной нагрузки и чем больше рас­
ход цемента и начальное водосодержание смеси. Ползучесть зави­
сит также от вида используемого цемента.
Бетон — хрупкий материал. Предельная сжимаемость обыч­
ных бетонов равна 0,5— 1 мм/м, легких бетонов— 1—2 мм/м, а
предельная растяжимость — в 10 раз меньше предельной сжима­
емости.
Усадка и набухание — это деформации, которые развиваются
при изменении температурно-влажностных условий. Повышение
влажности вызывает увеличение объема бетона, а понижение —
усадку. Деформации усадки и набухания прямо пропорциональны
объему цементного камня в бетоне. Они проявляются тем больше,
чем значительнее изменение влажности бетона и больше начальное
водосодержание бетонной смеси. При неизменных температурновлажностных условиях деформации усадки стабилизируются в те­
чение 1,0—2,5 года.
Конечные деформации усадки и набухания значительно зависят
от вида бетона. Усадка тяжелого бетона колеблется от 0,1 до
1.5 мм/м, легких бетонов на пористых заполнителях — от 0,3 до
2.5 мм/м и ячеистых бетонов — от 0,4 до 3 мм/м. Деформации на­
бухания примерно в 10 раз меньше, чем деформации усадки.
Стойкость бетонов. Наиболее важными характеристиками стой­
кости бетонов являются их морозостойкость, химическая стойкость
и жаростойкость.
Морозостойкость бетонов характеризует их способность в насы­
щенном водой состоянии противостоять систематическому дейст­
вию знакопеременных температур окружающей среды.
Замерзание воды в бетоне происходит послойно параллельно
охлаждающей поверхности. Под действием температурного гради­
ента (перепада температур) из более теплых внутренних слоев про­
исходит перемещение (миграция) воды в слои, где она замерзает.
В результате в бетоне возникают условия для более полного на­
сыщения пор водой в зоне замерзания и разрушительного действия
льда. При оттаивании вода перемещается в обратном направлении.
При многократно повторяющихся циклах замораживания и оттаи­
вания в бетоне возникают деформации, приводящие к его посте­
пенному разрушению.
Интенсивность разрушения бетона при замерзании воды зави­
сит от общего количества пор и особенно от их величины и степе­
ни замкнутости. Вода в тонких порах (до 1 мк) замерзает при
более низких температурах, чем в более крупных, и поэтому пер­
вые могут служить «запасными резервуарами» для вытеснения
воды при замерзании ее в более крупных. Открытые крупные поры
полностью не могут заполняться водой, и по этой причине замер­
зание воды в них не вызывает больших напряжений в стенках пор.
Опасными с точки зрения морозостойкости бетона являются сооб■
V ■
158
щающиеся между собой капиллярные поры, которые могут полно­
стью заполняться водой вследствие капиллярного подсоса.
Морозостойкость бетонов повышается при снижении начального
водосодержания бетонной смеси и повышении степени гидратации
цемента. Морозостойкость бетонов зависит от вида цемента.
По количеству циклов замораживания и оттаивания, которое
выдерживают образцы при испытании по стандартной методике,
бетоны разделяются по морозостойкости на марки: тяжелые бето­
ны— 50, 100, 150, 200 и 300; легкие и ячеистые— 10, 15, 25, 35,
50, 100 и 200.
Стойкость бетонов в химически агрессивных средах определя­
ется развитием процессов коррозии в цементном камне, который
обычно менее стоек, чем каменные заполнители. Эти процессы при
эксплуатации бетонных конструкций усиливаются физическими
воздействиями температур и влажности окружающей среды: ув­
лажнения и высыхания, замораживания и оттаивания, фильтрации
и капиллярного подсоса солевых растворов и пр., которые благо­
приятствуют развитию процессов химической коррозии. Основным
способом повышения стойкости бетонов в отношении химической
коррозии является повышение их плотности и однородности.
Огнестойкость и жаростойкость. Конструкции вследствие отно­
сительно малой теплопроводности бетона выдерживают кратковре­
менные нагревания до высоких температур, пока находящаяся под
защитным слоем бетона арматура не начнет деформироваться от
нагревания. Поливка разогретого бетона водой (при тушении по­
жара) вызывает образование трещин, разрушение защитного слоя
и обнажение арматуры. При долговременных действиях высоких
температур может возникнуть разрушение конструкции.
Длительное воздействие температур более 300° С вызывает
снижение прочности бетона вследствие удаления из цементного
камня адсорбционной и химически связанной воды, а при темпе­
ратуре более 500° С — изменения объема зерен песка и разруше­
ния гранитного щебня при полиморфном переходе из одной моди­
фикации в другую.
Проф. К. Д. Некрасов для повышения степени жаростойкости
бетонов на портландцементе рекомендует вводить в них тонкомо­
лотые добавки: золы, доменный гранулированный шлак и другие
вещества, подвергавшиеся ранее воздействию высоких температур,
а в качестве заполнителей применять бой глиняного кирпича, артикский туф или отвальный доменный шлак. Такие бетоны могут
эксплуатироваться при температурах до 700—800° С. Для получе­
ния бетонов, стойких при температурах до 1200° С, используют
смешанное вяжущее из портландцемента и тонкомолотого шамота,
а в качестве заполнителя — шамот.
Сохранность арматуры в бетоне обеспечивает в какой-то степе­
ни долговечность железобетонных изделий.
В цементных бетонах вследствие наличия щелочной среды
стальная арматура в течение длительного времени не корродирует.
Для надежной защиты арматуры от доступа воздуха и влаги слой
159
плотного бетона (без трещин и других изъянов) принимают: для
конструкций из тяжелого бетона от 10 до 25 мм в зависимости от
их массивности, а при неблагоприятных условиях эксплуатации
(высокая влажность, вредные газы и т. п.) и больше. При доступе
воздуха и влаги на поверхности арматуры происходит образование
ржавчины, объем которой больше, чем объем металла до коррозии.
В результате в защитном слое возникнут растягивающие усилия,
в дальнейшем приводящие к растрескиванию и разрушению конст­
рукции.
Легкие и ячеистые бетоны, отличающиеся повышенной пористо­
стью, и автоклавные бетоны, в которых известь связывается с
кремнеземистыми материалами (что уменьшает щелочность среды
в них), не обеспечивают защиту арматуры от коррозии. Поэтому
при армировании изделий и конструкций из этих бетонов принима­
ют меры по предохранению арматуры. Чаще ее покрывают различ­
ными обмазками — цементно-казеиновыми, цементно-битумными,
цементно-полистирольными и др.
4. Материалы для приготовления бетонов
Для приготовления бетонов в зависимости от назначения, техно­
логии изготовления изделий, условий их эксплуатации применяют
различные вяжущие вещества и желательно местные заполнители,
природные или искусственные, отвечающие требованиям ГОСТов.
Вяжущие вещества. Для приготовления тяжелых бетонов ис­
пользуют различные виды клинкерных цементов: портландцемент
и его разновидности, шлаковый и пуццолановый портландцементы
и их разновидности, песчаный портландцемент (для бетонов авто­
клавного твердения) и реже глиноземистый и специальные це­
менты.
Д ля заводского производства бетонных и железобетонных из­
делий предпочтительны цементы, обладающие повышенной скоро­
стью нарастания прочности в первые сроки. Это позволяет сокра­
тить продолжительность производственного цикла, ускорить обора­
чиваемость форм, камер для тепловой обработки и т. д., что имеет
решающее значение для экономики производства. В связи с этим
на заводах широко применяются быстротвердеющие (БТЦ) и осо­
бо быстротвердеющие (ОБТЦ) цементы.
Д ля получения экономичных бетонов важное значение имеет
выбор марки цемента в соответствии с требуемой прочностью бе­
тона.
Рекомендуется принимать следующие марки цементов в зависи­
мости от марки бетона:
Марка бетона . .
Марка цемента
Для изготовления легких бетонов на пористых заполнителях
используют портландцемент и шлаковый портландцемент и их раз­
новидности, а также местные бесклинкерные вяжущие — извест­
ково-шлаковый, известково-зольный и другие цементы.
Применение для легких бетонов низкомарочных вяжущих тре­
бует повышенных их расходов, что приводит к увеличению объем­
ной массы бетонов. В связи с этим рекомендуется принимать вы­
сокие соотношения между маркой цемента и маркой бетона:
Марка бетона . .
до 35
5 0 -7 5
100— 150
200
Марка цемента .
200
300
3 0 0 - 400
400 и выше
Д ля ячеистых и плотных бетонов автоклавного твердения ис­
пользуют преимущественно молотую негашеную известь, смешан­
ное известково-цементное вяжущее в сочетании с тонкомолотыми
кремнеземистыми материалами — кварцевым песком, доменным
гранулированным
шлаком, золой, и нефелиновые цементы.
А. В. Волженским, Ю. С. Буровым и др. предложены для бетонов
автоклавного твердения бесклинкерные и малоизвестковые вяжу­
щие на основе отвальных доменных, мартеновских и других шла­
ков, а также зол от пылевидного сжигания некоторых видов топ­
лива и топливных гранулированных шлаков.
Для производства бесцементных автоклавных ячеистых и плот­
ных бетонов используют негашеную известь 1-го и 2-го сортов с
временем гашения 10—20 мин и с ограниченным содержанием оки­
си магния (не более 3%)- Ячеистые бетоны неавтоклавного твер­
дения готовят на портландцементе или шлаковом портландцементе
марок не ниже 400.
Заполнители. В качестве заполнителей для тяжелых бетонов
применяют щебень из природного камня, гравий, природный песок
и песок, дробленый из горных пород, а также щебень из домен­
ного отвального шлака. Заполнители для тяжелых бетонов должны
отвечать требованиям стандартов.
Д ля легких бетонов используют природные или искусственные
пористые заполнители, а также отходы производства. Из природных
пористых заполнителей применяют пемзу, вулканические шлаки
и туфы, известняковые туфы и известняки-ракушечники. В связи
с тем что эти материалы распространены лишь в отдельных райо­
нах страны, большое применение получили искусственные пори­
стые заполнители и отходы промышленности: пористые шлаки чер­
ной и цветной металлургии, топливные шлаки, а также специально
изготовляемые заполнители — керамзитовый гравий и песок, аглопорит, шлаковая пемза, гранулированные доменные шлаки, вспу­
ченный перлит, вермикулит и др.
Природные и искусственные пористые заполнители должны от­
вечать требованиям ГОСТов. При выборе пористых заполнителей
6—3356
161
для легких бетонов большое значение имеет их объемная масса в
куске, насыпная объемная масса крупного и мелкого заполните­
лей, форма зерен и характер поверхности, а также прочность.
Насыпная объемная масса пористого заполнителя определяет объ­
емную массу бетона. Наличие на поверхности зерен пористого за ­
полнителя крупных пор, неправильная форма их зерен требуют для
получения легкобетонной смеси повышенного содержания цемент­
ного теста, что вызывает еще большее увеличение объемной массы
бетона. Поэтому предпочтительны пористые заполнители с зерна­
ми шаровой формы, имеющие тонкопористое строение поверхности
(типа керамзитового гравия).
Высокие показатели легких бетонов в отношении веса, тепло­
проводности и экономичности достигаются при насыщении бетона
пористыми заполнителями и слитном (сближенном) размещении
зерен заполнителя в объеме бетона. Полного насыщения бетона
пористым заполнителем можно достигнуть при правильном подборе зернового состава заполнителей и при использовании ряда
технологических средств — интенсивного уплотнения, введения гидрофобных и пластифицирующих добавок и др. В этом случае бетон
будет содержать меньше цементного камня — самой тяжелой со­
ставляющей бетона.
Независимо от размеров изготовляемых изделий пористые з а ­
полнители должны доставляться на заводы и дозироваться при
приготовлении бетонных смесей по фракциям: 5 '10, 10 20 и 20
40 мм — крупным и 0,14— 1,25 и 1,25—5 мм — мелким. Содержание
каждой фракции в смеси заполнителей для получения легкого бе­
тона устанавливают на основании графиков зернового состава.
В отличие от тяжелых бетонов прочность легких бетонов в
большей мере зависит от прочности заполнителей, которая меньше
или равна прочности цементного камня.
Пористые заполнители должны быть чистыми, не содержать
более 10% пылевидных примесей (частиц менее 0,14 мм), больше
1 % сернистых и сернокислых соединений по весу (в пересчете на
S 0 3), а заполнители из топливных шлаков — несгоревшего топли­
ва более 3— 10% для армированных легких бетонов и 5—20% для
неармированных (минимальные значения для шлаков бурого угля,
большие — для каменного угля и антрацита).
.
,
Вода для затворения бетонных смесей и поливки бетона. Для
этих целей используется чистая вода, не содержащая вредных при­
месей, препятствующих нормальному схватыванию и твердению вя­
жущих веществ.
Для приготовления бетонных смесей нельзя применять воду,
в которой общее содержание солей превышает 5000 мг/л или суль­
фатов (в пересчете на SO 3 ) выше 2700 мг/л, а также воду, имею­
щую водородный показатель pH менее 4.
Морскую воду с содержанием солей не более 2% разрешается
применять только для затворения и поливки бетонов на портланд­
цементе в тех случаях, когда может быть допущено появление вы­
цветов (высолов) на поверхности конструкций.
162
Глава 9
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ И КОНСТРУКЦИИ.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
ПРИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИИ И СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
1. Бетонные и железобетонные изделия и конструкции
В современном строительстве бетонные и железобетонные изде­
лия и конструкции заводского производства применяются для воз­
ведения зданий и сооружений самого различного назначения. В
1968 г. на 1 млн. руб. сметной стоимости строительно-монтажных
работ расходовалось до 2,0—2,5 тыс. м3 сборного железобетона.
Основными направлениями в развитии конструкций сборного
железобетона являются укрупнение их размеров, повышение проч­
ности, снижение веса, повышение заводской готовности, увеличение
долговечности и снижение стоимости.
Укрупнение сборных железобетонных конструкций, осуществля­
емое без увеличения их веса, позволяет уменьшить число монтаж­
ных единиц, количество стыков и швов при сборке зданий и соору­
жений, а следовательно, ускорить их монтаж. Повышение степени
заводской готовности, предусматривающей поставку изделий на
монтаж в виде полностью готовых элементов зданий (например,
стеновых панелей со вставленными оконными и дверными блоками,
с наружными и внутренними поверхностями, не требующими до­
полнительной отделки и т. д.), дает возможность значительно со­
кратить объем трудоемких отделочных работ на стройплощадке,
намного уменьшить общие сроки строительства и его стоимость.
Для изготовления крупноразмерных изделий и элементов сборных конструкций зданий и сооружений используют различные ви­
ды бетонов — тяжелые, легкие и ячеистые, часто в сочетании с ма­
териалами специального назначения (теплоизоляционными, звуко­
изоляционными, гидроизоляционными и д р .), что позволяет
обеспечить надлежащие эксплуатационные качества сборных кон­
струкций и их долговечность.
Промышленность сборного железобетона выпускает широкую
номенклатуру изделий и конструкций, которая с успехом применя­
ется для жилищно-гражданского, промышленного, энергетического,
транспортного и других видов строительства. В жилищном и граж­
данском строительстве из сборного железобетона могут выполнять­
ся все части зданий. Домостроительные комбинаты и заводы вы­
пускают комплекты изделий и сборных элементов для возведения
из них полносборных жилых домов и гражданских зданий с раз­
личными конструктивными схемами (каркасно-панельных, крупно­
панельных бескаркасных, крупноблочных и др.).
На рис. 69 приведена номенклатура унифицированных индуст­
риальных изделий для строительства жилых и общественных зда­
ний.
163
Для устройства фундаментов жилых и общественных здании
применяют изделия из тяжелого бетона марок 150,200: фундамент­
ные плиты и блоки, сборные элементы рамной конструкции, а так­
же трубчатые детали для свайных оснований.
Наружные стены полносборных зданий выполняют в нескольких
вариантах: из однослойных и многослойных панелей и крупных
блоков.
^ г
Однослойные панели и крупные блоки изготовляют из легких
и ячеистых бетонов с объемным весом 500 1600 кс/М , а многослойные обычно трехслойные панели — из тяжелого бетона с утеп" ф.
ПАНЕЛЬНЫЕ
ДОМА
КАРКАСНЫЕ
Внутренние стены
Наружные
ДОМА
Элементы каркаса
стены
Перекрытия
Элементы каркаса
первых нежилых
этажей
Угловые элементы
наружных стен
1
Изделия лоджии
Фундаменты
Рис. 69. Номенклатура унифицированных индустриальных изделий для строи
164
лением минераловатными плитами, фибролитом и другими тепло­
изоляционными материалами. Панели выпускают высотой в один
этаж и длиной на 1—2 и 3 комнаты, блоки — высотой V2 или Уз
высоты этажа (двух и трехрядной разрезки) и шириной до 1,5—
2 м. Толщину стен принимают в зависимости от объемного веса
бетона, эффективности утеплителя и района строительства. Панели
изготавливают с установкой остекленных оконных и дверных (бал­
конных) блоков и подоконников, с окончательной отделкой фасад­
ных поверхностей (декоративным бетоном, облицовочными кераОБЩИЕ
ИЗДЕЛИЯ
Панели наруж­
ные ' стен ( го ризонтальная
разрезка)
Вентблоки
Объемные элементы шахт лифтов
Электропанели
(полосовая го­
ризонтальная
разрезка)
Санитарно - тех
нические кабины
Изделия
крыши.
Изделия лод­
жий j балконы
Лестницы
блоки и панели
стен подвала
о
Фундаменты
тельства жилых и общественных зданий
165
мическими плитками и т. д.) и отделкой внутренних поверхностей
под окраску.
Для устройства внутренних стен в зависимости от конструкций
зданий выпускают железобетонные панели размером на комнату
толщиной 12— 14 см, а для многоэтажных зданий— 16 см и бо­
лее. Для несущих внутренних стен и перегородок изготовляют
гипсобетонные панели размером на комнату и мелкие плиты и
блоки.
V ;.( ■■■
.■
Для перекрытий жилых и культурно-бытовых зданий применя­
ют панели перекрытий (пустотелые и полнотелые) размером на
комнату, а также плиты длиной до 6 м и более и шириной до 2 м.
Эти изделия изготовляют из тяжелых, реже легких бетонов марок
200 и выше с предварительно напряженной арматурой. Для граж­
данских зданий выпускают плиты (3X6; 3X12; 3X15 м ), балки и
фермы больших пролетов.
Д ля устройства лестничных клеток используют отдельные сту­
пени, площадки и лестничные марши, а для внутреннего оборудо­
вания зданий — объемные элементы: санитарно-технические каби­
ны с полным комплектом оборудования, блоки шахт лифтов, элект­
ротехнические панели с вмонтированными проводами, разводками
и др.
Д ля жилищного строительства производят также объемные эле­
менты в виде готовых блоков одной или двух комнат (и даж е
квартиры) с монтажом санитарно-технического и электрического
оборудования, с установкой оконных и дверных блоков, с полной
внутренней и наружной отделкой.
Для покрытия зданий изготовляют сборные конструкции совме­
щенной крыши, сочетающие в одном монтажном элементе несущие
теплоизоляционные, вентиляционные и гидроизоляционные фун­
кции.
Сборный железобетон (рис. 70) применяют для возведения од­
ноэтажных и многоэтажных промышленных зданий. Это блоки
сборных фундаментов, колонны высотой до 10— 12 м и выше, балки
(в том числе подкрановые) пролетом до 18 м, фермы пролетом до
24 м и больше, панели наружных стен длиной 6, 9, 12 и 18 м, па­
нели покрытий 3X6; 1,5X12; З ХІ 2 ж и др. В опытном порядке из­
готовляют железобетонные изделия сложного профиля для пере­
крытия больших пролетов промышленных зданий в виде сводов
различного очертания.
Несущие конструкции промышленных зданий изготовляют из
тяжелых бетонов марок 400 и выше с предварительно напряжен­
ным армированием.
В энергетическом строительстве железобетонные конструкции
применяют при строительстве тепловых и гидравлических электри­
ческих станций и линий электропередач. Для полносборных зданий
и сооружений ТЭЦ выпускают объемные элементы тоннелей цир­
куляционных водоводов сечением 4X 6 ж, мощные колонны высотой
до 36 м, фермы пролетом до 36 м и другие крупноразмерные изде­
лия.
166
■
Рис. 70. Железобетонные изделия для промышленных зданий:
а — фрагмент одноэтажного здания; б — фрагмент многоэтажного здания; / — колонны; 2 —
балки и фермы; 3 — фундамент под колонну; 4 — ригель; 5 — плиты покрытия; 6 — плиты
перекрытия; 7 — подкрановые балки: 8 — фундаментная бал ка; 9 и 10 — стеновые блоки и
панели; / / — торцовая стойка; / 2 — элементы кровли
В гидротехническом строительстве используют железобетонные
блоки и другие элементы большого веса (15—25 г и более) для
возведения машинных зданий станций, мостовых переходов через
плотины, плотин ячеистого типа, а также плиты-оболочки для об­
лицовки монолитных бетонных плотин и т. п. Для линий электро­
передач выпускают опоры, сборные фундаменты и другие изделия.
Конструкции для энергетического строительства изготовляют из
тяжелых бетонов марок 200—400 и выше.
Из сборного железобетона выполняют автомобильные и желез­
нодорожные мосты, для монтажа которых изготовляют элементы
пролетных строений длиной 24 м и более, весом в несколько десят­
ков тонн, плиты покрытий, сборные опоры, сваи-оболочки и другие
изделия. Для железнодорожного строительства выпускают шпалы,
шпалолетки, опоры контактных сетей, сборные элементы платформ
и прочие изделия. В дорожном строительстве используется боль­
шое количество деталей различной формы и размеров для пеше­
ходных переходов, уличных подземных переездов, эстакад, коллек­
торов для различных коммуникаций и другие изделия, а также
изготовляются трубы диаметром 0,5—3,5 м для трубопроводов, в
том числе и напорных.
Сборные железобетонные изделия используют для возведения
многих сельскохозяйственных производственных зданий и сооруже­
ний (ремонтных мастерских, животноводческих ферм, силосохра­
нилищ, складов удобрений, теплиц и пр.), а также для устройства
систем орошения и мелиорации.
2. Основные технологические операции при изготовлении
сборного железобетона и способы организации производства
Технологический процесс производства бетонных и железобе­
тонных изделий слагается из следующих основных операций: при­
готовления бетонной смеси, армирования железобетонных изделий,
формования, тепловой обработки, отделки изделий и комплектации
их другими деталями, контроля и складирования готовой продук­
ции и отправки ее потребителям.
При изготовлении любых бетонных и железобетонных изделий
основным является процесс формования — получение из бетонной
смеси изделий в форме путем укладки, уплотнения и отвердевания
смеси. Формование обеспечивает изделию заданную форму и раз­
меры, однородное строение бетона по сечению изделий, требуемое
расположение арматуры, получение лицевых поверхностей. Про­
должительность формования (время от начала изготовления до
извлечения готового изделия) в значительной мере определяет
общую длительность технологического процесса, а следовательно,
и экономику производства. Поэтому способ формования часто ока­
зывает решающее влияние на технологию проведения других опе­
раций и метод изготовления изделия.
По способу организации процесса формования различают три
технологии изготовления железобетонных изделий: агрегатно-по­
точную, конвейерную и стендовую.
168
Агрегатно-поточной называют технологию изготовления изделии
в подвижных формах, перемещаемых по потоку для выполнения
отдельных или комплекса технологических операций от одного ста­
ционарного поста к другому. Характерным для такой технологии
является возможность остановки формы в процессе изготовления
на рабочих постах на любое время, которое нужно при формова­
нии данного изделия. Это позволяет создавать на одной техноло­
гической линии посты с разным оборудованием и легко переходить
с производства одного вида изделий к другим. Недостатком этого
способа является сложность комплексной механизации технологи­
ческих и транспортных операций и повышенные затраты ручного
труда.
Агрегатно-поточная технология благодаря большой гибкости и
маневренности производства применяется и получает дальнейшее
распространение на предприятиях с широкой номенклатурой из­
делий.
Конвейерной называют технологию изготовления изделий в по­
движных формах или на бесконечной ленте, перемещающихся в
заданном ритме по замкнутому кольцевому пути, на котором на
специализированных постах последовательно осуществляются все
технологические операции формования и твердения. Характерным
для такой технологии является одинаковая продолжительность вы­
полнения операций на всех рабочих постах. Конвейерные линии
позволяют в наибольшей мере механизировать все производствен­
ные процессы и отличаются высокой производительностью. Перена­
ладка конвейерных линий на производство других изделий вызы­
вает их остановку на длительное время и связана с переоборудо­
ванием конвейера.
Конвейерную технологию применяют на предприятиях большой
мощности, специализированных на выпуск однотипной продукции.
Стендовой называют технологию изготовления изделий в непо­
движных формах, собираемых на месте, где осуществляют все тех­
нологические операции, необходимые для получения готового изде­
лия, а технологическое оборудование и рабочие для выполнения
отдельных операций последовательно перемещаются от одной фор­
мы к другой.
При стендовой технологии формование изделий осуществляют:
в борт-оснастке, установленной на гладкой, шлифованной бетонной
полосе (стенде); в металлических и железобетонных стендовых
формах (матрицах), расположенных в одну или несколько
линий; в
вертикальных
формах-кассетах,
представляющих
ряд отсеков, образованных стальными или железобетонными
стенками.
Стендовую технологию применяют для изготовления крупно­
размерных тяжелых изделий (балок, ферм, колонн, панелей стен и
перекрытий и др.), производство которых в подвижных формах вы­
звало бы большой расход металла на их изготовление, а такж е
потребовало бы значительного увеличения грузоподъемности тех­
нологического оборудования.
169
Глава 10
ПРИГОТОВЛЕНИЕ БЕТОННЫХ СМЕСЕП
Качество бетона во многом зависит от однородности бетонной
смеси и соответствия ее удобоукладываемости принятым условиям
формования.
'' ■
Бетонную смесь приготовляют тщательным перемешиванием до­
зируемых составляющих материалов: вяжущего, песка, крупного
заполнителя и воды. Важнейшим условием получения бетонной сме­
си постоянного качества является точность дозировки материалов
в соответствии с рабочим составом бетона. Небольшие изменения
в качестве исходных материалов, в частности крупности зернового
состава или влажности заполнителей, вызывают изменения свойств
бетонной смеси. Поэтому при изготовлении бетонной смеси необ­
ходимо обеспечивать полную сохранность исходных материалов в
процессе хранения; осуществлять раздельное дозирование фракций
заполнителей; проводить постоянный контроль за качеством исход­
ных материалов и точностью дозирования компонентов с коррек­
цией по влажности; тщательно перемешивать бетонную смесь и
регулировать ее свойства в зависимости от условий формования
изделий.
Технологический процесс получения бетонной амеси, включая
приемку и хранение исходных материалов, состоит из следующих
основных операций: разгрузки, складирования и подачи вяжущих
веществ и заполнителей в расходные бункера; подогрева заполни­
телей, а иногда и воды в зимнее время; дозирования ее компонен­
тов; перемешивания и выдачи готовой бетонной смеси. В отдельных
случаях проводят активизацию вяжущего, а при изготовлении сили­
катного бетона — помол песка или другого кремнеземистого мате­
риала и приготовление смешанного вяжущего.
1. Разгрузка и хранение вяжущих веществ
На заводы сборного железобетона цемент* поставляют в ж е­
лезнодорожных вагонах-цементовозах с пневматической выгрузкой;
в вагонах бункерного типа, разгружающихся гравитационным спо­
собом; в обычных крытых вагонах навалом и в мешках, а также в
автоцементовозах; в контейнерах и реже водным транспортом в
обычных и саморазгружающихея баржах.
Наиболее эффективными способами доставки цементов на желе­
зобетонные заводы являются цементовозы и автоцементовозы с
пневматической выгрузкой. Загрузка цемента в цистерны произво­
дится сжатым воздухом под давлением 2—3 атм, под которым он
остается до разгрузки. При этом цемент, смешиваясь с воздухом,
приобретает свойство текучести. При разгрузке в цистерну дополни*
Цемент является наиболее распространенным вяжущим. При разгрузке,
складировании других вяжущих применяют аналогичные приемы, что и для
цемента.
170
тельно нагнетают сжатый воздух, что позволяет цемент подавать
непосредственно на склад. Железнодорожные цементовозы выпус­
кают грузоподъемностью 55 г, а автомобильные — 8, 12 и 24 г.
Бункерные саморазгружающиеся вагоны, имеющие грузоподъ­
емность 60 т, при разгрузке устанавливают донными люками над
приемными устройствами для выгрузки цемента самотеком. Недос­
татком этих вагонов является большая продолжительность разгруз­
ки (20—30 мин) и необходимость дополнительной ручной очистки
вагонов от остатков цемента.
Разгрузку цемента, транспортируемого навалом, из обычных ва­
гонов осуществляют различными разгрузчиками, чаще вакуумными.
Цемент хранят® механизированных закрытых складах силосного
или бункерного типа, оборудованных приемными устройствами и
механизмами для разгрузки, транспортными средствами для пода­
чи цемента на склад и выдачи в расходные бункера бетоносмеси­
тельного отделения. Склады цемента должны иметь не менее 4 ем­
костей для одновременного хранения трех марок или видов цемен­
та. Емкость складов цемента устанавливают в зависимости от
мощности завода, дальности и способов доставки цемента.^ Обычно
запас цемента на складе принимают равным 7— 10-суточной потреб­
ности завода.
Наибольшее распространение нашли автоматизированные силос­
ные склады цемента.
Цемент в бетоносмесительные установки подают механическим
и пневматическим транспортом. Механический транспорт (много­
ковшовые элеваторы и винтовые транспортеры) вызывает пьіление
и потери цемента, требует повышенных затрат на эксплуатацию и
ремонт. Поэтому его используют на заводах небольшой мощности.
Рис. 71. Схема нагнетательной установки для пневмотранспорта цемента:
/ —«крытый железнодорожный вагон; 2 — заборное устройство; 3 — осадитель; 4 — вакуумнасос; 5, / / — винтовые насосы; 6 — трубопровод; 7 — переключатель; 8 — силосы; 9 — аэрод­
нище; / 0 —-донный разгружатель; 12 — фильтр; 13 — затвор; 14 — расходный бункер бетоно­
смесительного отделения; 15 и 18 — вентиляторы; 16 — трубопровод; /7 — рукавный фильтр;
19 — компрессор; 20 — цементовоз
171
На рис. 71 приведена схема пневмотранспорта цемента с нагне­
тательной установкой. Цемент подают по трубопроводам винтовыми
и камерными пневмонасосами. Камерные насосы по сравнению с
винтовыми меньше изнашиваются и более экономичны по расходу
электроэнергии. Цемент в смеси с воздухом по трубопроводам по­
ступает в циклоны над расходными бункерами, где цемент, теряя
начальную скорость, оседает и поступает в бункера, а воздух из
циклонов —в рукавные фильтры для очистки.
Недостатками пневмоустановок является большой расход элект­
роэнергии, а также износ трубопроводов вследствие абразивного
действия цемента, перемещающегося с большой скоростью. Более
эффективны аэрационно-пневматические подъемники — эрлифты,
позволяющие в 10—20 раз по сравнению с пневмонасосами увели­
чить концентрацию перемещаемой цементовоздушной смеси и
уменьшить ее скорость при движении по трубопроводам. При этом
отпадает необходимость очистки воздуха перед выбросом в атмос­
феру. Выпускают эрлифты производительностью 30— 100 т/ч с пода­
чей цемента на высоту до 25—30 м. Д ля горизонтального транспор­
та цемента широко используют аэрожелоба.
2. Разгрузка, складирование и подогрев заполнителей
Заполнители доставляют железнодорожным, автомобильным и
водным транспортом. Выгрузку их с транспортных средств осущест­
вляют гравитационным способом, сталкиванием и черпанием.
Н а рис. 72 показано приемное устройство для гравитационной
разгрузки саморазгружающихся полувагонов-гондол с люками в
полу или в бортах и автоса­
мосвалов. Этот способ раз­
грузки экономичен и прост.
Однако общим недостатком
/
специализированных
ваго­
нов является возврат их на
карьеры порожняком. Поэ­
тому заполнители часто пе­
сэ
ревозят на открытых желез­
нодорожных платформах, а
разгрузку
осуществляют
4хразгрузочной
машиной
(Т-182А), рабочий орган ко­
торой — штанга-хобот с от­
3к
• )
вальным
щитком
совер­
( 7ЛV*q
I
шает возвратно-поступатель­
)
ное движение поперек плат­
формы и сталкивает мате­
риал на обе стороны в при­
Рис. 72. Приемное устройство для гра
емный бункер, расположен­
витационной разгрузки заполнителей:
ный под железнодорожной
1 —<самоходный портал; 2 — виброрыхлитель
колеей.
о
устройство для подъема люков; 4 — вибра
тор
Из обычных полувагонов
X
\ У
»
/
_к
1
Щ
172
заполнители выгружают самоходными разгрузчиками портальноковшевого типа, работающими по принципу черпания. Разгрузчик
этого типа С-492 (рис. 73) состоит из портала с шириной колеи
5 м, внутри которого на вертикально перемещающейся раме смон­
тированы вплотную друг к другу два ковшевых элеватора. Элева­
торы черпают материал из вагона и через приемный бункер выда-
Рис. 73. Самоходная разгрузочная машина:
1 — портал; 2 — спаренный ковшевой элеватор; 3 — поперечные ленточные конвейеры; 4 —
кабина; 5 — отвальный ленточный конвейер; 6 — лебедка для изменения угла наклона от­
вального конвейера
ют на поперечный ленточный конвейер, перемещающим заполнитель на консольно отвальный ленточный транспортер. Во время
разгрузки портал-разгрузчик медленно (со скоростью до 12 м/мин)
перемещается над составом и выдает материал в склад или прием­
ное устройство фронтального типа, расположенное вдоль пути.
При разгрузке вагонов в зимнее время возникают затруднения
из-за смерзания заполнителей. Д ля восстановления сыпучести их
рыхлят с помощью бурофрезерных и вибрационных рыхлительных
машин.
Разгрузку заполнителей с транспортных средств в основном осу­
ществляют в бункерные приемные устройства, заглубленные в зем­
ле, откуда их с помощью системы транспортеров с питателями
подают на основной склад. Последние по способу хранения делятся:
на открытые, закрытые и полузакрытые; по типу емкостей: на шта­
бельные, бункерные и силосные; по способу загрузки и выгрузки: на
эстакадные, загружаемые сверху с помощью ленточного транспор­
тера, смонтированного на эстакаде, и на траншейные, разгружаемые
через течки на ленточный транспортер в подштабельной или подбункерной галерее (траншее).
173
Наиболее рациональны закрытые склады, исключающие увлаж­
нение заполнителей атмосферными осадками, измельчение и загряз­
нение, а также обеспечивающие лучшие условия для их подогрева
в зимнее время. Распространение получили эстакадно-штабельные
и эстакадно-траншейные закрытые и полузакрытые склады (рис.
74). Достоинством их является полная механизация погрузочных и
транспортных работ и надежность работы в зимний период.
Рис. 74. Склады заполнителей эстакадного типа:
Для хранения пористых заполнителей используют силосные
склады с линейным и кольцевым расположением банок. Кольцевое
расположение более рационально, так как при этом сокращаются
складские коммуникации, легко осуществляются механизация и ав­
томатизация всех операций. Хранение фракционированных заполни­
телей в силосных складах (рис. 75) исключает их загрязнение, запыление и увлажнение.
Склады заполнителей в зависимости от дальности перевозок
принимают емкостью на 5—7-суточный запас при поступлении ав­
тотранспортом и 7— 10-суточный — железнодорожным. При достав­
ке заполнителей только водным путем запас устанавливают на
весь междунавигационный период.
В зимнее время осуществляют подогрев заполнителей, причем
температура подогрева в зависимости от вида и марки цемента
составляет 60 80° С (большая для цементов невысоких марок и
смешанных цементов); при более высокой температуре заполните­
лей уменьшается подвижность бетонной смеси.
174
Заполнители подогревают по одно- й двухступенчатой схемам.
В первом случае материал сразу нагревают до принятой температу­
ры на складе, в промежуточных бункерах или сушильных бараба­
нах. По второй схеме заполнители сначала оттаивают на складе, а
затем осуществляют подогрев в промежуточных бункерах или в
сушильных барабанах или в расходных бункерах бетоносмеситель­
ного отделения. Одноступенчатый подогрев обычно применяют для
крупного заполнителя, двухступенчатый — для песка, который в
смерзшемся состоянии трудно транспортировать.
Рис. 75. Автоматизированный силосный склад заполнителей:
1
приемное устройство; 2 — элеватор; 3 — поворотная воронка; 4 и 9 — ленточные конвейе­
ры; 5 — силос; 6 — бетоносмесительная установка; 7 — вибратор; 8 — внбропитатель
Заполнители подогревают контактным способом паровыми ре­
гистрами, устанавливаемыми в емкостях на складе и в промежуточ­
ных бункерах. Однако этот способ из-за небольшой поверхности на­
грева регистров мало эффективен. Целесообразно применять способ
конвективного обогрева заполнителей горячим воздухом или дымо­
выми газами с температурой до 250° С. Такой обогрев осуществля­
ют в складских емкостях, специальных бункерах и вертикальных
вибротранспортерах, сушильных барабанах. Для этих целей приме­
няют сушильные барабаны диаметром 1—2,2 м и длиной 4— 16 м с
производительностью 25— 100 ма/ч.
Со склада в бетоносмесительное отделение заполнители подают
ленточными транспортерами по наклонным галереям.
175
3. П одготовка м атер и ал о в
'я
На заводы железобетонных изделий исходные материалы посту­
пают в готовом виде и не требуют какой-либо обработки, кроме
подогрева в зимнее время. В отдельных случаях для интенсифика­
ции твердения бетона, а также для восстановления активности ле­
жалых цементов дополнительно проводят активизацию их путем
повторного помола, виброобработки цементного теста или раствора.
Домол цементов, имеющих удельную поверхность 2500—
3000 см2/г до удельной поверхности 4000— 5000 см2/г, увеличивает
их активность на 100— 150 кгс/см2. Домол цемента осуществляют
сухим и мокрым способами в вибрационных или шаровых мель­
ницах. После домола цемент сразу же используют, при этом он
приобретает способность твердеть в ранние сроки.
Если не требуется увеличения марки цемента, домол целесооб­
разно проводить совместно с песком, доменным шлаком и т. д., при
этом добавки, оказывая абразивное действие, способствуют более
тонкому измельчению цемента, а следовательно, и увеличению
скорости взаимодействия с водой. По данным А. В. Волженского
и Л. Н. Попова при повторном помоле цемента с минеральными
добавками до удельной поверхности 3000 см2/г можно ввести в то­
варный цемент до 20—25% песка без снижения его активности.
4. Дозирование материалов
От точности дозирования материалов зависят соответствие фак­
тического состава бетонной смеси заданному и постоянство смеси
от замеса к замесу. По действующим нормам допустимые отклоне­
ния при дозировании не должны превышать ± 1 % по весу для це­
мента и воды и ± 2 % для заполнителей. Составляющие материалы
при приготовлении бетонной смеси дозируют по весу (исключение
допускается для воды), так как объемное дозирование не обеспе­
чивает нужной точности.
Применяют весовые дозаторы циклического и непрерывного
действия к бетоносмесительным машинам соответственно перио­
дического и непрерывного действия с ручным и автоматическим
управлением.
На заводах сборного железобетона чаще применяют бетоносме­
сительные установки с циклической работой. Дозатор периодиче­
ского действия состоит из следующих частей: весового бункера
(собственно дозатора) для отвешивания материала; весоизмери­
тельного устройства той или иной системы, автоматически прекра­
щающего при достижении заданного веса дальнейшее поступление
материала в весовой бункер, и устройств для выдачи материала из
расходного бункера в дозатор и из дозатора в бетономешалку.
Выпускают автоматические весовые дозаторы для смесителей
с объемом готового замеса 330— 1600 л, в которые входят двухком­
понентные дозаторы для заполнителей с суммирующим отвешива­
нием двух фракций, дозаторы для цемента, воды и различных доба*
176
вок, вводимых в жидком виде. Дозаторы управляются пневмоэлектрической системой, работающей автоматически или включаемой
дистанционно с пульта управления.
На рис. 76 приведена схема автоматического весового двухком­
понентного дозатора для заполнителей, оборудованного двумя теч­
ками 1 с секторными затворами для выдачи последовательно из
двух отсеков расходного бункрра разных фракций заполнителя.
2
Рис. 76. Схема автоматического весового двухкомпонентного дозатора для за
полнителей
Секторные затворы течек приводятся в действие пневмоцилиндра­
ми 2 при помощи сжатого воздуха давлением 6 атм. Весовой бун­
кер дозатора 4 системой весовых рычагов 3 связан с циферблатной
головкой 7 весоизмерительного устройства. На весовой шкале
циферблатной головки укреплено кольцо, на котором устанавлива­
ют в соответствии с заданными дозами материалов для нескольких
составов бетона электрические задатчики 10 (лампочки-осветите­
ли). Количество осветительных лампочек и их положение на весо­
вой шкале определяют программу автоматического дозирования
материалов для соответствующего числа составов бетона без пере­
наладки дозатора.
При загружении материалом весового бункера рабочая стрелка
9 циферблатного указателя перемещается по весовой шкале. При
приближении к осветительной лампочке (из всех лампочек вклю­
чена только одна) фотоприставки 11 на рабочей стрелке возбуж­
дается электрический импульс, который передается в электровоздушные клапаны (ЭВК) 6. ЭВК является исполнительным механиз­
мом, регулирующим подачу сжатого воздуха к пневмоцилиндрам.
Электромагниты ЭВК включены в цепь питания электрическим
током 12 и сжатым воздухом 13. Электрический импульс по прово­
ду 8 передается в ЭВК, причем изменяется питание электромаг­
нитов током. Это вызывает переключение подачи сжатого воздуха
в другую полость пневмоцилиндров и перемещение плунжера в сто­
рону, перекрывающую течку подачи материала в дозатор. Соответ­
ствующим образом работает и ЭВК, открывающий доступ сжато77
го воздуха в пневмоцилиндр другой течки и приводящии в дейст­
вие затвор выгрузочного отверстия 5.
Дозирование материалов на замес начинают с того, что опера­
тор переключателем коммутаторного типа включает электричес­
кую лампочку-датчик на циферблатной головке, соответствующую
заданному составу бетона, а затем включает пусковую кнопку для
подачи тока в ЭВК.
Весовые автоматические дозаторы * обеспечивают высокую точ­
ность дозирования, позволяют сократить продолжительность дози­
рования всех материалов на замес до 30—45 сек и численность
обслуживающего персонала до минимума.
5. Перемешивание бетонной смеси
Перемешиванием обеспечивают однородность бетонной смеси,
т. е. пробы, взятые из любой части приготовленной бетонной смеси,
должны иметь один и тот же состав и равномерное распределение
всех компонентов. При перемешивании не только отдельные объемы
материалов, но и каждая частица смеси в отдельности совершают
многократные перемещения относительно друг друга по сложным,
часто пересекающимся между собой траекториям. При этом чем
меньше воды в бетонной смеси, мельче частички смеси (мелкие час­
тички при увлажнении легко комкуются), легче зерна заполнителей
и шероховатее их поверхность, тем интенсивнее должно быть пере­
мешивание бетонной смеси.
Применяют два способа перемешивания бетонной смеси: со сво­
бодным падением материалов и с принудительным перемещением
материалов.
Перемешивание при свободном падении материалов осуществля­
ют в медленно вращающихся смесительных барабанах с горизон­
тальной или наклонной осью вращения, внутри оборудованных
располагаемыми по винтовой линии корытообразными короткими
лопостями. Последние, захватывая при вращении барабана порции
смеси, поднимают их и при переходе в верхнее положение сбрасы­
вают вниз и тем в результате многократного подъема и падения
материала обеспечивают перемешивание бетонной смеси. Эффек­
тивность перемешивания возрастает при наличии в смеси зерен и
кусков заполнителей разной крупности, обладающих отличной ки­
нетической энергией при падении. Этот способ перемешивания при­
меняют при приготовлении пластичных смесей с крупнозернистым
заполнителем из плотных пород.
Выпускают гравитационные (со свободным падением материа­
лов) бетоносмесители циклического действия с загрузочной емко­
стью** 250,425, 500, 1200, 2400 и 4500 л, а также смесители непре­
*
Выпускаются циферблатные дозаторы, оснащенные электронными бескон­
тактными датчиками, которые обеспечивают более надежную работу дозаторов в
автоматическом режиме.
** П од загрузочной емкостью понимают сумму объемов (л) твердых компо­
нентов смеси, загружаемых в бетоносмеситель на один замес.
178
рывного действия производительностью 30, 60 и 120 мгЫ бетонной
смеси.
При перемешивании компоненты смеси укладываются более
плотно друг относительно друга, поэтому выход готовой бетонной
смеси меньше, чем суммарный объем загружаемых в бетоносмеси­
тель материалов. Выход бетонной смеси за один замес характери­
зуют коэффициентом выхода, под которым понимают отношение
объема готовой бетонной смеси в уплотненном состоянии к объему
загружаемых твердых компонентов. Коэффициент выхода бетонной
смеси зависит от вида и пустотности заполнителей, содержания во­
ды в смеси и составляет 0,6—0,7 для смесей на плотных заполните­
лях; 0,7—0,75 — для смесей на пористых заполнителях и 0,75—
0,8 — для растворных смесей (ячеистые и силикатные бетоны).
Производительность смесителей циклического действия Q опре­
деляют по формуле
Q = - b 6Kf>*L м*1ч,
' Ц
где Vq — загрузочная емкость смесителя, л\ kB— коэффициент вы­
хода бетонной смеси; Тц — продолжительность приготовления одно­
го замеса, сек.
Гравитационные смесители непрерывного действия более эконо­
мичны и просты в эксплуатации, чем цикличные. Выпускаемые
смесители этого типа имеют большую производительность, но не
позволяют быстро переходить от одной марки бетона к другой и
поэтому реже применяются на заводах сборного железобетона.
Перемешивание с принудительным перемещением материалов
осуществляют двумя способами: с помощью смесителей механиче­
ского действия, перемешивание смеси в которых производится раз­
личного рода вращающимися лопастями, лопатками, кулачками
и пр., и вибросмесителей, перемешивающих смесь под действием
вибрационных импульсов определенной силы и частоты.
Изготовляют несколько типов бетоносмесителей принудительно­
го действия: лопастные одно- и двухвальные, турбинные, роторные.
Для приготовления малоподвижных, умеренно жестких и жест­
ких бетонных смесей выпускают турбинные бетоносмесители
(рис. 77), состоящие из корпуса, смешивающего механизма с при­
водом и электрооборудования. Корпус имеет два цилиндра наруж­
ный и внутренний, образующие рабочее смесительное пространство
в виде кольца, что исключает появление в процессе смешивания
«мертвых зон». Внутри рабочего кольцевого пространства разме­
щен смешивающий механизм — шестистержневой ротор, на концах
которого на амортизационных устройствах смонтированы держате­
ли с пятью смешивающими и двумя очистными лопастями. Аморти­
зационное устройство служит для предупреждения поломок смеши­
вающего механизма при попадании крупных недробимых предметов
между лопастями и стенками смесительной чаши. Смешивающие
лопасти расположены таким образом, что при вращении ротора они
179
перекрывают все кольцевое пространство смесителя, обеспечивая
быстрое смешение исходных материалов. Очистные лопасти очища­
ют вертикальные цилиндрические поверхности кольцевого прост­
ранства. Предусматривается регулирование зазора между днищем
чаши и смесительными лопастями, между наружным скребком и
шлвгл
Рис. 77. Турбинный смеситель:
1 «=* затвор? 2 — корпус; 3 — пневмоцилиндр; 4 — рама; 5 — мотор-редуктор; 6 — вертикальный
вал; 7 — шестерня; 8 —»загрузочный люк; 9 — лопастной механизм; 10 — броня; / / — внутрен­
ний цилиндр чаши
вертикальной стенкой. Готовая смесь выгружается из смесителя че­
рез люк в периферийной части днища, закрываемой затвором с
пневмоприводом. Турбинные смесители циклического действия из­
готовляют с загрузочной емкостью 250, 500 и 1200 л.
Растворы и легкобетонные смеси на пористых заполнителях
обычно готовят в лопастных смесителях, представляющих собой
неподвижный открытый сверху корытообразный барабан с вращаю­
щимся внутри горизонтальным валом с лопастями, насаженными по
винтовой линии. Лопасти непрерывно перелопачивают смесь, пере­
мещая ее от краев к центру и обратно, сообщая ей возвратно-поступательное перемещение вдоль оси смесителя. Лопастные смеси­
тели изготовляют одно- и двухвальные, с медленным и более быст­
180
рым их вращением, периодического и непрерывного действия. Л о­
пастные смесители циклического действия выпускают с загрузочной
емкостью 325, 1000 и 1500 л, непрерывного действия для приготов­
ления мелкозернистого цементобетона производительностью 15 мъ\ч
и гипсобетона— 12 м*/ч. Для приготовления легкобетонных смесей
применяют также противоточные и турбинные смесители.
Растворные смеси для ячеистых бетонов готовят главным обра­
зом в пропеллерных и центробежных смесителях.
Виброперемешивание осуществляют при помощи передаваемых
смеси вибрационных импульсов. Для этого составляющие матери­
алы помещают в смеситель, закрытый барабан которого совершает
интенсивные круговые или эллипсоидальные колебания с повышен­
ной амплитудой (от 4—5 мм и выше). При режиме вибрации, ког­
да проявляются свойства тиксотропии, частички смеси получают
возможность независимо друг от друга совершать с большой ско­
ростью колебательные движения. При большой частоте возбуж­
дающих вибрационных импульсов, измеряемых тысячами колеба­
ний в минуту, частички смеси при перемещениях получают больше
соударений, чем при перемешивании в смесителях свободного па­
дения или принудительного действия, работающих со скоростью
несколько десятков и реже сотен оборотов в минуту.
Кроме колебательных перемеще­
ний, частички смеси в вибросмесителях
вследствие трения смеси о стенки кор­
пуса получают дополнительное реак­
тивное, вращательное (циркуляцион­
ное) движение в сторону, противопо­
ложную вращению дебалансного вала
вибратора (рис. 78). Так как циркуля­
ция смеси, начавшаяся у стенок смеси­
теля, передается от наружных слоев к
внутренним с известным затуханием,
возникает дополнительное круговое пе­
ремешивание всего материала в заме­
се. Это обеспечивает получение наибо­
лее однородной бетонной смеси. Вибро- Рис. 78. Схема циркуляции
смеси
при
перемешивании
в
перемешивание, как показали исследо­
вибросмесителе:
вания А. А. Десова, Г. Я. Кунноса,
/ — корпус вибросмесителя; 2 —•
вал вибратора; 3 — дебаланс
Н. В. Михайлова и др., особенно эф,фективно применять при приготовлении жестких бетонных смесей, трудно перемешиваемых обычными
способами.
Качество приготовленной бетонной смеси, степень ее однород­
ности во многом зависят от режима перемешивания. Продолжи­
тельность смешивания устанавливают
зависимости от содержания в смеси воды и цемента, ее подвижности, крупности и видасмешиваемых материалов, а также от типа смесителя. Чем больше
в смеси цемента, чем подвижнее она и крупнее в ней заполнитель,
тем меньше может быть продолжительность перемешивания. Обыч181
но продолжительность перемешивания крупнозернистой бетонной
смеси
с^ осадкой
конуса
V
^
w W — ГЛ-------- ------------------- 4—6 см в бетономешалках со свободным
падением материалов принимают 60 120 сек; жестких крупнозернистых смесей в смесителях принудительного действия — 2
z —3 мин ,
а мелкозернистых — 3—5 мин. Легкобетонные смеси на пористых
заполнителях требуют более продолжительного перемешивания,
чем тяжелые, — 4—7—8 мин.
Для получения качественной бетонной смеси рекомендуется в
смеситель циклического действия сначала подавать воду в количе­
стве 15—20% от всей воды затворения, а затем одновременно за ­
гружать цемент, заполнители и остальное количество воды.
J
-
6. Бетоносмесительные установки и заводы
Приготовление бетонных и растворных смесей осуществляют
на специализированных бетонных или бетонораецюрных установ­
ках циклического и непрерывного действия. Обычно заводы сбор­
ного железобетона, учитывая периодический характер процессов
формования изделий, оборудуют бетоносмесительными установка­
ми циклического действия.
В состав бетоносмесительной установки входят: транспортные
устройства для подачи вяжущих веществ и заполнителей со скла­
да, расходные бункера исходных материалов на 2—3 ч работы ус­
тановки, а иногда и более, дозирующие устройства, бетоно- и растворосмесители и устройства для выдачи готовой бетонной и растворнои смесей.
По размещению основного технологического и подъемно-транс­
портного оборудования различают установки с вертикальной и го­
ризонтальной (партерной) компоновкой оборудования. Вертикальная предусматривает однократный подъем всех материалов на не­
обходимую высоту с тем, чтобы последующее перемещение их по
технологической линии (из расходных бункеров в дозирующие
устройства, смесители и т. д.) происходило под действием сил тя­
жести. При горизонтальной — оборудование размещают так, что
материалы в процессе приготовления смеси два или три раза (двух­
ступенчатая и трехступенчатая схема) поднимают на небольшую
высоту, а затем они самотеком поступают в технологические маши­
ны. Характерным для вертикальной схемы является большая высота смесительных установок и неболыиие
неоолыпие размеры их в плане,
компактность транспортных коммуникаций; для партерной техно­
логической схемы — небольшая высота здания и значительные
размеры его, дополнительное количество транспортных устройств
и удлинение транспортных коммуникаций. На заводах сборного
железобетона смесительные установки обычно компонуют по вер­
тикальной схеме (рис. 79).
Размещение оборудования по вертикальной схеме производится
в надбункерном (загрузочном), дозировочном, смесительном (где
и выдача готовой смеси) отделениях.
О
182
В надбункерном отделении размещены разгрузочные устройст­
ва и приводы транспортных машин подачи материалов со склада,
оборудование для распределения заполнителей и цемента по бун­
керам или отсекам. Обычно расходные бункера для крупного за­
полнителя по числу отдельно дозируемых фракций делят на два
Рис. 79. Смесительная установка завода железобетонных изделий:
/ —•ленточный конвейер заполнителей со сбрасывающей тележкой; 2 — поворотная воронка^
3 — загрузочный патрубок; 4 — установка для очистки воздуха; 5 — устройство для обруше­
ния сводов цемента; 6 — механический обрушитель сводов песка; 7, 8 — указатели уровня;
9 —• автоматический весовой дозатор для заполнителей; 1 0 — то же, для цемента; / / — авто­
матический весовой дозатор для жидкостей; /2 — бак для воды; 13 — бак для известкового
молока; 14 — приемная воронка; 15 — бетоносмеситель принудительного действия; 16 — сме­
ситель свободного падения опрокидной; 17 — растворосмеситель; 18 — раздаточный бункер
готовой бетонной смеси; 19 — бетоновоз
или три отсека, для мелкого — два и для цемента также желательно два отсека. Углы наклона днищ и стенок расходных бункеров
должны быть больше углов естественного откоса соответствующих
материалов (для крупного заполнителя не менее 50, для мелкого —
55 и цемента — 60°).
183
При пневматическом транспорте цемента в надбункерном отде*
лении располагают циклоны, матерчатые фильтры и другое обору­
дование для очистки воздуха от цементной пыли.
В дозировочное отделение выходят секторные или иной конст­
рукции затворы расходных бункеров, а также питатели для порош­
кообразных материалов (цемента, добавок) и дозировочное обо­
рудование. Обычно под каждой течкой или под двумя смежными
течками бункера имеется дозатор.
В смесительном отделении размещают бетоно- и растворосмесители и приемные устройства для выдачи готовой смеси.
Бетонную смесь или раствор в формовочные цехи подают лен­
точными транспортерами, самоходными бетоноразвозчиками, пе­
ремещающимися по рельсовым путям, автокарами в бадьях и кю■белях, пневматическими установками и пр.
Бетоносмесительные установки заводов изделий из силикатных
аи ячеистых бетонов оборудуют дополнительно помольными отделе­
ниями для приготовления смешанных вяжущих веществ.
Известково-песчаную смесь для силикатных бетонов готовят по
трем схемам: гидратной на основе гашеной извести; кипелочной на
основе молотой негашеной извести-кипелки и комбинированной,
при которой часть молотой негашеной извести гасят в процессе
приготовления смеси, остальная часть ее гидратируется после ук­
ладки смеси в форму. Приготовление известково-песчаной смеси по
кипелочной схеме дает возможность получать силикатные бетоны
-более высокой прочности и долговечности. Технология изготовле­
ния смеси по этому способу складывается из операций: дробления
комовой извести, отсева из песка крупных включений, совместного
помола извести и песка, дозирования и смешивания приготовлен­
ного известково-кремнеземистого вяжущего с песком, выдачи го­
товой известково-песчаной смеси для формования изделий. Известь
дробят в щековых и молотковых дробилках до крупности 8— 15 мм
и размалывают совместно с песком в соотношении известь — песок
1 : 1— 1 : 2 в коротких (одно-двухкамерных) шаровых мельницах до
удельной поверхности 4000—5000 см2!г. Известково-песчаную смесь
готовят в смесителях принудительного действия, противоточных,
лопастных и др., куда подают приготовленное известково-песчаное
вяжущее, природный песок и воду с добавками (например, ССБ)
для замедления схватывания. При использовании в качестве з а ­
медлителя схватывания гипса последний вводят в вяжущее при
ломоле.
Известково-песчаную смесь на основе негашеной извести иног­
д а готовят и раздельным сухим помолом извести с добавкой гип­
са и мокрым помолом песка с последующим перемешиванием от­
дельно приготовленных компонентов вяжущего и песка. Раздель­
ный помел увеличивает производительность мельниц и улучшает
условия труда. Однако при повышенной влажности песка общее
содержание воды в песке и шламе может превышать количество,
необходимое для заданной удобоукладываемости смеси.
я
184
При формовании изделий из известково-песчаной смеси особен­
но с повышенным содержанием негашеной извести в процессе гидратационного схватывания возможны неравномерные объемные
изменения, что приводит к растрескиванию изделий. Для устране­
ния этого при приготовлении смеси проводят частично гашение из­
вести, т. е. готовят смесь по комбинированной схеме. Для гашения
извести известково-песчаную смесь, приготовленную по кипелочнойк
схеме, до укладки в форму выдерживают в бункерах в течение
15—20 мин. Для восстановления удобоукладываемости смеси, сни­
жающейся при гашении извести, после этого осуществляют повтор­
ное перемешивание с добавлением некоторого количества воды а
смесителях принудительного действия.
Для удовлетворения потребностей строительства в товарном бе­
тоне выпускается оборудование для инвентарных бетоносмесителььых заводов циклического и непрерывного действия производитель­
ностью 50—250 тыс. м 3 в год.
7 Автоматизация процесса приготовления бетонных смесей
На бетоносмесительных установках применяют блокировку элек­
тродвигателей, дистанционное управление и регистрирующий конт­
роль отдельных параметров, автоматическое дозирование и авто­
матическое регулирование некоторых технологических операций.
Автоматизация работы складов заполнителей и цемента. Основ­
ной задачей автоматизации транспортно-складских операций явля­
ется централизация управления и увязка работы всех машин и уст­
ройств, расположенных в разных местах, в соответствии с необхо­
димой технологией транспортирования и складской переработки
материала, а также контроль за ходом их работы и автоматичес­
кое аварийное выключение всей системы.
На рис. 80 приведена схема автоматизации закрытого полубункерного склада заполнителей, где предусматривается с пультов дис­
танционное управление всеми операциями. Выгрузкой заполните­
лей из железнодорожных вагонов руководит оператор с пульта 1.
Он включает привод маневровой лебедки, подающей вагоны к при­
емно-разгрузочному устройству. При подходе к фрезе буро-рыхлительной машины вагон с заполнителем пересекает систему авто­
блокировки и на пульте управления зажигается лампочка. При
необходимости рыхления заполнителя оператор устанавливает ма­
шину в положение, соответствующее автоматическому режиму ее
работы. Срабатывает система пуска рыхлительной машины — ав­
томатически фрезы вводятся в вагон и начинают вращение, опус­
каясь постепенно вниз. При подходе фрез к днищу вагона на пульте
появляется сигнал, оператор устанавливает рыхлительное устрой­
ство по высоте и включает тяговую лебедку на торцевое фрезеро­
вание. Окончание рыхления фиксируется системой автоблокировки
(на пульте появляется сигнал). Оператор поднимает рыхлительное
устройство за габариты вагона и дает команды разгрузочной ма­
шине на работу.
185
Загрузкой склада управляют с пульта 13. При включении авто­
матического режима работы регулируется производительность
транспортных машин непрерывного действия для поддержания за ­
данного постоянного грузопотока или его изменения в соответствии
с режимом работы технологических машин. Узлы загрузки ленточ­
ных конвейеров (лотковые, шиберные и другие затворы), а также
Рис. 80. Схема автоматизации склада заполнителей:
/ —• пульт управления разгрузочной установкой; 2 — приводы буро-фрезерного рыхлителя;
3 — электромагниты упоров рыхлителя; 4 — приводы разгрузчика; 5 — электродвигатель м а ­
невровой лебедки; 6 —«электромагниты привода лебедки; 7 — электродвигатель вибратора;
в и 9 — электродвигатели ленточных конвейеров; 10 — реле скорости; 11 — датчик, сигнализи­
рующий о забивании пересыпного устройства; 12 — конечный выключатель; 13 — пульт управ­
ления загрузкой склада с железнодорожного транспорта; 14 — щиток управления загрузкой
склада с автотранспорта; 15 — привод сбрасывающей тележки; 16 — указатель уровня; 17 —
электродвигатель вибролоткового затвора-питателя; 18 — датчик указатель наличия м ате­
риалов на ленте конвейера; 19 — электромагнит привода перекидного шибера; 20 — электро­
магнит привода затвора бункера выдачи материалов; 21 — указатель уровня; 22 — щиток
управления выдачей материалов; 23 — щиток сигнализации выдачи материалов в бетоно­
смесительное отделение
устройства для разгрузки (плужковые сбрасыватели, сбрасываю­
щие тележки и т. п.) оборудуют дистанционным управлением или
переводят на работу с автоматическим регулированием по задан­
ному режиму или в зависимости от погонной нагрузки ленточных
конвейеров. Для приведения их в действие используют исполни­
тельные механизмы — пневматические, электрические, электромаг­
нитные и др.
При заполнении бункеров и других емкостей импульсы для ав­
томатического включения и выключения соответствующих транс­
портных машин, распределительных устройств и пр. подаются дат­
чиками уровня заполнения бункеров материалом.
При автоматизации управления складскими операциями важно
обеспечить возможность автоматического выбора тракта транспор­
тирования заполнителей и цемента от приемных бункеров к скла­
дам в зависимости от вида и качества материала, температурных
условий и других факторов, задаваемых оператором с центрально­
го пульта. Поступающие на завод материалы должны автомати186
чески направляться в соответствующие данному сорту бункера или
силосы.
Автоматизация работы склада цемента сводится к автоматиза­
ции работы транспортных машин и заполнению силосов в зависи­
мости от сорта цемента и степени уровня заполнения емкостей. При
пневматическом транспорте цемента пневмовинтовыми и пневмокамерными насосами, пневмомеханическими подъемниками и пр.
схема автоматизации предусматривает автоматическое включение
и выключение насосов в зависимости от степени заполнения сило­
сов и автоматическое регулирование их производительности, а так­
же блокировку с приборами автоматического контроля уровня за ­
полнения расходных бункеров.
Автоматизация работы смесительных установок. На рис. 81 при­
ведена схема автоматизации бетоносмесительной установки с дву­
мя смесителями принудительного действия.
Рис. 81. Схема автоматизации бетоносмесительнои установки с двумя смесителя­
ми принудительного перемешивания:
/ — указатель уровня; 2 — встряхнватель фильтра; 3 — вентилятор фильтра; 4 — насос; 5 —
обрушитель свода песка; б и 7 — вибраторы на бункере выдачи бетона; 8 и 9 — бетоносме­
сители принудительного перемешивания; 1 0 — дозатор цемента; / / и 12 — винтовые конвейе­
ры; 13 — вертикальный подъемник (аэролифт); 14 — поворотная воронка с приводом; 15 —
наклонный ленточный конвейер; М — электромагнит; Қ В — конечный выключатель
187
Установка оборудована устройствами автоматической загрузки
отсеков бункера цементом и заполнителями, автоматическими до­
заторами циклического действия с фотоэлектронной системой уп­
равления.
Режим работы смесителей регулируется командным электропневматическим прибором КЭП. В смесительной установке пре­
дусмотрена автоматическая сигнализация, а также переговорная
связь между операторами установки и операторами на складах це­
мента и заполнителей.
Применяемые автоматические дозаторы дозируют составляю­
щие смеси без учета влажности заполнителей и удобоукладывае­
мости готовой бетонной смеси. По этой причине операторы не всег­
да своевременно и точно осуществляют корректирование дозировок
материалов и перемешивание смеси.
Разработан ряд предложений по автоматической коррекции до­
зирования воды в зависимости от влагосодержания заполнителей,
а также автоматического регулирования расхода воды, основанных
на измерении подвижности бетонной смеси в процессе перемешива­
ния. Способы корректирования расхода воды в бетонной смеси не
получили пока широкого применения. Поэтому одной из важней­
ших задач автоматизации приготовления бетонной смеси является
разработка методов автоматического контроля влагосодержания
заполнителей и подвижности бетонной смеси, необходимых для по­
лучения бетонной смеси с заданными свойствами.
Глава 11
АРМ ИРОВАНИЕ Ж ЕЛЕЗОБЕТОННЫ Х И ЗД Е Л И И
Бетон, как и другие искусственные и природные каменные ма­
териалы, хорошо работает на сжатие и плохо сопротивляется рас­
тяжению. Прочность его при растяжении примерно в 10— 15 раз
меньше прочности на сжатие. Поэтому конструкции из бетона, в
которых возможно появление растягивающих напряжений, арми­
руют стальными стержнями, воспринимающими на себя растягива­
ющие усилия. Прочность железобетонных изделий обеспечивается
совместной работой бетона и стальной арматуры, достигаемой
сцеплением между ними. Этому способствуют почти одинаковые
коэффициенты температурного расширения стали и бетона. Кроме
того, бетон не оказывает разрушающего действия на сталь, а пре­
дохраняет ее от коррозии.
Железобетонные конструкции изготовляют с обычной и предва­
рительно напряженной арматурой.
Сущность обычного армирования (рис. 82, а) заключается в
усилении конструкций в растянутой зоне укладкой стальных стерж ­
ней. При таком армировании из-за незначительной растяжимости
бетона в пастянутой зоне обычно оано появляются тоешины. Ши188
рина их раскрытия будет тем больше, чем выше напряжения в ар­
матуре. Поэтому при обычном армировании применяют стальную
арматуру невысоких и средних марок с таким расчетом, чтобы она
работала с небольшими растягивающими напряжениями, при ко­
торых не происходит раскрытие трещин и прогиб конструкций. Ис­
пользование же в этом случае высокопрочных сталей, способных
выдерживать при небольшом их сечении значительные нагрузки
при соответствующих больших дефор­
мациях, вызывает недопустимое рас­ о)
крытие трещин (рис. 82, б), а следова­
тельно, и большие прогибы конструк­
ций.
Для повышения несущей способности конструкции применяют предвари­
тельно напряженное
армирование.
Сущность его состоит в том, что до
приложения эксплуатационных нагру­
зок создается обжатие там, где при
воздействии нагрузок будут возникать
растягивающие напряжения. В пред­
Рис.
82.
Схемы
работы
ба
­
варительно сжатом бетоне трещины
лок одинаковой прочности:
могут возникать лишь тогда, когда бу­ а — балка с большим количест­
наибольшей
дут превзойдены напряжения предва­ вом арматуры
прочности; б — те ж е, с малым
рительного сжатия и в нем возникнут количеством высокопрочной ар­
матуры
растягивающие напряжения. Так соз­
даются условия, при которых арматура
может иметь большие деформации, а следовательно, воспринимать
значительные напряжения без нарушения сплошности бетона.
Напряженное армирование железобетонных конструкций более
выгодно и экономически, так как высопрочные стали имеют мень­
шую удельную стоимость (стоимость, отнесенную к единице проч­
ности), что снижает расход стали в конструкциях.
Различают два вида напряженного армирования железобетон­
ных конструкций: с натяжением арматуры на упоры и на бетон.
В первом случае арматуру <в растянутом виде закрепляют на упо­
рах формы или стенда и производят формование изделий. Когда
бетон приобретает прочность, достаточную для восприятия усилия
от натяжения, арматуру освобождают от упоров и она, стремясь в
силу упругости сократиться до первоначальных размеров, обжима­
ет бетон, вызывая в нем напряжения сжатия. Во втором случае кон­
струкцию армируют после отвердения бетона. Для этого арматуру
пропускают в каналы в теле конструкции, натягивают и анкеруют
по концам или наматывают на изделие арматуру с натяжением,
производя обжатие бетона. Каналы и пазы на поверхности изделий
заполняют раствором.
Оба способа напряженного армирования позволяют получать
конструкции, примерно одинаково работающие под нагрузками.
Способ натяжения на отвердевший бетон применяют реже, как бо­
лее сложный и трудоемкий.
189
1. А р м ату р н ая стал ь
Для изготовления железобетонных изделий применяют арматур­
ную сталь, обладающую требуемой прочностью, пластическими
свариваемостью
востью.
арматурную
разделяют на две основные группы: горячекатаную стержневую
(сокращенно стержневую) и холоднотянутую проволочную (прово­
лочную). Оба эти вида арматурной стали выпускают гладкого и
периодического профиля. Арматура периодического профиля обес­
печивает лучшее сцепление с бетоном.
Стержневую арматурную сталь для упрочнения после проката
часто подвергают дополнительно термической или механической
обработке. В связи с этим различают стержневую арматуру: горя­
чекатаную, не подвергнутую упрочнению после проката; термичес­
ки упрочненную, подвергающуюся упрочняющей термической обра­
ботке; упрочненную вытяжкой, подвергающуюся упрочнению вы­
тяжкой в холодном состоянии. Стержневую арматуру в зависимости
от механических характеристик делят на классы: А-I, A-II, A-III,
A-IV и др. При обозначении класса термически упрочненной арма­
турной стали добавляют индекс «т» (например, А т-Ш ), упрочнен­
ную вытяжкой— «в» (например, А-Пв).
Холоднотянутую проволочную арматуру различают двух клас­
сов; В -I (низкоуглеродистую), предназначенную для обычного ар­
мирования, и B-II (углеродистую), предназначенную для напря­
женного армирования. Первую называют обыкновенной арматур­
ной проволокой, вторую — высокопрочной. Арматурную проволоку
периодического профиля обозначают добавлением индекса «р»
(например, Вр-П).
Для обычного армирования преимущественно применяют арма­
турную сталь классов A-III (марок 25Г2С, 35ГС и др.), A-II (мар­
ки Ст. 5) и обыкновенную арматурную проволоку, а при особом
обосновании также А-I (марки Ст. 3) и А-ІІв.
Для предварительно напряженного армирования используют
высокопрочную проволоку, арматурные пряди и арматуру класса
A-IV (марок 30ХГ2С, 20ХГСТ, 20ХГ2Ц и другие низколегирован­
ные стали), а также в отдельных случаях упрочненную вытяжкой
сталь класса А-Ш в (марки 35ГС, 25Г2С). Наиболее прочная из
стержневой горячекатаной арматуры сталь класса A-IV имеет проч­
ность на разрыв 9000 кгс/см2, нормированный предел текучести
6000 кгс/см2'. высокопрочная проволока периодического профиля
диаметром от 2,5 до 8 мм обладает нормированной прочностью на
разрыв соответственно от 18 000 до 12 000 кгс/см2, а гладкая диа­
метром от 2,5 до 10 мм — от 20 000 до 10 000 кгс/см 2.
2. Изготовление ненапрягаемой сварной арматуры
Обычные железобетонные изделия армируют заранее изготов­
ленными сварными арматурными элементами в виде сеток, плос190
ких и пространственных каркасов. Для снижения затрат труда не­
обходимо, чтобы арматурные элементы имели наибольшую степень
готовности, включали основную и вспомогательную арматуру (при­
варенные петли, крюки, закладные детали и пр.) и не требовали
каких-либо дополнительных операций по сборке на месте. Послед­
ние должны сводиться лишь к установке готового каркаса в форму
и раскреплению на время бетонирования.
Процесс изготовления ненапрягаемой арматуры складывается
из следующих операций:
подготовки арматурной стали — чистки, правки, резки, гнутья,
стыкования и изготовления закладных деталей;
сварки арматурных заготовок в плоские сетки и каркасы;
укрупнительной сборки и изготовления объемных арматурных
каркасов: гнутьем плоских сеток и каркасов, сборкой и сваркой
пространственных каркасов из плоских элементов, приваркой мон­
тажных петель, закладных частей, фиксаторов и пр.
Подготовка арматурной стали. Арматурную сталь поставляют в
бухтах (при диаметре до 14 мм) или в прутках длиной 6 12 м
(диаметром больше 12 мм). Подготовка проволочной арматуры за ­
ключается в размотке бухт, выпрямлении с одновременной очист­
кой и резкой на стержни заданной длины, а прутковой стали
в
резке на стержни заданной длины или в стыковой сварке, если
прутки меньше требуемых размеров, и резке.
Рис. 83. Схема правки и резки арматурной стали на автоматических станках:
I —І автоматические 'правильно-отрезные станки; 2 — аппараты для стыковой сварки; 3 —j
консольный кран; 4 — вертушки для проволоки в бухтах; 5 — стеллаж
Правку и резку арматурной стали производят на автоматичес­
ких правильно-отрезных станках. Поступающие на вагонетках бух­
ты (рис. 83) разгружают консольным краном и устанавливают на
бухтодержатели-вертушки. Концы проволоки заводят в правильно­
отрезной станок, в котором она проходит в правильном барабане
через волнообразное отверстие, образованное рядом радиально по­
ставленных плашек. При быстром вращении барабана благодаря
191
чередующимся изгибам проволоки в разных направлениях при про­
ходе сквозь вращающиеся плашки и одновременном протягивании
через них проволока выпрямляется и очищается до блеска. Очи­
щенная и выпрямленная проволока разрезается дисковым ножом,
приводимым в действие автоматически, на стержни заданной дли­
ны, которые сбрасываются в приемный лоток.
Выпускается несколько типов правильно-отрезных станков. Ско­
рость правки в них проволоки колеблется от 35 до 50 м/мин в за ­
висимости от ее диаметра.
Резку прутковой арматуры осуществляют на станках с ножами
гильотинного типа. Прутки диаметром 5—22 мм режут в пакетах
по несколько штук одновременно. Для сокращения количества от­
ходов в виде коротышей целесообразно прутки сначала сваривать
в бесконечную плеть, а затем разрезать на стержни заданной дли­
ны. Прутки соединяют стыковой контактной электросваркой, а
стержни больших диаметров — дуговой сваркой.
Стыковые соединения должны быть равнопрочны свариваемым
стержням; а стержни разного диаметра — равнопрочны стержням
меньшего диаметра. Качество сварки во многом зависит от режи­
ма контактной сварки, в частности плотности тока и длительности
процесса, которые выбирают в зависимости от марки стали, диа­
метра стыкуемых стержней и мощности стыковых аппаратов.
Для контактной стыковой сварки арматуры применяют свароч­
ные аппараты МСМУ-150, МСГА-300, МСГА-500, где цифры пока­
зывают их номинальную мощность ( к в а ).
Технологическая линия для непрерывной стыковой безотходной
сварки и резки арматурной стали (рис. 84) состоит из стеллажей,
Рис. 84. Технологическая линия для непрерывной сварки и резки прутковой ар­
матуры:
/ —•сварочная машина; 2 и 4 — откидные ролики; 3 — станок для резки; 5 и 7 — роликовые
столы; 6 и 10 — стеллажи; 8 — отмеривающее устройство; 9 — сбрасыватель; 11 — упор
роликовых столов и последовательно установленных сварочных
машин и станка для резки с отмеривающим устройством. Средняя
производительность такой линии составляет в зависимости от диа­
метра прутков 1,5—8 т в смену.
После резки часть прутковой и проволочной арматуры подвер­
гается гнутью для изготовления монтажных петель, хомутов и про192
чих фигурных элементов. Гнутье осуществляют на приводных стан­
ках с медленно вращающимся рабочим диском.
Сварка арматурных сеток и каркасов. При массовом изготовле­
нии арматурных сеток и плоских каркасов пересекающие стержни
соединяют точечной контактной электросваркой на сварочных ап­
паратах.
При точечной сварке свариваемые стержни сжимают друг дру­
га в точках соединения электродами электросварочного аппарата
к одновременно включают сварочный ток большой силы, отчего
место пересечения стержней разогревается, и они свариваются. По­
сле сварки ток автоматически выключается.
Точечные сварочные машины и аппараты для сварки сеток и
каркасов подразделяют на одноточечные, сваривающие за один
прием одно пересечение, и на многоточечные, которые за один при­
ем сваривают несколько точек; по способу подвода тока — с одно­
сторонним и двухсторонним подводом его; по степени механизации
и автоматизации, по характеру приводных устройств для сжатия
свариваемых стержней и пр. Многоточечные сварочные машины
обеспечивают высокую производительность технологических линий
и позволяют в большей мере автоматизировать их. К таким маши­
нам относятся аппараты для полуавтоматической сварки узких
плоских каркасов МТМК-ЗХЮО и М ТМ Қ-2ХІ50, сварочные ма­
шины для сеток полуавтоматического действия МТМС- 10X35 и ав­
томатического действия АТМС-14X75-7.
На рис. 85 приведена схема автоматической линии с машиной
АТМС-14X75-7 для изготовления сеток шириной до 3,8 м (или 2—3
узких сеток). Консольным краном бухты проволоки устанавлива­
ют на трехъярусные бухтодержатели в соответствии с числом про­
дольных проволок в сетке. Проволоки с бухтодержателей пропус­
кают через пятивалковое правильное устройство для правки и
торможения перед прохождением их через многоэлектродную сва­
рочную машину. Перед правильным устройством установлены два
сварочных аппарата для стыкования проволоки и два электроточи­
ла для зачистки стыка после сварки (по обеим сторонам линии).
Здесь же размещены промежуточные стеллажи для подачи вместо
проволоки прутков. Правильное устройство в этом случае отклю­
чают, а для свободного прохождения прутков верхние валки его
поднимают.
Проволоку для поперечных стержней сеток подают с бухты че­
рез правильно-отрезной станок, установленный сбоку сварочной
машины. При достижении проволокой концевого выключателя, ог­
раничивающего длину поперечных стержней сетки, она перерезает­
ся автоматически включаемыми ножницами, и затем автоматичес­
ки производится цикл сварки. Включаются пневмоцилиндры сва­
рочной машины для сжатия мест пересечения прутков продольной
и поперечной арматуры, а игнитронными контакторами — свароч­
ные трансформаторы. При этом дается выдержка времени: на сж а ­
тие 0,07— 1,7, сварку 0,04— 1,4, проковку 0,04— 1,4 сек и подъем
электродов 1,04— 1,4 сек.
7—3356
193
со
^
е
§
со
КСГН
2 § >.
5С . ?о
to
СО
•#
о
ь
<и
о
X
S
о.
н
сз
сх
сз
X
S
у
о
о
с;
с
К
й
03
о в • *«
о Ж
к го О
ун
чсо
»<
а>
а
э* н о
а> 0
3* 1
о о н
н X <L>
ог м Ж
о чК сСО
Xш
І cd 2V
1
CL
19 Ц
і
11
S °о л
ж •г*
й •^ —
чо м
ЙАІ CQ
* О
о. сз
Са> ь
S 0) й>
н СО
21*1 о С
к
ы
*? (U I он
со 3 с ъ
сз X
CUЭг
с Л
-
# •>
•*
%
м
м
s g
*
# «к
со g О £
й5
к
>»
C
Q
—
О)
и
t-
w X о со
Ш <SУО
«в3
о So&h
л сх г . с.
н
Р i с Уф
►а
со
S Ік I' в)
§§Щ2 к
К
Я
3 Л
1К
=2 G
£•--*
*
*
O0J сз
I5£
g ОЭ3*§
s У 2S
О СП
и
к
I
S5 С <n<N
ZZ А
И
М
о
S 81
О
а
з
^
о с
о« о
LO <^
о
CJ
.
-
н
сс
U
-д
V>
ЕЖ
t;
о
• <N Я н
О
о
V W1
5
а 4£
=
«
( у CQ
Н О
СО «
-3
S’S Е=СГ
а
ct
О
Н »о
X
Ъй
Г>
. .
о
?S • • в
\о я
S
п О
После возвращения электродов в исходное положение сетка пе­
ремещается на один шаг. При необходимости продольной резки ав­
томатически вводится в действие нож продольной резки. Для по­
перечной резки сеток машина оборудована гильотинными ножни­
цами, включаемыми автоматически. Реле счета импульсов
отсчитывает число шагов, нужное для получения заданного разме­
ра сетки, и дает команду на опускание ножа ножниц. Отрезанная
сетка поступает на приемный стол — рольганг со специальным
разделительным устройством (при изготовлении 2 или 3 узких се­
ток), а затем — на пакетировщик с приводным устройством для
перемещения готовых сеток. Пакеты сеток мостовым краном пере­
носят к месту назначения. В конце линии установлено устройство
для свертывания длинных сеток в рулоны.
Все операции по изготовлению сеток на линии, начиная от выпрямлбния и очистки проволок и кончая пакетированием готовых сеток, выполняются автоматически. С применением ручного
труда осуществляют только установку бухт с проволокой, стыкова­
ние концов проволок и отправку готовых пакетов сеток.
Максимальная производительность автоматизированной линии
при сварке сетки с шагом 300 мм составляет 4,2 пог. м/мин.
Качество точечных сварных соединений зависит от применяе­
мых режимов сварки, которые характеризуются четырьмя парамет­
рами: величиной сварочного тока, продолжительностью его проте­
кания, усилием сжатия стержней между электродами и размером
контактной поверхности электродов.
Режимы сварки с коротким временем протекания тока (от 0,01
до 0,5 сек) называются жесткими, а с длительным протеканием то­
ка (от 0,5 до нескольких секунд) — мягкими. Жесткие режимы на­
иболее выгодны в технико-экономическом отношении, но требуют
большей мощности сварочной аппаратуры (плотность тока при
жестких реж имах— 120—300 а/мм2, а при мягких—80— 120 я /мм2).
Режимы сварки выбирают в зависимости от вида применяемой
стали, а также мощности имеющегося оборудования. Малоуглеро­
дистую сталь, обладающую хорошей свариваемостью, сваривают
как при жестком, так и при мягком режиме сварки. Углеродистые
стали (с содержанием углерода более 0,20%) свариваются хуже,
поэтому при их сварке переходят от жестких к более мягким режи­
мам. Низколегированные стали также сваривают при мягких ре­
жимах. Холоднотянутую арматурную сталь во избежание отжига
и потери наклепа сваривают только при жестком режиме; при этом
допустимо снижение прочности стали вследствие отжига на 4—6%.
Изготовление пространственных арматурных каркасов. Прост­
ранственные арматурные каркасы изготовляются из плоских сеток
и каркасов соединением контактной точечной сваркой или гнутьем
их в пространственные элементы.
Пространственные каркасы собирают из отдельных деталей на
вертикальных и горизонтальных кондукторах-манипуляторах, обо­
рудованных приспособлениями для выполнения необходимых опе­
раций. Установка для сборки пространственных каркасов в верти­
7*
195
кальном положении (рис. 86) состоит из манипулятора 1, с обеих
сторон которого на колоннах 2 с поворотными стрелами 3 подве­
шены сварочные клещи 4 (типа МТПГ-75). Плоские сетки, посту­
пающие к установке в контейнере 5, подают для сборки по моно­
рельсу 6 на подвеске 7. Пространственные каркасы отправляют в
формовочные цехи в контейнере на самоходной тележке 8.
На манипуляторе одновременно изготовляют два каркаса. Для
этого по обеим сторонам станины манипуляторов между штырями
Рис. 86. Установка для сборки пространственных каркасов
кондуктора укладывают плоские элементы арматуры и закрепля­
ют в требуемом положении. При помощи электродвигателей кон­
дукторы независимо один от другого могут перемещаться по вер­
тикали, что позволяет все операции по сварке каркаса производить
на уровне рук сварщика. В начале сборки кондуктор устанавлива­
ют в верхнее положение, на нем собирают элементы пространствен­
ного каркаса, скрепляя их сваркой в отдельных узлах пересечения
арматуры. Затем каркас во всех узлах сваривают, при этом кондук­
торы каждый раз опускают вниз на необходимый шаг по вертикали.
Производительность установки составляет 6—8 крупных каркасов
в час.
Пространственные каркасы изготовляют также гнутьем плоских
сеток и каркасов на гибочных станках; гнутье целесообразно при­
менять и для изготовления отдельных элементов пространственных
каркасов с последующей укрупненной сборкой и сваркой. Схемы
работы различных станков для гнутья сеток показаны на рис. 87.
3. Технология армирования изделий напрягаемой арматуры
При изготовлении предварительно напряженных изделий натя­
жение арматуры осуществляют несколькими способами: механи­
ческим, электротермическим, электроте.рмомеханическим, а также
химическим за счет использования энергии специальных видов рас­
ширяющихся цементов.
IS6
Различают два способа укладки арматуры^при напряженном
армировании: линейный и непрерывный. Линейное напряженное
армирование осуществляют одиночными проволоками (стержня­
ми) или группой проволок (стержней) конечной длины. Непрерыв­
ное напряженное армирование заключается в создании арматурно­
го каркаса навивкой непрерывной проволочной нити с заданным
Рис. 87. Схемы гнутья плоских сеток и каркасов:
о — пои помощи поворотного диска-балки; б — опускного штампа; в и г — гидроцилиндров;
/ _станина; 2 — арматурная сетка; 3 — механический прижим; 4 — прижим с использова­
нием гидродомкратов; 5 —• поворотный гибочный диск-балка; б
гибочное устройство с гид­
роцилиндром; 7 — гидроштамп
напряжением. Оба способа применимы как при натяжении арма­
туры до бетонирования на упоры, так и при натяжении арматуры
на бетон.
Напряжение арматуры механическим способом осуществляют
приложением непосредственного силового воздействия к напрягае­
мой арматуре гидравлическими и винтовыми домкратами, грузовы­
ми устройствами, машинами для непрерывной навивки.
Электротермический способ натяжения арматуры основан на
использовании свойства линейного расширения стержней (проволо­
ки) при нагревании электрическим током. В нагретом состоянии
арматурные стержни укладываются в упоры форм или поддонов,
препятствующие укорочению стержней. При остывании арматура
напрягается.
Электротермомеханический способ сочетает при натяжении ар­
матуры механический и электротермический способы. Его приме­
няют при непрерывной навивке проволоки с небольшим натяжени­
ем и одновременным нагревом ее электрическим током. Проволо­
ка, намотанная в горячем состоянии на штыри или упоры стендов
197
с неполным натяжением, при остывании сжимается и напрягается
до заданного значения.
Натяжение арматуры за счет энергии расширяющегося цемен­
та осуществляют с помощью напрягающего цемента, вызывающего
в процессе твердения расширение бетона и удлинение связанной с
ним арматуры. Возникающие при этом в арматуре растягивающие
напряжения сжимают бетон и создают в нем напряжения сжатия.
Напряженное армирование осуществляют проволочной и стерж­
невой арматурой. Проволочная арматура по сравнению с прутко­
вой характеризуется повышенной прочностью и большей удельной
поверхностью, поэтому она более эффективна для напряженного
армирования. Армирование отдельными проволоками требует по­
вышенных затрат труда на укладку и натяжение, поэтому их скру­
чивают в пряди и канаты (пряди — это скрученные вместе 2—7
проволок, а канаты — более 7 проволок или несколько прядей).
Высокопрочную проволоку выгодно применять для одноосного
армирования крупноразмерных изделий, изготовляемых на длин­
ных стендах, когда укладка и натяжение проволочной арматуры
производится на всю длину стенда, сразу для ряда одинаковых из­
делий, а также для напряженного армирования изделий непрерыв­
ной навивкой с обжатием бетона в нескольких направлениях.
Стержневую арматуру целесообразно использовать для армиро­
вания предварительно напряженных изделий при изготовлении их
в перемещающихся формах (поточно-агрегатное или конвейерное
производство) или на коротких стендах.
'
Армирование изделий напрягаемой высокопрочной проволокой
при стендовом способе производства. Одноосное армирование из­
делий на стендах обычно осуществляют укладкой и натяжением
одновременно группы проволок. Для этого отдельные проволоки
или пряди предварительно собирают в пакеты (по 40—60 штук
проволок). В зависимости от места изготовления проволочных па­
кетов различают стенды: пакетные, когда заготовка и образование
пакета производят вне формовочной площадки на конвейере или
стеллаже; и протяжные, на которых эти операции осуществляют на
формовочной площадке.
На рис. 88 приведен пакетный стенд 6248, состоящий из линии
изготовления струнопакетов и двух формовочных площадок, одна
из которых предназначена для формования изделий высотой до
800 мм, а вторая — до 2000 мм. Проволоку с бухтодержателя 1
пропускают через тормозное устройство 2, где осуществляют ее
выпрямление и очистку, а также снятие зеркального блеска. Концы
проволок собирают в пакет и с помощью пресса 3 закрепляют в
гребенчатом захвате (рис. 89). Захват прикрепляют к бесконечной
ленте конвейера для протаскивания пакетов (см. рис. 88) 4. Вклю­
чают привод конвейера и проволоки, укрепленные в захвате, про­
тягивают к противоположному концу конвейера. Не доходя 0,5—
1 м до крайнего положения, захват цепи нажимает на конечный
переключатель и привод конвейера переключается на малую ско­
рость. При подходе захвата к крайнему положению привод конвей198
i.
Рис. 88. Пакетный
стенд
6248
ера выключается. На другой конец пакета устанавливают на прес­
се 3 второй гребенчатый захват и проволоки перерезают ножница­
ми. Готовый пакет проволок тележками 5 перемещают на формо­
вочные площадки стенда и устанавливают на место. Проектное
положение арматуры в любом месте сечения по длине изготовляе­
мого изделия, кроме точного и надежного закрепления отдельных
Рис. 89. Гребенчатый зажим:
1 — корпус; 2 — рамки, 3 — пластины с волнистой по­
верхностью; 4 — клин; 5 — шпилька; 6 — рым
проволок в концевых зажимах, обеспечивают также установкой
промежуточных диафрагм, отделяющих одно изделие от другого.
Резка арматуры для отделения изделий друг от друга производится
в зазоре между двумя смежными диафрагмами. Натяжение арма­
туры ведут подвижным гидродомкратом 6, устанавливаемым в
нужном положении по высоте подъемником 7.
На рис. 90 приведена схема протяжного стенда (Гипростройиндустрия), на котором операции по раскладке арматуры и сборке
пакетов осуществляют следующим образом: на бухтодержателе ус­
танавливают 12 бухт проволоки. Проволоку, сматываемую с бухт,
пропускают через устройство для ее выпрямления и очистки, затем
через хвостовой зажим и направляющие диафрагмы закрепляют
ее концы самозаклинивающими зажимами в головной анкерной
плите. Головную анкерную плиту соединяют лыжей (салазкой),
передвигаемой лебедкой вдоль стенда, и проволоки протягивают
(или стержни) вместе с головной плитой к противоположному кон­
цу стенда, там закрепляют в головном упоре. При помощи самозаклинивающихся зажимов проволоки закрепляют в хвостовой анкер­
ной плите и отрезают. Аналогичным образом выбирают и все дру­
гие пакеты проволок, необходимых для армирования данного
изделия. Затем по длине стенда расставляют разделительные ди­
афрагмы, которые перед протягиванием нанизывают на пповолоки
200
Натяжение проволочной ар­
матуры на пакетных и протяжен­
ных стендах осуществляют гид­
равлическими домкратами, реже
грузовыми устройствами, лебед­
кой с динамометрами и другими
приспособлениями.
Проволочную арматуру с уче­
том потерь от усадки и ползучес­
ти бетона, податливости анкеров
и других факторов обычно натя­
гивают до величины, равной 65%
от ее предела прочности при рас­
тяжении. Необходимая величина
тягового усилия Р гидродомкра­
та или другого устройства для на­
тяжения может быть определена
по формуле
Р = 1,1 п
i
>
>
р.
US
X се
s a
о »
о.
Ов
S о
а са
0
go
li
са ^
§
I
с*»*
к
«
■
к л
т
№
<и№
1со
S
?!
к гс ,
где п — число одновременно натягиваемых стержней или проволок;
f — площадь
сечения
одного
стержня или проволоки, см2\
0 о — контролируемое
натяжение
арматуры, кгс/см 2; т| — коэффи­
циент полезного действия натяги­
вающего устройства.
Арматуру механическими при­
способлениями натягивают в три
этапа. Вначале производят мон­
тажное натяжение на величину
40— 50% заданного. При этом на­
тяжении уточняют проектное по­
ложение
разделительных диа­
фрагм и устанавливают ненапрягаемую арматуру и закладные
детали. На втором этапе увеличи­
вают натяжение до 110% от за ­
данного и выдерживают это натя­
жение в течение 8— 10 мин. На
третьем этапе уменьшают натя­
жение арматуры до заданных
значений.
Отпуск натяжения арматуры
производят после твердения бе­
тона и приобретения им не менее
70% проектной прочности. Сни201
£Чаев
<у с.,
аво °ГУ
О
.
в>К
^
чч
Iflj 04
н
Н * в)
°
« eg
у« ОS
*
£5
О і=Со
О. ф
а С**
8*1
О I
3
оS •- н
<я
л
2ft
^
О .*
>*S
£ 9.
•
S
О
О. О
.
С
ОЕ
(
S
(а
ft»45
Ш ,.
X
о .*
Ф
к
Ьз*
ОН
03
8ъеЛ
я
о. С.
со О
а х
о о
3i !I
Ж
А
О ••
Шсэ
Н
X
и
£
>
^2
I
CQ
Ь
жение усилия натяжения следует проводить плавно и сразу для
всей арматуры изделия. Отпуск натяжения арматуры обычно осу­
ществляют теми ж е домкратами, что и натяжение. Сначала натя­
жение снижают примерно на 30%, затем еще на 30% и потом до
нуля. После отпуска проволоки арматурного пакета разрезают
между разделительными диафрагмами и по торцам пакета цир­
кульной карборундовой пилой, автогеном или бензорезом.
Армирование непрерывной навивкой высокопрочной проволоки
с обжатием бетона в нескольких направлениях. Напряженное ар­
мирование с непрерывной навивкой проволочной арматуры приме­
няют при изготовлении изделий в передвижных и стационарных
формах, а также на стендах. Сущность этого способа напряженного
армирования заключается в укладке с заданной силой натяжения
проволоки навивкой на штыри формы или стенда, воспринимающих
усилия натяжения арматуры до приобретения бетонными издели­
ями необходимой прочности. Затем штыри удаляют или проволоку
перерезают в местах закрепления и натяжения арматуры переда­
ют на отвердевший бетон.
В зависимости от расположения арматуры на штырях в про­
дольном и поперечном направлении по отношению к оси изготов­
ляемого изделия, в одном или двух ярусах по высоте непрерывной
навивкой можно получать изделия с одно-, двух-, трехосным (объ­
емным) обжатием бетона.
Армирование с непрерывной навивкой и натяжением арматуры
осуществляют навивочными машинами, которые разделяются: по
положению относительно форм и изделия — на стационарные и пе­
редвижные; по принципу действия — на машины с вращающимся
рабочим органом и совершающим возвратно-поступательное дви­
жение.
1
На рис. 91 дана схема стационарной навивочной машины
ДН-5М. На поворотную платформу стола подают поддон с подня­
тыми в верхнее положение штырями, который фиксаторами авто­
матически закрепляется на платформе. Проволоку с бухт пропус­
кают через правильно-очистное и тормозное устройства, механизм
подачи, блоки натяжной станции, устройство для укладки проволо­
ки (пантограф) и закрепляют проволоки на одном из штырей под­
дона. При вращении поворотной платформы проволока наматыва­
ется на штыри с заданным натяжением. Напряжение проволоки
осуществляется натяжной станцией, в которой проволрка, идущая
на намотку, получает заданное натяжение подвеской к ней на бло­
ке грузовой клети со сменными грузами.
Заданная схема навивки проволоки на штыри поддона обеспе­
чивается пантографом. Последним проволока поднимается вверх
на угол примерно 3—3,5° при каждом заданном положении плат­
формы, при котором необходимо, чтобы проволока не задевала за
штыри. Управление пантографом осуществляют вручную с пульта
управления, либо автоматически при помощи сменных програм­
мных барабанов. После окончания намотки конец проволоки за ­
крепляют на поддоне и отрезают. В других машинах, например
202
СМ-607, навивка проволоки на штыри неподвижного поддона осу­
ществляется поворотной траверсой (хоботом).
Армирование высокопрочной проволокой длинномерных желе­
зобетонных изделий, изготовляемых на стендах, осуществляют при
помощи передвижных арматурно-намоточных машин типа 6407 и
Рис. 91. Стационарная навивочная машина:
I — бухтодержатель; 2 — тормозное устройство; 3 — привод подачи проволоки; 4 — натяжная
станция; 5 — грузовая клеть; £ —-конечные выключатели; 7 — пантограф; 8 — поворотная
платформа; 9 — привод платформы; 10 — поддон со штырями; И — напрягаемая арматурная
проволока
6540 (рис. 92). Навивка арматуры производится последователь­
ными возвратно-поступательными движениями машины вдоль стен­
да и каретки — в поперечном направлении. Проволока с каретки —
пиноли 5 наматывается на штыри, укрепленные по периметру стен­
да (вне зоны бетонирования). Пиноль 5 может перемещаться по
вертикали в соответствии с заданной программой, обходя штыри.
При напряженном армировании с помощью рассмотренных ар­
матурно-намоточных машин часто происходят обрывы проволоки в
местах огибания штырей вследствие повышенной ее хрупкости.
Поэтому применяют комбинированный электротермомеханический
способ непрерывного натяжения проволоки. При электротермомеханическом натяжении проволочной и прядевой арматуры задан­
ное напряжение ао складывается из двух составляющих:
«0=
-j- о. кгс/см а,
203
где (7М— напряжение, создаваемое механическими устройствами,
кгс/см2-, <хт — напряжение, возникающее при остывании проволоки,
закрепленной на штырях (нагретом с помощью электрического то­
ка), кгс/см2.
В этом случае механическими устройствами можно создавать
напряжение в проволоке в пределах до 50% от заданного, а осталь­
ное — методом электротермического натяжения.
Рис. 92. Арматурно-намоточная машина:
f ~ платформа с механизмом продольного хода; 2 — катушки д л я бухт проволоки; 3 — ме­
ханизм натяжения; 4 — механизм подачи; 5 — каретка с пинолью; б — привод передвиже­
ния каретки; 7 — кран-укосина; 8 — электроаппаратура
Для нагревания проволоки к ней при помощи контактов на оп­
ределенном участке (например, от последнего блока на натяжной
станции до штырей упоров) подводят ток от сварочного трансфор­
матора напряжением 50—65 в. Заданную температуру нагревания
обеспечивают подбором соответствующей длины нагреваемого
участка проволоки, в зависимости от ее диаметра и продолжитель­
ности нагрева, и корректируют регулированием силы тока. Резкое
изменение длины нагреваемого участка и скорости движения про­
волоки приводит к неравномерному нагреванию. На намоточных
машинах устанавливают регулятор энергии, расходуемой для на­
гревания проволоки в зависимости от скорости ее движения.
Электротермическое натяжение арматуры применяют преимуще­
ственно для стержневой арматуры и реже для натяжения высоко­
прочной проволоки. Электротермический способ натяжения арма­
туры не требует дорогостоящего оборудования и наименее трудо­
емок. Технология электротермического натяжения стержневой
204
арматуры сводится к заготовке прутковой арматуры заданной
длины путем ее выпрямления, стыкования (в необходимых случа­
ях) и резки; к устройству на концах арматурных стержней анкеров,
при помощи которых натянутая арматура закрепляется в упорах
форм и стенда; к нагреву арматуры и установке ее на упоры.
Для электротермического натяжения заготовляют стержни та­
кой длины, при которой их в нагретом состоянии можно свободно
укладывать на упоры, а после охлаждения в закрепленном состоя­
нии получить заданное упругое удлинение, создающее в арматуре
расчетное растягивающее напряжение.
Для закрепления нагретых стержней на упоры применяют ан­
керные устройства в виде приваренных на концах стержней коро­
тышей или «высаженных» на их концах головок. Схема образова­
ния высаженной головки и ее использования при натяжении и анкеровке арматурного стержня приведена на рис. 93.
10
Рис. 93. Схема образования высаженной головки и ее использования при натя­
жении и анкеровке арматурного стержня:
а — закрепление концов арматурного стержня в заж имах стыкового
сварочного аппарата
до высадки головок; б — то же, после высадки головок; в — стержень с высаженными го­
ловками на упорах формы (слева высаженная головка в качестве простого анкера, спра­
ва —* в качестве захватного устройства); / — подвижный зажим сварочного аппарата; 2 —
медный упор; 3 — неподвижный заж им ; 4 — арматурный стержень; 5 — упорная шайба; б —
муфта; 7 —«натяжная гайка; в —-упоры формы; 9 — захватное устройство домкрата; 10 —
шток гидродомкрата
Для одновременной высадки головок с двух сторон стержня
применяют установку 6596С/1 и универсальный станок НС-117.
Первая машина снабжена фотоэлектронным пирометром для авто­
матического контроля нагрева арматуры.
Температура нагревания арматурной стали марок 30Х2ГС и
65ГС не должна превышать 500° С, марок 25Г2С и 35ГС — 450° С,
а Ст. 5 — 400° С Для уменьшения потерь тепла в окружающую
среду нагревать арматуру следует быстро. Свойства стержневой
арматуры не изменяются, если продолжительность нагрева не пре205
вышает 2— 3 мин, проволоки— 15—20 сек. Арматуру обычно на­
гревают на специальных установках вне формы.
На рис. 94 представлена установка завода «Баррикада» (Л е­
нинград) для одновременного нагрева 3—4 стержней. Она состоит
из подвижной, неподвижной и поддерживающей опор. Для нагре­
вания стержни на рабочих опорах прижимными губками, переме­
щающимися вверх и вниз пневмоцилиндрами, прижимаются к не­
подвижным токоподводящим контактам (губкам), затем включает­
ся электрический ток. При удлинении стержней подвижная опора
перемещается на тележке.
Рис. 94. Установка для электронагрева стержней завода «Баррикада»:
%—• подвижная опора; 2 — неподвижная опора; 3 — поддерживающая опора; 4 — прижимной
контакт? 5 — неподвижный токоподводящий контакт; 6 — пневмоцилиндры; 7 — нагреваемые
стержни; 8 — трансформатор; 9 — кнопки управления; 10 — конечный выключатель
Управление установкой осуществляют с кнопочного поста. Н а­
грев стержней контролируется по их удлинению автоматически кон­
цевым выключателем, при этом трансформаторы отключаются от
сети, а прижимные губки пневмоцилиндрами возвращаются в ис­
ходное (верхнее) положение. После снятия с установки нагретых
стержней подвижная опора возвращается в прежнее положение.
Для нагревания стержней вне форм серийно выпускается уста­
новка 6596С/2, управление которой автоматизировано.
Укладку бетонной смеси в формы следует проводить после ос­
тывания нагретой арматуры до температуры 80—90° С.
Передача натяжения арматуры на бетон при электротермичес­
ком способе напряжения производят обычно путем нагрева и пере­
резания свободных участков арматуры с помощью электросвароч­
ных аппаратов и автогенных установок. Перерезают арматуру по­
очередно с обоих торцов изделий и симметрично относительно
центра тяжести натянутой арматуры.
206
4. Арматурные цехи и автоматизация процессов изготовления
и армирования изделий
Арматурные элементы и каркасы на заводах сборного железобе­
тона обычно изготовляют по поточно-агрегатной схеме с разделе­
нием производственных операций на два потока: изготовление эле­
ментов каркасов из проволоки и стержневой арматуры с последую­
щей сборкой из них пространственных каркасов. В зависимости от
вида изготовляемых изделий, производительности завода применя­
ют различные схемы компоновки арматурных цехов.
На рис. 95 приведена схема размещения арматурного цеха в
унифицированном типовом пролете для завода изделий промышлен­
ного строительства мощностью свыше 100 тыс. ж3 в год и при домо­
строительном комбинате производительностью 150—280 тыс. м2
жилой площади в год. Для изготовления из проволочной и прут­
ковой арматуры плоских сеток и каркасов выпускается высокопро­
изводительное оборудование, позволяющее создавать автоматизи­
рованные технологические линии по выпуску однотипных изделий.
Однако полная автоматизация процессов изготовления плоских ар­
матурных сеток и каркасов сдерживается из-за недостаточной их
унификации. Производство пространственных каркасов, связанное
с большим числом вспомогательных операций по перемещению
плоских сеток и других заготовок, установкой их по месту, пока
мало механизировано и выполняется с применением ручного тру­
да. Для автоматизации процессов необходимо дальнейшее развитие
комплексной механизации всех основных и особенно вспомогатель­
ных операций. Технологические машины должны быть связаны
между собой надежными и удобными средствами перемещения,
обеспечивающими непрерывность и последовательность процесса
сборки и исключающими ручные переноски, переналадки и перево­
рачивания арматурных заготовок.
Армирование изделий напрягаемой арматурой, за исключением
способа армирования непрерывной навивкой высокопрочной прово­
локи, пока еще не достаточно механизировано, что сдерживает ав­
томатизацию этого процесса.
Особое значение при напряженном армировании имеет автома­
тическое обеспечение величины натяжения арматуры. От точности
натяжения арматуры в изделиях зависит их надежность в эксплуа­
тации и долговечность. Возможные ошибки в величине натяжения
арматуры особенно вредны потому, что дефекты в армировании
обычно обнаруживают лишь при испытании готовых изделий или
в процессе их эксплуатации. Для измерения усилий натяжения или
возникающих в связи с этим напряжений растяжения в арматуре
предложены различные механические и физические приборы, ис­
пользуемые в зависимости от вида стали, диаметра арматуры, спо­
соба натяжения и других факторов. Наиболее часто степень натя­
жения характеризуют величиной концевого усилия, величиной
удлинения и прогиба арматурного элемента, а также частотой соб­
ственных колебаний натянутой арматурной нити (струны).
207
Рис. 95. Арматурный цех, размещенный в унифицированном типовом пролете:
а —«для промышленного строительства; 1 и 2 — рамы для подвески сварочных машин; 3 —•
вертикальная установка для сварки каркасов; 4 — ножницы для резки сеток; 5 — мостовой
кран; 6 — машина для сварки сеток; 7 — стол для комплектации арматуры; 8 — тележка для
подачи арматурной стали; 9 — многоэлектродная сварочная машина; 10 — машина для сты­
ковой сварки; У/ — станок для резки и правки арматуры; 12 и 13 — машины точечной свар­
ки; 14 -^ м а ш и н а для гибки сеток; 15 — горизонтальные установки для сварки каркасов;
б — для крупнопанельного домостроения: 1 — рама д ля подвески сварочных машин; 2 и
3 — машины для точечной сварки; 4 и 14 — ножницы для резки сеток; 5 — мостовой кран;
6 — машина для стыковой сварки: 7 — станок д ля высадКЬ головок; 8 — тележка; 9 — ста­
нок для правки и резки арматуры; 10 — установка для электротермического упрочнения а р ­
матуры; / / — станок для резки; 12 — станок для гнутья : 13 — машина д ля сварки сеток;
15 — многоэлектродная сварочная машина; 16 — машина д ля точечной сварки; 17 — станок
для гибки арматурных сеток; 18 — горизонтальная установка для сварки ’ каркасов
Г л а в а 12
ФОРМОВАНИЕ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Процесс формования слагается из следующих операций: подго­
товки форм, установки арматурного каркаса или армирования из­
делий напрягаемой арматурой, укладки и уплотнения бетонной
смеси, отделки поверхностей отформованных изделий и расформовки.
Независимо от принятой технологии при формовании изделий
из тяжелых и легких бетонов * необходимо обеспечить достаточное
уплотнение бетонной смеси, при которой бетон приобретает задан­
ные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость,
атмосферостойкость и др.); точное соответствие формы и разме­
ров изделия проектным (в пределах допусков); качественные по­
верхности изделий, не требующие дополнительной обработки.
1. Формы, подготовка форм и поддонов
Формы предназначаются для получения изделий требуемого гео­
метрического очертания с заданными размерами. Формы подразде­
ляют: по условиям работы — на перемещаемые и стационарные; по
условиям армирования — для изделий с ненапрягаемой арматурой
и для предварительно напряженных изделий; по числу изготовляе­
мых изделий — на индивидуальные, в которых формуется одно из­
делие, и пакетные (групповые) для изготовления сразу нескольких
изделий; по расположению изделий при формовании — на горизон­
тальные и вертикальные; по конструкции — с бортами, откидываю­
щимися при расформовке, со съемной бортоснасткой, удаляемой по
окончании формования, и неразъемные (борта не снимаются) —
изделия извлекают из формы за счет скосов граней или упругой де­
формации бортов.
Формы для изготовления железобетонных изделий должны об­
ладать прочностью и жесткостью для длительной их эксплуатации
и получения в течение этого срока изделий с заданными допусками,
должны быть удобными в работе — затраты труда на сборку, раз­
борку и съем готовых изделий должны быть минимальными; отве­
чать условиям охраны труда и иметь невысокую стоимость. В боль­
шей мере удовлетворяют указанным требованиям металлические
формы.
Качество готовых изделий и условия формования зависят от
правильной эксплуатации форм, в частности ухода за ними. После
расформовки на поверхности форм остаются остатки бетона, наплы­
вы цементного молока и другие остатки, которые постепенно приво­
дят к образованию наростов в форме, что затрудняет извлечение
изделий и ухудшает их качество. Поэтому после каждого цикла
формования возникает необходимость в чистке форм. Их чистят ме­
ханическими, пневматическими и химическими способами. Наиболь* О формовании изделий из ячеистых бетонов см. гл. 21.
209
шее распространение получили механические способы чистки с по­
мощью машин с металлическими щетками, с абразивными кругами
или с инерционной фрезой. Недостатком этих машин является по­
вышенный износ очищаемых поверхностей форм. При пневматиче­
ском способе формы очищают струей сжатого воздуха. Химический
способ очистки заключается в обработке поверхности форм раство­
рами некоторых кислот, действующих на цементный камень, но не
разрушающих при этом металл. Очистку форм производят в специ­
альных камерах, оборудованных вентиляцией. Химическую очистку
разрешается проводить не более 2—3 раз в год.
В настоящее время в опытном порядке осуществляют покрытие
поверхностей форм пленками из полимерных и других материалов,
исключающих необходимость их чистки после формовки.
Внутренние поверхности форм смазывают для уменьшения сцеп­
ления с бетоном. Смазка облегчает расформовку изделий и обеспе­
чивает получение гладкой и ровной поверхности их.
Смазка форм должна удовлетворять следующим требованиям:
иметь консистенцию, позволяющую механизированными способами
наносить ее ровным и тонким слоем на поверхность форм; не ока­
зывать вредного действия на бетон и не вызывать коррозии арматуры; не разрушаться при тепловой обработке; иметь несложную
технологию и невысокую стоимость.
При изготовлении железобетонных изделий применяют смазки
четырех групп: эмульсионные смазки типа «масло в воде» и «вода
в масле»; растворы вязких и твердых нефтепродуктов в легких
фракциях нефти (например, растворы петролатума в керосине или
соляровом масле); суспензии тонкодисперсных минеральных ве­
ществ в воде или масле (известковая, глиняная, цементно-масляная
и др.); смазки из отходов промышленности (растворы соапстока в
воде, уайт-спирта и др.). Из перечисленных видов смазки чаще все­
го применяют смазки первой и второй групп.
Для нанесения смазки используют распылители, выпускаемые
для производства окрасочных работ, например пистолеты пневма­
тического действия. Для хорошего распыления смазки и надлеж а­
щего прилипания ее к стенкам формы применяют сжатый воздух
давлением 3—4 атм. Смазку наносят обычно за 15— 20 мин до
укладки бетонной смеси.
2. Укладка и распределение бетонной смеси
Бетонная смесь, особенно жесткая, трудно распределяется в
форме (даже при вибрировании). Поэтому при формовании воз­
никает необходимость принудительного распределения и выравни­
вания бетонной смеси. От тщательности выполнения этой операции
зависит однородность бетона в изделии. Укладку и распределение
бетонной смеси в формы проводят бетоноукладочными машинами.
Их разделяют на универсальные, пригодные для укладки и распре­
деления смеси в формах разных размеров и конфигурации, и спе210
циальны е — для укладки и распределения бетонной смеси в формы
U
определенных размеров и очертании.
Бетоноукладчики обычно выполняют в виде самоходного порта­
ла (рамы), перемещающегося по рельсовому пути над формой с
одним или несколькими бункерами для бетонной смеси, оборудо­
ванными питателями для ее укладки. Применяют питатели разных
конструкций: ленточные, вибролотковые, винтовые, ложковые и др.
На рис. 96 приведена схема
бетоноукладчика с ленточным
питателем, используемым при
формовании плоских изделий
(панелей, плит). Этим бетоно­
укладчиком бетонная смесь вы­
дается сразу на всю ширину
формуемого изделия. Толщину
укладываемого слоя бетонной
смеси регулируют скоростью
перемещения бетоноукладчика
относительно
формы,
ско­
ростью
движения
ленты
и
велии
U
чинои открытия подвижной заслонки. Для равномерного вы­ Рис. 96. Схема бетоноукладчика с
хода бетонной смеси из бунке­
ленточным питателем:
ра на ленту установлен копиль­ 1 — расходный бункер; 2 — рама самоход­
ного портала;
3 — ленточный питатель;
ник, поддерживающий постоян­ 4 — копильник; 5 —*заслонка; 6 - механизм открытия заслонки
ный подпор столба бетонной
смеси над уровнем выходного
отверстия бункера, независимо от уровня смеси в нем. При формо­
вании изделий с неравномерной толщиной в продольном направле­
нии количество смеси регулируют поднятием или опусканием зас­
лонки, а в поперечном сечении — профилированием очертания ее
нижнего края.
Бетоноукладчики оборудуют приспособлениями для заглажива­
ния верхней поверхности формуемых изделий и дополнительными
устройствами для уплотнения бетонной смеси.
Бетоноукладчики обычно выдают бетонную смесь в форму по
объему. Это затрудняет точность дозирования бетонной смеси, не­
обходимой для изготовления изделия за один прием без последую­
щего дополнения или удаления избытка бетонной смеси. Точность
дозирования особенно важна для жестких бетонных смесей, умень­
шающихся в объеме при уплотнении. В связи с этим одной из важ­
ных задач является переход на весовое дозирование бетонной сме­
си и разработка эффективных способов заглаживания поверхностей
изделий.
3. Уплотнение бетонной смеси
Уплотнением достигается заполнение формы бетонной смесью и
получение бетона однородного строения с минимальным объемом
21
воздушных пор. Необходимо, чтобы интенсивность уплотнения со­
ответствовала удобоукладываемости бетонной смеси. Текучие и
подвижные смеси, применяемые редко, легко заполняют форму под
действием собственного веса и нуждаются лишь в выравнивании
поверхности вровень с краями и в уплотнении в углах формы. Ма­
лоподвижные и умеренно жесткие смеси хорошо укладываются в
формы и уплотняются при разжижении в силу тиксотропных
свойств бетонной смеси под действием вибрации. Жесткие смеси
могут укладываться в форму и уплотняться под воздействием виб­
рообработки с приложением дополнительного давления сверху на
формуемое изделие.
В зависимости от вида изготовляемых изделий, их технологич­
ности, формуемости * и других производственных факторов приме­
няют следующие способы уплотнения бетонной смеси: вибрирова­
ние, прессование, прокат, центрифугирование, вакуумирование
и др. Возможно сочетание при формовании нескольких способов
уплотнения, например вибропрессование, виброштампование, виб­
ропрокат, вибровакуумирование и т. п.
Вибрирование. Виброуплотнение основано на использовании
эффекта тиксотропного разжижения бетонной смеси. В результате
вибрации разрушается сложившаяся при перемешивании структура
смеси, уменьшается трение и сцепление между частицами заполни­
телей. Вследствие этого бетонная смесь превращается в подвижную
текучую массу. Подчиняясь законам гидростатики, она приобретает
способность заполнять форму даж е со сложным очертанием и с
густой арматурой и уплотняться под действием сил тяжести, вытес­
няя имеющиеся пузырьки воздуха наружу. При этом создается бо­
лее плотная и устойчивая структура, обеспечивающая получение
бетонного изделия монолитного строения.
Эффективность виброуплотнения бетонной смеси зависит от
трех параметров: амплитуды колебаний А, частоты колебаний п и
продолжительности вибрирования. Для бетонной смеси в зависимо­
сти от ее реологических свойств имеются свои оптимальные значе­
ния указанных параметров виброуплотнения, при которых дости­
гается наибольшее уплотнение.
Амплитуда, частота колебаний и продолжительность вибрирова­
ния, отдельно взятые, не характеризуют эффекта виброуплотнения.
Эффективность виброуплотнения, как показали исследования
О. А. Гершберга, А. А. Десова и др., можно характеризовать лишь
совокупностью этих параметров, используя в качестве критерия их
производные: скорость колебаний Лш, ускорение колебаний Л&>2
или интенсивность колебаний (произведение скорости на ускорение
колебаний) Л2©3 (со — угловая скорость). По данным В. Н. Шмигальского, интенсивность колебаний, выражающая мощность пото­
ка энергии, затрачиваемую на колебание бетонной смеси, наиболее
*
П од формуемостью понимается способность бетонной смеси перемещаться
и*принимать любую форму под влиянием собственного веса и внешних динами­
ческих воздействий.
212
точно определяет качество уплотнения бетона при вибрировании.
Чтобы уплотнить бетонную смесь в короткие сроки, необходимо
сообщить ее частичкам в зависимости от удобоукладываемости
определенную интенсивность колебаний, достаточную для разжи­
жения смеси. Чем больше ее жесткость, тем больше должна быть
интенсивность вибрирования, иначе смесь не получит надлежащего
уплотнения. Увеличение интенсивности вибрирования выше опреде­
ленного минимума для данной бетонной смеси не желательно и мо­
жет вызвать ее расслоение.
„
Для круговых гармонических (синусоидальных) колебании ин­
тенсивность колебаний равна
И = А 9и ? = 0 , 0 0 \ А 2п? см?/секг,
где а — амплитуда колебаний, см; to — угловая скорость, рад/сек ;
п — частота колебаний, кол/мин.
Оптимальная интенсивность вибрирования для бетонных смесей
на плотных заполнителях составляет: для подвижных — MJ 1W,
малоподвижных — 100—200; жестких — 200 600 и особо жестких
600__800 см2/сек3. Необходимая интенсивность вибрирования мо­
жет быть достигнута при разных сочетаниях значений амплитуды и
частоты колебаний. На рис. 97 приведен график, связывающий зна-
и = ?800смУсе*
и=?С00 »>
и = 1250 »
И - 700 I
| 300 I
I 150 >»
И = ВО »
30 ”
Частота. поп/мин
Рис. 97. Зависимость между амплитудами и частотами колебаний для различной
интенсивности вибрации
чения амплитуды и частоты колебаний для различной интенсивности колебаний, и указаны пределы их варьирования, наиболее часто
применяемые на практике (заштрихованная область).
Для виброуплотнения бетонных смесей принимают амплитуды
колебаний 0,3—0,5 мм при частоте колебаний 3000 кол/мин и 0,1—
0,3 мм при частоте 6000 кол/мин. Оптимальное значение амплитуды
колебаний тем выше, чем крупнее заполнители и чем больше жест­
кость бетонной смеси. Бетонные смеси повышенной жесткости хоро213
шо уплотняются при амплитуде вибрации 0,6— 0,8 мм (п =
= 3000 кол/мин). Увеличение амплитуды колебаний выше определен­
ных пределов может вызвать подсос воздуха и разуплотнение б е­
тонной смеси, что приведет к снижению прочности и морозостойко­
сти бетона. Кроме того, это потребует увеличения мощности элек­
тродвигателей и снижения срока эксплуатации виброуплотняющих
машин. Недостаточная амплитуда колебаний увеличивает необхо­
димое время вибрирования и сокращает производительность фор­
мующих машин.
Для уплотнения бетонных смесей оптимальной является частота
вибрации от 2000—3000 до 6000—7000 кол/мин. Повышенная часто­
та (при малых амплитудах) особенно эффективна для уплотнения
мелкозернистых смесей. Повышение частоты колебаний осложняет
конструкции и эксплуатацию вибромеханизмов. Снижение частоты
колебаний обычно увеличивает продолжительность уплотнения бе­
тонной смеси.
Эффективны механизмы для уплотнения бетонных смесей при
пониженной частоте вибрации (около 1000 кол/мин), но при повы­
шенных амплитудах колебаний (3—5 мм), в которых уплотнение
бетонной смеси происходит под виброударным воздействием, обес­
печивающим высокую степень уплотнения жестких смесей.
Бетонная смесь состоит из частиц, разных по своим размерам,
поэтому для ее уплотнения желательно применять двух- и даж е
трехчастотное вибрирование: низкой частоты для зерен крупного
заполнителя, среднее для зерен песка и высокое для частиц цемента
и молотых добавок. Использование поличастотного вибрирования
увеличивает однородность уплотнения бетонной смеси но сравне­
нию с одночастотным вибрированием.
При принятых параметрах колебаний степень уплотнения бетон­
ной смеси зависит от продолжительности вибрирования. Недоста­
точная продолжительность вибрирования ведет к плохому уплотне­
нию бетонной смеси и снижению прочности бетона; увеличенная
продолжительность вибрации (сверх оптимума) не дает увеличения
прочности бетона и может при подвижных смесях вызвать расслаи­
вание. Оптимальная продолжительность вибрации в зависимости от
жесткости бетонной смеси колеблется от 20— 30 сек до 3—5 мин.
Жесткие смеси требуют более длительного вибрирования.
Виброобработка с дополнительным уплотнением (вибрирование
с нагрузкой, виброштампование, вибротрамбование и вибропрес­
сование). При вибрировании бетонная смесь, особенно жесткая, изза отсутствия давления сверху долгое время остается рыхлой и
медленнее уплотняется в верхних слоях. Равномерность уплотнения
бетонной смеси увеличивается, а продолжительность виброобработ­
ки сокращается, если ее сочетать с дополнительным давлением. При
вибрации легкобетонных смесей на пористых заполнителях давле­
ние сверху препятствует всплыванию на поверхность зерен запол­
нителя, которые легче цементного теста.
Оптимальная величина дополнительного давления определяется
жесткостью бетонной смеси и обычно составляет 50—200 гс/см2 в
214
зависимости от способа формования. При таком давлении частички
бетонной смеси могут колебаться при вибрации и заполнять форму
под действием сил тяжести и компрессионных сил, что обеспечивает
интенсивное уплотнение бетона. Дальнейшее увеличение давления
нерационально, так как при этом вследствие некоторого заклинива­
ния отдельных зерен заполнителя наблюдается «гашение» виб­
рации.
В зависимости от характера применяемого компрессионного
воздействия различают следующие методы виброуплотнения: виб­
рирование под нагрузкой, виброштампование и вибротрамбование.
Вибрированием под нагрузкой обычно называют метод формо­
вания и уплотнения бетонной смеси на виброплощадках под дав­
лением пригрузочных щитов. Применение пригруза примерно вдвое
сокращает продолжительность уплотнения и обеспечивает получе­
ние гладкой верхней поверхности изделий. Оптимальная величина
пригрузов для малоподвижных бетонных смесей составляет 40—
60 гс/см2, для умеренно жестких бетонных смесей — 60— 100 гс/см2.
Виброштампованием принято называть такой метод формования
и уплотнения бетонной смеси, при котором вибрирующий штамп,
установленный на уложенную в форму бетонную смесь, переме­
щается вниз и выштамповывает заданный профиль изделия. Схема
виброштампования приведена на рис. 98. При этом методе вибро-
Рис. 98. Схема виброштампования бетонной смеси:
/ — форма; 2 — бетонная смесь; 3 — виброштамп; 4 — прижимная рама
штамп сочетает функции уплотняющего и формующего органов.
Виброштампование можно осуществлять и при непрерывном пере­
мещении виброштампа в горизонтальной плоскости вдоль формуе­
мого изделия (скользящее виброштампование). Дополнительное
давление при этом создается виброштампом (рис. 99) за счет под­
пора бетонной смеси, непрерывно подаваемой из бункера-питателя
в пространство, ограниченное днищем, боковыми стенками формы
и сверху скользящим виброштампом (реактивное давление).
Стационарным виброштампованием изготовляют ребристые, кес­
сонные и другие плиты, а также криволинейные элементы различ­
ного очертания; скользящим виброштампованием — ребристые пли­
ты с продольным направлением ребер, пустотелые плиты, трубы
и пр.
25
Эффективность уплотнения при виброштамповании зависит от
интенсивности виброимпульсов, оцениваемых величиной возмущаю­
щей силы вибратора Q, компрессионного воздействия на смесь Р
и соотношения между ними Q/Р. Для плоских и ребристых плит это
соотношение принимают 1,8—2,5; для пустотелых изделий — около
1,5. Онтимальное удельное давление на смесь при виброштампова­
нии составляет 80— 120 гс/см2 в зависимости от жесткости бетонной
смеси. Принимая оптимальное со­
отношение Q/Р и удельное давле­
ние, зная площадь формуемого
изделия, можно определить необ­
ходимую общую возмущающую
силу вибромеханизмов штампа Q.
При расчете следует учитывать
возможность Щуплотнения
смеси и
0
формование нужного профиля из­
делий за несколько проходов
Рис. 99. Схема формования с
уплотнением скользящим ви­
(два, три).
броштампом: '
Виброштампование эффектив­
/ — бункер с бетонной смесью; 2 —
но для формования изделий из
отбойный щиток;
3 — скользящий
виброштамп
жестких смесей. Целесообразно
работу виброштампов проводить,
предварительно обеспечив раскладку бетонной смеси в форму в со­
ответствии с профилем изделия. Качество изделий, получаемых виб­
роштампованием, зависит от точности дозирования бетонной смеси,
укладываемой в форму.
Вибротрамбованием называют метод формования и уплотнения
бетона, при котором вибропригруз или виброштамп в процессе ин­
тенсивной виброобработки оказывает ударное воздействие на бе­
тонную смесь. Это достигается переходом на виброударный режим
уплотнения с увеличенной амплитудой колебаний до 2—2,5 мм и
меньшей частотой (около 1000 кол/мин). При таком режиме вибри­
рования (в отличие от гармонического режима колебаний, когда
штамп и бетонная смесь вибрируют как одно целое) виброштамп
в каждый период колебания отрывается от бетона и вновь возвра­
щается к нему. Таким образом создаются условия для дополни­
тельного уплотнения бетонной смеси за счет динамического воздей­
ствия. Оптимальное давление при виброштамповании составляет
150—200 гс/см2. Чтобы обеспечить виброударный режим уплотне­
ния, необходимо повысить величину Q/Р до 5— 10, что требует при
сохранении удельного давления на смесь увеличения возмущающей
силы вибромеханизмов.
Виброштампование позволяет формовать изделия из особо ж е­
стких смесей, но при формовании крупноразмерных изделий требу­
ются формующие машины значительной мощности.
Оборудование для виброуплотнения. Для уплотнения бетонной
смеси вибрированием создано много видов вибраторов, виброплоI[ок, специальных вибромеханизмов — вибронасадок, вибровкла­
дышей, вибробалок и других формующих машин.
216
По способу передачи колебаний виброустановки разделяют: для
объемного вибрирования, когда вибрационные импульсы сообщают­
ся всей бетонной смеси в объеме формы (уплотнение на вибропло­
щадках) ; наружного вибрирования, когда колебательные импульсы
передаются от одной или нескольких стенок формы (уплотнение на­
весными вибраторами); поверхностного вибрирования, осущест­
вляемого с открытой верхней поверхности формуемых изделий (уп­
лотнение вибронасадками, виброрейками и пр.); внутреннего вибри­
рования с передачей колебаний во внутрь бетонной смеси (формо­
вание с помощью вибровкладышей, глубинных вибраторов и т. д.).
Возможно сочетание нескольких способов вибрирования в одном
механизме,- например объемного вибрирования с поверхностным
и т. д. Наибольшее распространение получил способ формования
изделий на виброплощадках. Виброплощадка представляет собой
горизонтальную жесткую платформу-вибростол, опирающийся на
упругие опоры (стальные спиральные или другие пружины) и при­
водимый в колебания вибромеханизмами, жестко соединенными с
рамой стола. При формовании на вибростол устанавливают форму
с бетонной смесью, колебания которого передаются через форму.
Возможность формования изделий на виброплощадках и каче­
ство уплотнения бетонной смеси зависят от следующих характе­
ристик: грузоподъемности; формы и характера колебаний, вызы­
ваемых вибромеханизмом; равномерности распределения амплиту­
ды колебаний по всей площади вибростола; жесткости опорных
пружин; суммарной возмущающей силы вибраторов, а также мощ­
ности двигателей виброплощадки. Все эти характеристики взаимо­
связаны друг с другом.
Под грузоподъемностью виброплощадки понимается масса всех
ее вибрируемых элементов, выражаемая суммарной массой колеб­
лющихся частей виброплощадки (стола, креплений формы), формы
и бетонной смеси, принимаемая равной 0,3—0,4 от ее фактической
массы в формуемом изделии. Грузоподъемность виброплощадки оп­
ределяет максимальный вес формуемых изделий, а габариты сто­
л а — наибольшие размеры форм. Выпускают виброплощадки гру­
зоподъемностью 2, 8, 15 и 25 тс.
По характеру и виду колебаний различают виброплощадки: с
круговыми гармоническими колебаниями, гармоническими направ­
ленными (вертикальными, горизонтальными или наклонными) ко­
лебаниями и с негармоническими вибрационно-ударными колеба­
ниями.
Виброплощадки с круговыми ненаправленными колебаниями
наиболее просты по конструкции, но они не всегда обеспечивают
равномерного уплотнения по всей площади виброплощадки, вызы­
вают смещение бетонной смеси в форме и подсос воздуха. Вибро­
площадки с направленными вертикальными или горизонтальными
колебаниями не имеют этих недостатков, но они более сложны по
конструкции. Более эффективны виброплощадки с виброударным
режимом работы, они требуют меньшей мощности электродвига­
телей.
217
фор
струкции стола виброплощадки и достаточной его жесткости значи­
тельно увеличивается металлоемкость виброустановки в целом
Поэтому виброплощадки часто изготовляют сборными из отдельных
синхронно работающих вибростоликов (унифицированных вибро­
блоков). В зависимости от необходимой грузоподъемности и габа­
ритов форм унифицированные блоки устанавливают в 2 и 3 ряда
образуя виброплощадку нужных размеров. Такая конструкция до­
зволяет сократить расход металла и электроэнергии за счет умень­
шения колеблющейся массы виброплощадки.
Суммарная возмущающая сила вибромеханизмов (пропорцио­
нальная величина кинетическому моменту эксцентриков на вибра­
торах) должна обеспечить создание амплитуды колебаний, необхо­
димой для уплотнения бетонной смеси. Суммарный кинетический
момент вибратора без учета сопротивления колебания можно опреШШХЬ
формуле
ғ
„
1
ж
------і ----------I--------J
^UlVillUn
IVUli*
2 M K= G A к г с 'с м
где G — масса колеблющихся элементов,
G= ^пл+
+ (0,3 ч- 0,4) Об с-f Ощ,
где G nл
масса колеблющихся частей виброплощадки кг~ G
ф
мягга формы
п
--------I
-----"
’
* *
'
'
---- v/v,iviiuuri t m c t J l а форме, Кд\ G m —
S
Cсм.
L npI,rpy30,H0r0 Щита' к г • А ~ требуемая амплитуда колёба-
Н
ИИ.
НИИ,
Возмущающая сила вибромеханизмов площадки при круговом
вращении дебалансов равна
9 0 ООО
где 2AfK суммарный кинетический момент вибраторов, кгс/смчисло оборотов дебалансного вала вибраторов, об/мин или
частота колебаний, кол/мин.
^
’
Расчетные зависимости справедливы для виброплощадок с внерезонансными гармоническими колебаниями, имеющих жесткость
опорных пружин (под жесткостью которых понимается сила кГ
необходимая для сжатия их на 1 см) примерно в 3—4 раза больше'
чем грузоподъемность виброплощадки.
Унифицированные виброблоки выпускаются с изменяющимся
кинетическим моментом от 32 до 64 кгссм. Наибольший возмож
ныи суммарный кинетический момент вибраторов ограничивается
мощностью электродвигателей виброплощадки.
Д ля полной передачи колебательных импульсов бетонной смеси
необходимо жесткое крепление формы к виброплощадке, при недо­
статочном закреплении частота и амплитуда колебаний формы
^оНЬШе4, Г СТ0ТЫ и амплитУДы колебаний виброплощадки, что ?нижяет эффективность
ж ------218
электромагнитным и пневматическим способами, причем большее*
применение получили механический и электромагнитный способы.
Виброплощадки, для уплотнения с дополнительным давлением
оборудуют пригрузочными щитами. Применяют щиты двух типов
(рис. 100): пассивные (инерционные и безынерционные) и динами­
ческие (вибрационные).
іГ.'/М
Һ я’/
• 1
&
о)
Я
г)
Рис. 100. Виды пригрузов:
ш — пассивный безынерционный
НЫЯ);
в —
(пневматический); б - т о же. инерционный (гравитационТО же. подрессорный; г — вибрационный
Инерционные (гравитационные) пригрузы выполняют в виде тя­
желых щитов, укладываемых на поверхность формуемого изделия
и опускающихся по мере уплотнения бетонной смеси. При этом вес
щита передается на виброплощадку. Безынерционные пригрузы
(пневматические)
устройства из двух легких щитов с заключен­
ными между ними резиновыми воздушными камерами (подушками). Верхний щит крепят цепями к раме виброплощадки или к по­
лу. При нагнетании в подушки воздуха цепи натягиваются, и дав­
ление, создаваемое воздухом, передается на бетонную смесь. При
этом виброплощадка не воспринимает давления, сообщаемого бе­
тонной смеси. Бёзынерционные пригрузы позволяют легко регули­
ровать давление при виброуплотнении, однако они более сложны в
эксплуатации. Поэтому чаще применяют гравитационные пригрузы
Чтобы не происходило снижения амплитуды колебаний вибропло­
щадки от пригрузочных^щитов, их выполняют из двух частей: верх­
ней (тяжелой) и нижней (легкой), между которыми устанавливают
мягкие пружины (рессоры). При надлежащем подборе пружин
верхняя тяжелая плита пригруза не вибрирует и поэтому не ока­
зывает тормозящего действия на колебание формы.
Вибрационные пригрузы получают установкой на щит вибрато­
ров. Эффективность действия вибропригруза повышается, если их
выполняют в виде подрессоренной системы с установкой вибратора
на нижней плите. Формование изделий виброштампованием и виб219
ротрамбованием осуществляют с помощью специальных формую­
щих машин.
Для наружного вибрирования через стенки форм применяют
стандартные вибраторы. Их навешивают на элементы форм. Шаг
и количество устанавливаемых вибраторов подбирают в зависимо­
сти от сечения формуемых изделии и жесткости бетонной смеси.
При уплотнении бетонной смеси в формах высотой до 1 м обычно
вибраторы устанавливают в один ряд с шагом до 2 3 м, при фор­
мовании изделий большей высоты их располагают в шахматном
порядке с шагом до 3 м. К вибраторам для уплотнения бетонной
смеси с открытой поверхностью и заглаживания свежеотформованных изделий крепят плиту или их укрепляют на металлической
балке, получая таким образом виброрейку.
Для внутреннего вибрирования крупноразмерных изделии на
стендах и монолитных конструкций применяют глубинные вибра­
торы.
Наружное, поверхностное и внутреннее вибрирование с помо­
щью переносных вибраторов требует затрат ручного труда, поэто- .
му для поверхностного и внутреннего вибрирования выпускают
специальные формующие машины.
На рис. 101 приведена схема формующей машины со скользя­
щим вибронасадком, выполняющая операции укладки и уплотнения
бетонной смеси, а также заглаживания лицевой поверхности изде-
Рис. 101. Схема формующей машины со скользящим вибронасадком:
1, — корпус вибронасадка; 2 — пружинная подвеска; 3 — копильник; 4 — уплотняющая плита;
5 —<вибратор; 6 — механизм подъема заслонки; 7 — бункер; 8 — ленточный питатель; 9 — глалилка* 10 — форма; Я —-Съемный поддон; /2 — опорный столик для съемного поддона;
*
13 — виброплощадка
220
лия. В зависимости от толщины изделий она может применяться в
сочетании с виброплощадкой. Формующая машина представляет
собой самоходный портал, на котором смонтированы бункер для
бетонной смеси с ленточным питателем; формующее устройство в
виде вибронасадка, скользящего по верхнему краю бортов формы,
и гладилки для заглаживания верхней поверхности изделия. Вибро­
насадок— трапецеидальная воронка со стенками коробчатого се­
чения и гладкой поверхностью, обращенной к бетону, в которой
смонтированы по два вибровала. Вибронасадок снабжен двумя пе­
редвижными щитами, которые позволяют регулировать длину щели
воронки в соответствии с шириной формуемого изделия. Виброна­
садок подвешен к порталу на пружинных амортизаторах.
Формование изделий осуществляют следующим образом. Вне
формовочного поста в расходный бункер машины загружают бетон­
ную смесь. При этом копильник вибронасадка для удержания в нем
бетонной смеси перекрывается съемным поддоном. При подходе к
форме поддон копильника упирается и остается на опорном столи­
ке. При дальнейшем перемещении (в направлении А) из копильни­
ка бетонная смесь укладывается в форму, и, когда край копильни­
ка вибронасадка окажется над формой, включаются вибраторы и
начинается уплотнение бетонной смеси в нижней части формы. При
перемещении в обратном направлении в работу включают вибровалы с другой стороны вибронасадка для укладки и уплотнения сле­
дующего слоя бетона. При возвратно-поступательном движении ма­
шины за один, два или несколько заходов формуют изделие на пол-
Рис. 102. Установка СМ-563В
для
формования
крытий
многопустотных панелей пере­
ную высоту. Заглаживание верхней поверхности виброрейкой осу­
ществляют за счет возвратно-поступательного перемещения ее в
поперечном по ходу машины направлении.
Для пустотелых изделий распространены формующие машины с
внутренней вибрацией через пустоты. На рис. 102 приведена уста­
новка СМ-563В для формования многопустотных панелей перекры­
тий. Установка состоит из формующей машины 1, самоходного бе­
тоноукладчика 2, пригрузочного виброщита 3 и формоукладчика 4.
221
Основным рабочим органом формующей машины являются пустотообразователи — вибровкладыши 6. Вибровкладыш представляет
собой трубчатую конструкцию круглого или чаще овального сече­
ния, консольно закрепленную одним концом в подвижной сварной
раме-траверсе 7, перемещаемой по рельсовому пути лебедкой 8.
При формовании изделий вкладыши вводят в форму. Внутри вкла­
дышей для уплотнения бетонной смеси смонтирована система из
пяти механических вибраторов, соединенных между собой валами и
гибкими муфтами. Для извлечения вкладышей из отформованного
изделия их корпус имеет небольшую конусность.
Формование настилов производят следующим образом. Подго­
товленный поддон формы 5 укладывают на пост формования. З а ­
тем включают лебедку, и траверса с вибровкладышами и продоль­
ными бортами 9 перемещается к поддону. При этом торцевые бор­
та формы устанавливаются в вертикальное положение. Приводят
в действие бетоноукладчик. При вибрировании вкладышей сначала
укладывают нижний слой бетонной смеси, а затем при обратном пе­
ремещении бетоноукладчика заполняют смесью форму до краев.
После ухода бетоноукладчика на форму опускают виброщит и
уплотняют смесь при совместной работе вибровкладышей и пригрузочного щита. По окончании вибрирования вибровкладыши извле­
кают из формы, поднимают пригрузочный щит, раздвигают борта
и поддон с изделием снимают с формовочного поста.
Вибропрокат. Прокат — это способ формования и уплотнения
бетонной смеси с помощью различного рода катков, валов, лент,
оказывающих прессующее усилие на бетонную смесь при переме­
щении под ними форм. Характерным для этого способа является
то, что при формовании уплотняющее смесь давление передается
не на всю площадь изготовляемого изделия, а лишь по поверхно­
сти соприкосновения ее с формующим органом. Формование изде­
лий прокатом за счет только воздействий прессования требует боль­
ших затрат энергии и узкой специализации оборудования. Поэтому
получили распространение методы уплотнения бетонной смеси, со­
четающие прокат с вибрированием — вибропрокат.
Вибропрокат является одним из более прогрессивных способов
формования крупноразмерных железобетонных изделий. В Совет­
ском Союзе впервые было создано несколько конструкций вибропрокатных станов: вибролрокатный стан конструкции Н. Я. Козло­
ва, стан силового вибропроката конструкции В. Н. Рябченко и
Л. А. Непомнящего, сегментный стан конструкции Т. А. Аксенова.
Вибропрокатный стан представляет собой непрерывно действую­
щий конвейер, на котором производятся последовательно все опе­
рации изготовления изделий, начиная с приготовления бетонной
смеси и кончая выпуском готовых изделий (арматурный каркас по­
ступает в готовом виде).
В состав вибропрокатной установки входят дозировочно-смеси­
тельное отделение, вибропрокатный стан, обгонный рольганг, кан­
тователь для перевода .панелей в вертикальное положение при
снятии их с конвейера (рис. 103). Укладка и уплотнение бетонной
222
• •
1
к
<и
^ 3 со к
S
Ч а а
со о X й) а
(0 н ф н
* X CO a s
>> S « О
ш
«с ef со X
м
О 0) ф X О
tX О . СХ щ
Е* 1 ° со X
О
О- О . X
(С со а из
S
1 ю I
1
с. W « ^
с со
CS|
СОCN
1 гг
2 •
1 со
а>
е*э РЗ • ^ л СО
<и Os
X
О. X е< X
• * о
=f О X
« с
с со
S
<D
(ф
<*
чк
О
о
CO S
S * к 2
g с ясо
к
еги К
со
со Н
Ц
*О
Си2 >а«
и 0)
» ошw
c
n
)
со
со
Ю
О
t?
со
О
tx
X
С
<
сх
С О
смеси на стане производятся механизмами формующей секции:
шнекового распределителя, вибробалки и фрезы. Шнековым рас­
пределителем, установленным перпендикулярно к оси стана, бетон­
ная смесь, поступающая из бетономешалки непрерывного дейст­
вия, распределяется по ширине формующей ленты и уплотняется
вибробалкой, расположенной под формующей лентой. Виброщит­
ком, возвышающимся над лентой на толщину формуемого изделия,
подрезаются излишки бетонной смеси по высоте и удаляются фре­
зой. Ею ж е выравниваются неровности, впадины и дополнительно
уплотняется поверхность изделий, сохраняя заданную толщину его
с припуском для калибровки. В калибрующей секции ряд валков,
обтянутых общей прорезиненной лентой, осуществляют окончатель­
ное уплотнение бетонной смеси под давлением катков. При этом
изделие калибруется по толщине и получает ровную гладкую по­
верхность. Затем изделие поступает в секцию тепловой обработки,
где осуществляется для ускорения твердения бетона контактный
прогрев (см. гл. 13) снизу через формующую ленту. Готовые изде­
лия со стана снимают с помощью кантователя и переносят на склад
мостовым краном.
Недостатком рассмотренных вибростанов является невысокая
степень уплотнения бетонной смеси, что исключает возможность
использования для формования изделий жестких емесей.
Рис. 104. Стан силового вибропроката
Силовой вибропрокат заключается в уплотнении бетонной сме­
си в процессе формования многоступенчатым концентрированным
обжатием бетона вибровалками сверху, передающим ей одновре­
менно вибрационные колебания. На этом стане можно уплотнять
особо жесткие смеси с показателями жесткости до 300 сек.
Силовой стан для изготовления дорожных плит (рис. 104) со­
стоит из стана 1, тележки 2, натяжной станции ходовой части 3,
виброплощадки 4, передаточного подъемного рольганга 5, распределительно-дозирующего устройства с весовым дозированием 6,
224
приводного рольганга 7, автозахвата 8 и пульта автоматического
управления. Краном с автоматической траверсой форму устанавли­
вают на приводной рольганг, с которого она перемещается на подъ­
емный рольганг (стол) и опускается на виброплощадку. Дозиро­
вочно-весовым бетоноукладчиком в форму равномерно укладывают
бетонную смесь, включают виброплощадки для предварительного
уплотнения смеси в форме на 30 сек. Форма подъемным столом под­
нимается^ с виброплощадки и перемещается на тележку с подпру­
жиненной верхней рамой и с рабочей скоростью 1,5—3 м/мин по­
дается в прокатный стан, где смесь уплотняется семью парами
вибровалков, обжимающих бетон с возрастающим давлением, д о ­
стигающим на последних валках 9— 10 тс/пог. м. Вибрация валков
осуществляется при помощи синхронизированных вибраторов, соз­
дающих вертикально направленные колебания с частотой
3000 кол/мин и амплитудой для первого валка — 0,8 мм и послед­
него — 0,25 мм.
По выходе из стана форму с изделием снимают с тележки и
направляют в камеру тепловой обработки. Тележки со скоростью
35—40 м/мин возвращают к виброплощадке, после чего цикл повто­
ряется^. Стан силового вибропроката позволяет формовать изделия
длиной до 6,5 м, шириной 1,5—2,0 м и толщиной 0,2 м.
Вибровакуумирование. Вакуумирование бетонной смеси при
формовании изделий позволяет удалить из нее до 10—20% воды
от общего количества, взятого при затворении. При этом под дей­
ствием атмосферного давления вакуумные устройства (вакуумщиты, вакуум-вкладыши), укладываемые на поверхность изделий
или вводимых внутрь, оказывают прессующие усилия на бетонную
смесь, в результате которых она уплотняется. Интенсивность уплот­
нения бетонной смеси увеличивается, если в процессе вакуумирования или после проводят кратковременное вибрирование.
На рис. 105 приведена схема установки для вибровакуумирования бетона. Она состоит из вакуум-насоса, ресивера для выравни­
вания разряжения в системе, сборника для воды и шлама, трубо­
провода, гибких вакуум-шлангов, вакуум-устройства (вакуум-щи­
та) для отсасывания из бетона воды и воздуха и виброплощадки.
Вакуум-устройство представляет собой герметизированную короб­
ку (вакуум-полость), перекрытую со стороны поверхности, уклады­
ваемой на бетонную смесь, проволочной сеткой, на которую натяну­
та фильтровальная ткань, препятствующая засасыванию частиц
цемента и песка в вакуум-тголость.
Вакуумирование осуществляют при разряжении 75—85% ОТ
о м у у ма. продолжительность вакуумирования в зависимо­
сти от толщины обрабатываемого изделия принимают 5— 15 мин.
Эффективность вакуумирования уменьшается по мере удаления от
вакуум-устройства (глубина вакуумирования 12— 15 см). Поэтому
вакуумирование применяют при формовании тонкостенных изделий
и для -поверхностного уплотнения бетона в монолитных конструк­
ц и ях
В а^ умирова^^ повышает конечную прочность бетона на
20—25 %.
8 —3356
225
Эффективность вибровакуумирования зависит от степени разре­
жения, продолжительности вибровакуумирования и начального со­
держания воды в смеси. При небольшом содержании воды (мало­
подвижные и жесткие смеси) вакуумирование не обеспечивает
уплотнения их, поэтому применимо лишь для обработки пластичных
смесей.
'
Рис. 105. Схема установки для вибровакуумирования бетона:
а — общая схема; б — схема устройства вакуум-полости; / — формуемое изделие; 2 — вибро­
площадка? 3 — вакуум-щит; 4 — сборный коллектор; 5 — всасывающие шланги; 6 — водо­
сборник? 7 — всасывающая труба; 8 — вакуум-насос; 9 — крышка вакуум-камеры; 10 — ва­
куум-полость,- / / — крупная проволочная сетка; 12 — тонкая сетка- 13 — фильтровальная
ткань; 14 — штуцер для присоединения к вакуум-сети
Центрифугирование — способ уплотнения бетонной смеси, осно­
ванный на использовании ее способности распределяться и уплот­
няться в быстро вращающейся вокруг своей оси форме под дейст­
вием центробежной силы. Центробежная сила, направленная ра­
диально к стенкам формы, стремясь переместить частицы бетонной
смеси от оси вращения к периферии, прижимает их к стенкам фор­
мы, оказывая прессующее давление.
Величина центробежной силы и прессующего усилия пропорцио­
нальна массе частиц, квадрату угловой скорости и расстоянию от
оси вращения. Составляющие бетонной смеси обладают разной
массой, они испытывают и различное прессующее давление. Зерна
заполнителя и частицы цемента, как более тяжелые, с большей
силой отбрасываются от оси вращения и стремятся разместиться
ближе к стенкам формы, а вода, как более легкий компонент, от­
жимается внутрь изделия, что способствует более компактному
размещению твердых частиц в бетоне. В результате при центрифу­
гировании достигается высокая степень уплотнения бетонной смеси
226
при общем прессующем давлении, находящемся в пределах 0,7
1,5 кгс/см2.
Процесс формования изделий центрифугированием складывает­
ся из двух неразрывно связанных стадий: распределения бетонной
смеси по стенкам формы и ее уплотнения.
Для равномерного распределения и уплотнения бетонной смеси
необходимы различные угловые скорости вращения, а следователь'
но, и число оборотов формы. Чтобы при вращении формы бетонная
смесь равномерно распределялась по стенкам, не отрываясь от них
в самом верхнем положении, достаточно, если каждая частица сме­
си будет испытывать действие центробежной силы, не меньшей по
величине силы тяжести
m uPr^m g,
где т
масса частицы, г: г
радиус вращения частицы, см\ м
угловая скорость, рад/сек ; g — ускорение силы тяжести, см/сек2.
Подставляя вместо угловой скорости ее выражение через число
оборотов формы п и числовое значение земного ускорения, можно
определить число оборотов формы, необходимое для распределения
бетонной смеси
300
п расп
V r
где г — радиус фор
Учитывая толчки и вибрацию форм при вращении, принимают
число оборотов в 1,5—2 раза больше рассчитанного по этой форму­
ле. Обычно число оборотов формы при распределении бетонной
смеси колеблется в пределах 60— 150 об/мин\ при этом чем больше
формы, тем меньше число
центрифу
ходимо, чтобы центробежная сила оказывала на бетон прессующее
давление 0,7
способству
л
формы
ло оборотоі
надлежі
центрифуги
формуле
10375
^упл
з
,3
р об/мин,
1
где г 1 и г2
формуемого
того
изделия,
см\
р
—
величина
давления,
оказываемая
центробежffi
ной силой на бетонную смесь, кгс/см2.
Для уплотнения бетона необходимое число оборотов фор
обычно составляет 400—900 об/мин.
Эффекти
рифу
соотношения с начальным водосодержанием смеси. Максимальная
роф
8
227
ФШ
Л
^
7 ,
В
w— *
4
£
’
.
—
'
'
—
Л
>
— ----- —
ъ
лйшь.
w — V
~
J
•
• ■ jp ' w
w
» Ш Л Л w *
я *
V
Ш
л
при остаточном В/Ц, равном нормальной густоте цемента, и на­
чальном В/Ц смеси в 1,4 раза большем, чем нормальная густота.
При начальном В/Ц, меньшем указанного, бетонная смесь не уп­
лотняется должным образом из-за пониженной удобоукладываецентрифу
фор
нять бетонные смеси с начальной подвижностью, соответствующей
осадке стандартного конуса 4—6 см.
Продолжительность центробежного уплотнения бетона зависит
от толщины уплотняемого слоя и от величины прессующего давле­
ния, т. е. скорости вращения формы и ее диаметра. Чем тоньше
формуемое изделие и больпге развиваемое центробежное давление,
тем меньше может быть продолжительность уплотнения. При фор­
сированном увеличении скорости вращения формы и центрифуги­
ровании при повышенных скоростях возможно быстрое удаление
воды из смеси, что ведет к потере способности ее уплотняться при
небольших прессующих усилиях из-за увеличения структурной вяз­
кости цементного теста. Поэтому центробежное уплотнение перво­
начально осуществляют при пониженных скоростях
(250—
300 об)мин), постепенно увеличивая скорость вращения формы
(450 600 об/мин) в конце центрифугирования. Общая продолжи­
тельность уплотнения обычно составляет 15—25 мин в зависимости
от диаметра изготовляемых изделий.
Центробежный способ укладки и уплотнения бетонной смеси
применяют при изготовлении труб и трубчатых конструкций (мачтсветильников, опор контактных сетей и линий электропередач, ко­
лонн большой высоты, трубчатых свай). При формовании этим
способом указанных изделий отпадает необходимость использова­
ния сложных форм с внутренним сердечником.
Центробежное формование труб и трубчатых конструкций осу­
ществляют в станках-центрифугах, в которых цилиндрическая фор­
ма с бетонной смесью вращается с заданной скоростью. В зависи­
мости от способа крепления форм и приведения их во вращение
различают три типа центрифуг (рис. 106):
осевые, в которых форма прочно зажимается с торцов между
двух бабок планшайбами, центрально насаженными на вращаю­
щиеся шпиндели;
фор
своими бандажами на 'вращающиеся катки (ролики) и приводит­
ся во вращение за счет сил трения от приводных катков;
ременные жироскопического типа, в которых форма свободно
подвешивается на ремнях и приводится во вращение благодаря си­
лам трения между текстропными ремнями и ребордами формы.
Осевые и роликовые центрифуги могут быть одно- и многогнез­
довыми, позволяющими одновременно формовать одно или не­
сколько изделий.
Для центробежного формования применяют неразъемные и
разъемные формы. Последние состоят из двух продольно стыкуе­
мых половин — полуформ, стягиваемых при сборке стяжными бол­
Ій
228
тами. Неразъемные формы перед каждым циклом формования по­
крывают изнутри слоем парафина. После затвердевания бетона
парафин выплавляют для снятия формы с изделия.
Процесс формования изделий на центрифугах слагается из ря­
да операций. На постах вне центрифуги осуществляют операции по
подготовке и сборке форм, установке и раскреплению арматурных
каркасов, а при изготовлении напорных труб и других изделий с
напряженной арматурой — и натяжению продольной арматуры на
а)
г
Рис. 106. Схема центрифуг:
одногнездная роликовая центрифуга; 1 —• приводной ролик; 2 — поддерживающие роли­
ки; 3
форма; 4 — предохранительная скоба; б — осевая центрифуга; / — бабка с разгонным
двигателем; 2 — бабка с редуктором; 3 — двигатель;, 4 — торцовые планшайбы, зажимающие
форму; 5 — форма; в — ременная центрифуга; / — ограждение привода; 2 — ведущий вал;
3 — ведомый вал; 4 — ремни; 5 — поддерживающие ролики; 6 — форма; 7 — защитный кожух
а
упоры в торцевых кольцах форм. Далее производят укладку бетон­
ной смеси в форму на центрифугах с помощью ложковых, шнеко­
вых и других питателей, позволяющих подавать смесь во вращаю­
щуюся форму для более равномерного ее распределения. Если же
это невозможно, форма закрыта с торцов (при осевых центрифу­
гах) или имеет значительную длину и малый диаметр, то смесь ук­
ладывают с помощью бункерных питателей в раскрытую нижнюю
полуформу. Затем форму собирают и устанавливают на центри­
фугу и на небольших оборотах распределяют смесь по стенкам
формы.
После распределения смеси увеличивают скорость вращения
центрифуги до уплотнения бетона в строгом соответствии с приня­
тым режимом центрифугирования. Когда изделие отформовано,
обороты центрифуги плавно снижают до полной остановки. Если
это необходимо, сливают из изделия отжатую воду, приподнимая
один конец формы, и затем ее снимают с центрифуги и направля­
ют в камеры тепловой обработки.
229
Прессование и трамбование применяют для формования изде­
лий из жестких бетонных смесей, позволяющих при достаточном
сближении частиц и увеличении поверхности их соприкосновения
вызвать возникновение значительных сил молекулярного сцепле­
ния, что обусловливает высокую начальную прочность бетона и
быстрый рост ее во времени.
При прессовании уплотнения бетонной смеси достигают за счет
принудительного перемещения твердых частичек и компактного
размещения их в объеме бетона с вытеснением воды и воздуха под
действием внешнего давления .При сжатии из-за сильного внутрен­
него трения затрудняется скольжение частиц относительно друг
друга, поэтому для уплотнения смеси требуются значительные
прессующие усилия (обычно 150—200 кгс/см2).
Величина прессующего давления зависит от жесткости смеси и
содержания в ней воды, крупности и зернового состава заполните­
лей, условий прессования. Увеличение содержания воды в бетонной
смеси снижает величину прессового давления. Однако при этом
падает прочность отформованного изделия и теряются преимущест­
ва этого способа формования: возможность немедленной расформовки, быстрый рост прочности бетона в первые сроки. Сопротив­
ление прессованию возрастает с увеличением крупности частиц
бетонной смеси, при перемещении зерна крупного заполнителя закли­
ниваются друг с другом, а у стенок форм при прессовании может
возникнуть некомпактное 'размещение их в смеси (сводообразование). При увеличении прессового усилия часть энергии будет рас­
ходоваться на разрушение слабых зерен, хотя и будет происходить
дальнейшее уплотнение смеси, но большая часть прессового усилия
будет затрачиваться на преодоление вредных сопротивлений —
возрастающих сил внутреннего трения и трения о стенки формы.
Условия уплотнения улучшаются при двустороннем прессовании, а
также при дополнительном воздействии на смесь кратковременным
вибрированием (не совпадающим во времени с прессованием).
Прессованием изготовляют изделия небольшой толщины из мел­
козернистых смесей. Различают два способа прессования: штамповое, при котором прессующее давление передается на всю площадь
изделия, находящегося в замкнутой форме; мундштучное (экстру­
зия) с непрерывной подачей смеси и выдавливанием ее через вы­
ходное отверстие пресса — мундштук в виде сплошной ленты (раз­
меры и форма мундштучного отверстия определяют форму и попе­
речное сечение изделия).
Для прессования крупноразмерных изделий необходимы боль­
шие усилия (тысячи тонн), а следовательно, и мощные прессы. П о­
этому прессование применяют для формования мелких изделий:
стеновых и бордюрных камней, плиток для полов, силикатного кир­
пича и т. д.
Более перспективны для формования крупноразмерных изделий
способы прессования, осуществляемые без прессов, гидравличес­
ким или пневматическим путем в формах. На рис. 107 приведена
конструкция формы, разработанная в Швеции фирмой «Сентаб»,
230
для изготовления методом гидропрессования напорных труб. Фор­
ма состоит из наружного кожуха, выполненного из двух полуци­
линдров жесткой конструкции, скрепленных болтами через тариро­
ванные пружины; сердечника и торцевых упорных колец, служащих
для закрепления в них концов продольной арматуры. Сердечник
выполнен из двух концентрически расположенных один к другому
°)
Рис. 107. Конструкция формы для
гидропрессования напорных труб:
а — поперечное
сечение формы (верхняя
половина сечения до обжатия бетона;
нижняя — после обжатия); б — продольное
сечение формы у втулочного конца; в —
то же, у раструбного конца; / — наруж ­
ный кожух; 2 — стяжные болты с тариро­
ванными пружинами; 3 — внешний цилиндр
сердечника; 4 — внутренний цилиндр сер­
дечника; 5 — резиновый чехол; 6 — рабочая
полость в сердечнике; 7 — упорное кольцо
на верхнем торце формы; 8 — арматурный
каркас; 9 — нижнее опорное кольцо (под­
дон) формы; 1 0 — бункер бетоноукладчика;
/ / — трубопровод для подачи горячей во­
ды в полость сердечника
цилиндров с зазором между ними 5—6 мм и образующих между
ними замкнутую с торцов кольцевую рабочую полость. Наружный
цилиндр сердечника перфорирован и на него надет резиновый че­
хол из плотной резины. В нижней части сердечник имеет штуцер
для подачи в рабочую полость горячей воды под давлением 25—
35 атм.
Формование труб осуществляют следующим способом. В очи­
щенный и смазанный наружный кожух устанавливают изготовлен­
ный спиральный арматурный каркас. Продольные стержни его
пропускают через отверстия торцевых упорных колец и напрягают
при помощи переносного ручного гидродомкрата. Затем в форму
вводят сердечник, резиновый чехол которого после каждого цикла
формования смазывают мыльной водой. К форме прикрепляют
231
3—5 навесных наружных вибраторов и в вертикальном положении
устанавливают на пост формования, предварительно герметизируя
от вытекания цементного молока пространство между наружным
кожухом и сердечником. Далее с помощью шнекового бетоноуклад­
чика укладывают бетонную смесь, уплотняя ее навесными вибра­
торами. Продолжительность виброформования трубы в зависимос­
ти от ее диаметра составляет 35—50 мин. По окончании виброуп­
лотнения форму переносят на пост гидропрессования и тепловой
обработки и подключают к установке для подачи в рабочую по­
лость сердечника горячей воды с температурой 60—70° С под дав­
лением 25—35 атм. Вода, проходя через отверстия во внешнем ци­
линдре, растягивает резиновый чехол и оказывает равномерное
прессующее давление на бетонную смесь. Перемещаясь при уплот­
нении под давлением к наружному кожуху, бетон увлекает за собой
и растягивает высокопрочную проволоку спиральной арматуры.
Величина напряжения спиральной арматуры зависит от величины
раздвижки наружных полуформ, контролируемой тарированными
пружинами, стягивающими их.
После достижения требуемого напряжения спиральной армату­
ры и бетона труба в форме под давлением подвергается дополни­
тельной тепловой обработке до тех пор, пока бетон не приобретает
прочности, достаточной для восприятия усилий натянутой армату­
ры. Во внутренний цилиндр сердечника и под брезентовый чехол,
который надевают на форму снаружи, подают пар. Двусторонний
прогрев формы с изделием позволяет через 4—6 ч обеспечить по­
лучение бетона требуемой прочности.
После окончания тепловой обработки снимают брезентовый че­
хол и снижают давление в рабочей полости сердечника до атмос­
ферного. Для облегчения расформовки изделия форму подключают
к вакуум-установке для выкачивания воздуха из рабочей полости
сердечника, резиновый чехол оттягивается от бетонной трубы к
внешнему цилиндру. Затем форму переносят на пост расформовки
и разбирают, а трубы подают на станки для расточки раструбов и
оттуда на гидравлические испытания.
При трамбовании бетонную смесь уплотняют за счет повторяю­
щихся ударов трамбовки, вызывающих перемещение частиц смеси
в направлении удара и их более компактное размещение в уплот­
няемом объеме. Трамбование можно условно рассматривать как
прессование мгновенно прикладываемым давлением. Интенсив­
ность уплотнения бетона при трамбовании зависит от величины,
сообщаемой частицам бетонной смеси кинетической энергией, опре­
деляемой массой и высотой падения трамбовки и частотой ударов,
а также жесткости бетонной смеси. При трамбовании, как и при
прессовании, наибольшая прочность свежеотформованного бетона
достигается при использовании мелкозернистых смесей с неболь­
шим содержанием воды и при сочетании трамбования с вибрирова­
нием или встряхиванием смеси. В отличие от прессования трамбо­
ванием можно формовать изделия большей толщины, осуществляя
послойную укладку и уплотнение смеси.
232
Уплотнение трамбованием производят на трамбавальных стан­
ках и применяют при вертикальном формовании стеновых блоков,
коротких труб и других изделий. Однако этот способ уплотнения,
как и прессование, требует повышенных затрат энергии, что огра­
ничивает их распространение.
4. Расформовка изделий
После достижения бетоном отпускной прочности (не менее
70% от проектной) изделия извлекают из форм. Для ускорения
оборачиваемости форм, кассет и другого оборудования изделия
расформовывают при минимальной прочности, при которой их мож­
но извлекать из форм без разрушений.
Процесс расформовки слагается из ряда операций: раскрытия
бортов и освобождения от бортовой оснастки других креплений,
отпуска напряженной арматуры, снятия изделия с открытой фор­
мы и т. д. Для устранения тяжелых ручных операций по раскрытию
бортов форм применяют механизмы с электромеханическим или
гидравлическим приводом.
Отпуск напряженной арматуры и передачу напряжений на бе­
тон осуществляют после освобождения изделий от бортовой ос­
настки и других креплений, препятствующих его свободным дефор­
мациям при обжатии. Для избежания повреждений крупноразмер­
ных изделий, не рассчитанных на работу при изгибе, при
расформовке их переводят в вертикальное положение с помощью
кантовальных машин.
Изделия из раскрытых форм и поддонов снимают мостовыми и
другими кранами и в рабочем положении направляют на дальней­
шую обработку.
5. Автоматизация процессов формования
Процессы формования железобетонных изделий из-за большого
числа вспомогательных немеханизированных операций и цикличе­
ской работы оборудования вызывают большие трудности в их ав­
томатизации. Созданы отдельные автоматизированные установки,
специализированные на серийный выпуск однотипных изделий.
На рис. 108 приведена схема автоматизации установки для фор­
мования многопустотных настилов.
При включении установки на автоматический режим работы
подготовленная форма укладчиком подается на пост к формовоч­
ной машине (ом. рис. 108,а). Дойдя до крайнего положения, подъ­
емная платформа формоукладчика опускается вниз, оставляя
поддон на месте, а формоукладчик возвращается в исходное поло­
жение (см. рис. 108,6). В конце хода формоукладчик приводит в
действие привод траверсы с пустотообразователями формовочной
машины и одновременно бетоноукладчика, который начинает пере­
мещаться от места загрузки к форме до начального рабочего по­
ложения (см. рис. 108, в). Одновременно с подачей пустотообразо233
вателеи на поддон включаются механизмы по установке продоль­
ных, а затем и поперечных бортов.
Вслед за этим начинается укладка первого слоя бетонной смеси
(см. рис. 108, г). По команде с пульта управления бетоноукладчик
останавливается в крайнем
правом положении, и в фор­
му укладывают арматурную
сетку. Затем бетоноуклад­
чик движется в обратном
направлении и укладывает
второй слой бетонной смеси
(см. рис. 108, д). Если уклад­
ка сетки не производится, то
реверсирование
бетоноук­
ладчика осуществляется ав­
томатически. По окончании
уплотнения и выравнивания
смеси в форме бетоноуклад­
чик отходит под загрузку, а
на форму опускается пригрузочныи щит (см. рис.
108, е).
После уплотнения бетон­
ной смеси поднимаются по­
перечные борта, пустотообразователи извлекаются из
j
изделия, снимаются продоль­
ные борта и пригрузочный
щит возвращается в исход­
ное положение (см. рис.
108, ж). Все импульсы для
ж)
движения отдельных механизмовI подаются конечными выключателями, предус­
мотренными в общей систе­
ме электрического управле­
ния установкой. Поддон со
свежеотфор
ым из де ­
лием
снимают
мостовым
2
краном с помощью автома­
тической траверсы.
Рис. 108. Схема автоматизации формования многопустотных настилов:
Аналогичные автомати­
1 —>формоукладчик; 2 — поддон; 3 — попе­
зированные
установки
раз­
речные
борта; 4 — пустотообразователи;
5 — каретка; 6 — бетоноукладчик; 7 — при­
работаны и для формования
грузочный щ вт
изделий бетоноукладчиками
с вибронасадком.
Задачей механизации и автоматизации процессов формования
является создание полностью автоматизированных линий, охваты­
вающих все процессы, начиная от подготовки форм и кончая сняВ
-
Һ
E
------------------ 5 1
L
-
=
t
e
а
Л
a
« М .Ь Ы .Ь Т .Г .1
234
тием готового изделия. Особое внимание должно быть обращено
на обеспечение автоматического регулирования степени уплотнения
бетонной смеси, равномерности уплотнения бетона по сечению и
поверхности изделий.
Глава 13
УСКОРЕНИЕ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА В ИЗДЕЛИЯХ
1. Способы интенсификации твердения бетона
Современные вяжущие вещества при нормальных температу­
рах твердеют медленно и обеспечивают получение бетона с раслалубочной прочностью через несколько суток. Применение естест­
венного твердения бетона при заводском изготовлении изделии
вызывает необходимость в большом числе форм и увеличении про­
изводственных площадей. Для сокращения продолжительности
производственного процесса, лучшего использования форм и обо­
рудования, производственных площадей, а следовательно, и повы­
шения экономичности производства применяют различные способы
ускорения твердения бетона. В зависимости от характера воздей­
ствия способы ускорения твердения разделяют на технологические,
химические и тепловые.
Технологические способы ускорения заключаются в интенсифи­
кации процессов твердения бетона: применении быстротвердеющих
цементов (БТЦ), активизации цементов путем сухого или мокрого
домола, виброактивации бетонной смеси, жестких смесей и эффек­
тивных способов уплотнения и др.
Химические способы предусматривают активизацию твердения
бетона введением в бетонную смесь химических добавок (хлористо­
го кальция, хлористого натрия и др.).
Тепловые способы ускорения твердения бетона основаны на
увеличении скорости реакций взаимодействия вяжущих веществ с
водой при повышении температуры. Интенсификация твердения
бетона с применением тепловой обработки обеспечивает высокую
степень ускорения, поэтому при производстве сборного железобе­
тона она получила наибольшее распространение. Для сокращения
продолжительности тепловой обработки ее часто сочетают с дру­
гими средствами ускорения твердения бетона.
Обычно применяют следующие виды тепловой обработки изде­
лий: пропаривание — обработку паром -при атмосферном давлении;
запаривание — обработку насыщенным паром при ^повышенном
давлении (до 9— 13 атм); контактный обогрев изделий через стен­
ки форм и формующих машин; электропрогрев — прохождение
электрического тока через бетон и обогрев различными электриче­
скими нагревателями; «горячее формование» с предварительным
нагреванием бетонной смеси перед укладкой в форму и последую­
щей выдержкой бетона в условиях термоса.
235
2. Пропаривание при атмосферном давлении
Физико-химические процессы. При пропаривании изделий и при
других способах тепловой обработки в бетоне протекают конструк­
тивные и деструктивные процессы. Первые с повышением темпера­
туры выражаются в ускорении химических реакций взаимодейст­
вия вяжущих с водой, в результате чего в короткие сроки возникают
в больших количествах цементирующие новообразования, кото­
рые при нормальном твердении образуются через 7— 10 сут. Про­
паривание при 60— 100° С не вызывает существенных изменений
процессов гидратации вяжущих веществ; при этом образуются те
же цементирующие новообразования, что и при твердении в обыч­
ных условиях, но повышенной плотности и с большей степенью
кристаллизации. Повышение плотности цементирующих новообра­
зований препятствует дальнейшему взаимодействию с водой непро­
реагировавшей части зерен цемента, поэтому пропаренные бетоны
более медленно набирают прочность, чем бетоны нормального
твердения. К 28-суточному и более позднему возрасту это отстава­
ние достигает 15—20%, а в отдельных случаях — 25%- Разница
в прочности тем больше, чем выше температура и продолжитель­
ность пропаривания, особенно при использовании цементов повы­
шенных марок.
Деструктивные процессы развиваются в бетоне в результате
происходящих изменений температуры и влажности изделий
в
процессе
тепловой
обработки.
Процесс
пропаривания
складывается из трех периодов: подъема температуры, выдержки
при максимальной температуре (изотермической прогрев) и охлаж­
дения изделий до температуры окружающей среды. В период подъ­
ема температуры изделия нагреваются быстрее с поверхности. При
этом пар, конденсируясь на их поверхности, увеличивает влажность
наружных слоев. В результате в изделии возникают перепады
(градиенты) температуры и влажности между наружными и внут­
ренними слоями, вызывающие перемещение (миграцию) влаги от
периферии к центру. При охлаждении быстрее остывают и теряют
влагу наружные слои. В этот период происходит миграция воды
от центра к поверхности, что способствует образованию в бетоне
направленной капиллярной пористости и вредно отражается на
ряде его свойств. Неравномерное нагревание и остывание изделий
вызывает появление температурных напряжений, так как более
нагретые слои имеют большее температурное расширение, чем ме­
нее нагретые. При быстром нагревании или охлаждении изделий
это может привести к образованию трещин и нарушению контактов
между цементным камнем и заполнителем.
Подбирая соответствующие режимы тепловой обработки, мож­
но ослабить отрицательное влияние деструктивных процессов на
структуру бетона и получить пропаренный бетон, по свойствам не­
значительно отличающийся от бетона естественного твердения.
Режим пропаривания определяется: температурой и продолжи­
тельностью изотермического прогрева, интенсивностью подъема
236
температуры и охлаждения изделий, относительной влажностью
среды твердения и продолжительностью предварительной выдерж­
ки изделий перед тепловой обработкой. Оптимальным режимом
пропаривания является тот, который позволяет получить в возмож­
но короткие сроки изделия с заданной прочностью без существен­
ных нарушений структуры бетона, а при изготовлении напряженноармированных конструкций — без потерь предварительного напря­
жения в арматуре от температурных перепадов.
Предварительное выдерживание формованных изделий при
обычной температуре обеспечивает образование в спокойных усло­
виях (без перемещения влаги и температурных деформаций) опре­
деленной начальной прочности бетона, при которой он способен
воспринимать более интенсивные изменения температуры и влаж ­
ности. Поэтому бетоны, предварительно твердеющие некоторое
время при нормальной температуре, приобретают большую проч­
ность, чем бетоны, пропаренные сразу же после изготовления. По
данным С. А. Миронова и Л. А. Малининой, оптимальная продол­
жительность предварительной выдержки соответствует времени
(обычно 4—6 ч), за которое бетон приобретает прочность 3—
5 кгс/см2. Организация предварительной выдержки связана с уве­
личением производственной площади и количества форм. В связи
с этим целесообразно применять для ускорения роста начальной
прочности бетона химические добавки, домол цемента, а также
более жесткие бетонные смеси.
Допустимая скорость подъема температуры зависит от условий
пропаривания изделий, наличия открытых поверхностей, типа
форм, жесткости бетонной смеси, продолжительности предваритель­
ной выдержки. При обработке в жестких закрытых металлических
формах изделия сразу же могут поступать в среду с заданной тем­
пературой. При пропаривании изделий в открытых формах допу­
стимая скорость подъема температуры составляет при выдержке
до начала пропаривания более 4 ч — 25—30 град/ч, менее 4 ч —
15—20 град/ч. Распалубленные изделия на поддоне допускается
нагревать со скоростью не более 15—20 град/ч. Чем выше жест­
кость бетонной смеси, тем быстрее можно прогревать изделия.
При пропаривании предварительно напряженных изделий для
уменьшения потерь напряжений рекомендуется ступенчатый подъ­
ем температуры: нагрев в течение 0,5— 1 ч до 30—40° С, выдержка
при этой температуре в течение 1,5—2,5 ч и дальнейший подъем
(0,5— 1 ч) до температуры изотермического прогрева. Выдержка
при температуре 30—40° С способствует росту начальной прочнос­
ти бетона, что уменьшает потери напряжения при последующем
пропаривании.
В период изотермического прогрева развиваются физико-хими­
ческие процессы, обусловливающие нарастание прочности бетона.
Интенсивность упрочнения бетона в процессе пропаривания зави­
сит от многих факторов, что затрудняет получение четкой зависи­
мости между прочностью бетона и маркой цемента, температурой
и продолжительностью изотермического прогрева.
237
На рис. 109 приведена зависимость нарастания прочности бе­
тона от продолжительности изотермического прогрева, построен­
ная на основании опытных данных. Интенсивность твердения бето­
нов возрастает с увеличением температуры изотермического про­
грева. В частности, при пропаривании бетона на портландцементе
£
^ С*
§
I
4
8
12
16
го
4
Продолжительность изо­
термического прогрева, ч
Рис. 109. Интенсивность
-
в
12
16
20
Продолжительность изо
термичесного прогрева, v
нарастания прочности
прогреве:
бетона
при
изотермическом
/ — бетон на портландцементе М400—500; / / — бетон на шлакопортландцементе М400*
q
прогрев при 100° С; 6 — то же, 80° С; в — то ж е, 60° С; / — В/Ц=0,4; 2 — В /Ц =0 5:
3 — В/Ц=0,6
’ *
с В/Ц==0,4 достигается 70% прочности при 60° С в течение 9 ч,
при 80° С — 5 ч и при 100° С — 4 ч. При дальнейшем пропаривании
бетонов на портландцементе при 100° С прекращается рост проч­
ности и даже наблюдается ее падение. Пропаривание при более
низких температурах дает менее интенсивное нарастание прочности
бетона в первые часы, но позволяет получить повышенную конеч­
ную прочность бетона за счет увеличения продолжительности про­
грева. Кроме того, пропаренные при высоких температурах бетоны,
238
особенно на портландцементе с повышенным (более 10— 12%)
содержанием в клинкере С3А, при последующем твердении в нор­
мальных условиях медленно увеличивают прочность. Поэтому для
бетонов на портландцементе принимают температуру прогрева
80° С, а бетонов на высокоалюминатных портландцементах —
60—70° С. Оптимальная температура пропаривания бетонов на сме­
шанных вяжущих веществах, в том числе и клинкерных шлакопортландцементах, более высокая — 95— 100° С.
Продолжительность изотермического прогрева при выбранных
температурах устанавливают в зависимости от требуемой проч­
ности бетона. Обычно тепловую обработку ведут до достижения
бетоном прочности, равной 70% от проектной. Получение более вы­
сокой прочности требует увеличения продолжительности пропари­
вания или перерасхода цемента, что можно допустить лишь при со­
ответствующем обосновании, например, для изделий, которые сразу
монтируют и загружают на полную нагрузку.
Допустимая скорость охлаждения изделий зависит от их объе­
ма, прочности и плотности бетона, а также условий охлаждения и
составляет 30—40 град/ч.
Установки для пропаривания изделий. Для пропаривания при
атмосферном давлении применяют установки периодического дей­
ствия, в которых процесс тепловой обработки прерывается для за­
грузки и выгрузки изделий, и непрерывного действия, в которых
обработка ведется непрерывно в процессе перемещения изделий.
Распространенными установками периодического действия яв­
ляются пропарочные камеры ямного типа, используемые при агрегатно-поточном производстве. К этому типу относятся камеры, со­
бираемые на формовочных постах путем установки утепленных
крышек или брезентовых и других колпаков при стендовом произ­
водстве.
Камера ямного типа (рис. 110) представляет собой емкость, за ­
глубленную в землю со съемной герметической крышкой для за ­
грузки и выгрузки изделий. Внутри камера оборудуется парорас­
пределительными перфорированными трубами или каналами для
равномерной подачи пара снизу, а также устройством для сообще­
ния с наружным воздухом и выхода из камеры избытка пара и па­
ровоздушной смеси. Для предупреждения выхода пара при выгруз­
ке изделий, а также для регулирования интенсивности остываиия
изделий камеру оборудуют вытяжной вентиляцией.
Изделия в камеру загружают краном в несколько ярусов по вы­
соте. Пар, подаваемый по периметру камеры снизу, смешивается
с воздухом, заполняющим камеру, и образует паровоздушную
смесь тяжелее чистого пара, которая опускается вниз и постепен­
но, через канал для выхода паровоздушной смеси, вытесняется
наружу, при этом пар конденсируется в водяном затворе. Далее
камера заполняется чистым паром, подачу которого регулируют
системой автоматики в соответствии с принятой программой про­
паривания. После окончания прогрева выпускают воду из водяно­
го затвора и включают вентилятор для охлаждения камеры. При
239
снижении температуры до заданной открывают камеру и выгружа­
ют из нее изделия.
Проф. Л. А. Семенов предложил для ускорения получения в ка­
мере среды чистого пара с температурой близкой к 100° С ввести
дополнительную
верхнюю
разводку
пара
(под потолком).
В этом случае вытеснение из камеры паровоздушной смеси проис­
ходит принудительно под
лением чистого пара, подаваемого
сверху. Благоприятные теплотехнические условия и повышение
температуры пропаривания до 100° С способствуют сокращению
продолжительности тепловой обработки и удельного расхода пара
на обработку изделий. Однако температура прогрева 100° С допу-
Рис. 110. Пропарочная камера:
/ — гидравлический затвор; 2 — водяной затвору 3 — труба, соединяющая водяные затвопыканал для выхода паровоздушной смеси; 5 — слив воды из водяного затвора; 6 — венти­
ляционный канал; 7 Щ труба д л я подачи пара
стима не для всех видов цемента, и эти камеры получили ограни­
ченное применение.
Установки непрерывного действия применяют при конвейерном
способе производства; они могут быть горизонтального и верти­
кального типа. Первые представляют собой горизонтальный тун­
нель (рис. 111), в котором непрерывно или пульсирующе с задан­
ным ритмом двигаются вагонетки с изделиями; вторые (рис. 112) —
шахту с глухими стенками и перекрытием, в которой изделия
перемещаются по вертикали— сначала вверх и затем вниз. Тун­
нельные камеры могут быть многоярусные и одноярусные (щеле­
вые).
'
Характерной особенностью камер непрерывного действия явля­
ется их разделение на стационарные зоны — подогрева, изотерми­
ческого прогрева и остывания, в которых постоянно поддерживают
240
необходимые температурно-влажностные условия, а изделия пере­
мещают из одной зоны в другую в соответствии с установленным
режимом тепловой обработки.
В качестве теплоносителя в туннельных камерах непрерывного
действия применяют пар и горячий «воздух, принудительно цирку-
Рис. 111. Туннельная камера пропаривания пульсирующего действия:
/ — паровые калориферы для подогрева циркулирующего в камере воздуха; 2 — калориферы
для подогрева воды, подаваемой в зону охлаждения; 3 — центробежный вентилятор; 4 — воз­
духоводы циркулирующей системы; 5 — паропровод острого пара; 6 — трубопровод для по­
дачи воды в зону охлаждения; 7 — резиновые штооы: / — зона нагревания; I I — зона изо­
термического прогрева* I I I — зона охлаждения
Рис. 112. Вертикальная камера пропарива­
ния непрерывного действия
лирующии в камере; в вертикальных камерах — насыщенный пар,
который через перфорированную трубу подают у потолка камеры,
в результате в верхней части ее создается паровая среда с темпе­
ратурой 100° С. Ниже этой зоны благодаря притоку воздуха извне
возникает паровоздушная среда, температура которой постепенно
241
падает и составляет у пола камеры 25—30° С. При движении вверх
изделия подогреваются в паровоздушной смеси, затем, попадая в
среду чистого пара, изотермически прогреваются и при движении
вниз охлаждаются в паровоздушной среде. Распределение зон по
высоте можно регулировать, изменяя количество подаваемого на­
сыщенного пара в камеру и интенсивность отсоса избытка паро­
воздушной смеси.
";;■
Длину туннельной камеры и высоту вертикальной устанавлива­
ют в зависимости от принятого ритма конвейерного производства,
числа ярусов в камере или количества одновременно поднимаемых
изделий и продолжительности принятого цикла тепловой обработ­
ки. Туннельные многоярусные камеры не обеспечивают равномер­
ного распределения температуры по высоте, поэтому предпочитают
использовать более рациональные щелевые камеры или камеры
вертикального типа. ,
^
3. Обработка бетона при повышенном давлении в автоклавах
Автоклавная обработка является наиболее эффективным сред­
ством ускорения твердения бетона. Высокая температура при на­
личии в обрабатываемом бетоне воды в жидком состоянии создает
благоприятные условия для твердения вяжущих веществ и воз­
никновения цементирующих новообразований даже из малоактив­
ных материалов, неспособных к самостоятельному твердению при
обычных температурах. Это позволяет получать на клинкерных це­
ментах бетоны с марочной прочностью; заменять без снижения
прочности бетона до 35—50% цемента молотым кварцевым песком;
использовать вместо клинкерных цементов вяжущие вещества,
приготовленные на основе извести и кварцевого песка, а также про­
мышленных отходов — металлургических и топливных шлаков, зол
от сжигания некоторых видов топлива; получать без перерасхода
вяжущих веществ бетоны высокой прочности без крупного запол­
нителя, дефицитноі о в ряде районов.
Широкое распространение этого вида тепловой обработки сдер­
живается высокой металлоемкостью автоклавов, поэтому обработ­
ку в автоклавах применяют при производстве изделий из силикат­
ных бетонов на известково-кремнеземистом вяжущем и ячеистых
бетонов на извести и смешанных цементах, т. е. изделий, получить
которые другими способами почти невозможно.
Физико-химические процессы, протекающие при автоклавной
обработке различных бетонов, исследовались П. П. Будниковым,
Ю. М. Буттом, П. И. Боженовым, А. В. Волженским, Қ. Э. Горяй­
новым, А. В. Саталкиным, Н. Н. Смирновым и др.
А. В. Волженским разработаны основные положения теории
твердения силикатных и других бетонов. Он выделяет в процессе
запаривания три стадии: первую—с момента впуска пара до до­
стижения заданного давления в автоклаве; вторую — изотермичес­
кого прогрева изделий при постоянной температуре и давлении и
242
третью — с момента прекращения доступа пара в автоклав до вы­
грузки из него изделий.
На первой стадии запаривания протекают, в основном, физичес­
кие процессы. Пар, впускаемый в автоклав, при соприкосновении
с холодными изделиями и стенками охлаждается и конденсирует.
Первоначально конденсат преимущественно выпадает на поверх­
ности изделий, а затем пар по мере подъема давления в автоклаве
постепенно проникает (мигрирует) в мельчайшие поры бетона и
здесь превращается в воду. Так обеспечивается наличие в мате­
риале воды в жидком состоянии. При нагревании в отсутствие па­
ра происходило бы испарение воды, высыхание изделий и полное
прекращение процессов твердения бетона.
В воде, заполняющей поры материала, растворяются присут­
ствующие здесь гидрат окиси кальция и другие растворимые ве­
щества, имеющиеся в бетоне. Таким образом, роль пара при запа­
ривании сводится к сохранению жидкой воды в бетоне в условиях
повышенных температур.
На второй стадии запаривания максимальное развитие получа­
ют процессы, ведущие к образованию цементирующих веществ в
бетоне. При обработке силикатных бетонов они выражаются в воз­
никновении при взаимодействии гидрата окиси кальция с кремнезе­
мом песка гидросиликатов кальция на поверхности песчинок в ви­
де окаймления по их контуру. В процессе изотермического прогрева
песчинки набухают— растут в своем объеме за счет образования
новых слоев гидросиликатов кальция. Между микрокристаллами
новообразований появляются контакты, и они постепенно сраста­
ются друг с другом в один общий каркас, заполняющий промежут­
ки между зернами песка и связывающий их в монолит.
На третьей стадии, с прекращением подачи пара, начинается
падение температуры в автоклаве и охлаждение изделий. При этом
в силу тепловой инерции изделия, охлаждающегося медленнее па­
рового пространства и стенок автоклава, вода в порах и капилля­
рах бетона оказывается перегретой и вскипает пО всему объему
изделий, превращаясь в пар. При быстром сбросе давления и не­
достаточной прочности бетона интенсивное парообразование и пе­
ремещение пара от центра к наружным слоям изделий могут выз­
вать нарушение структуры бетона и появление трещин.
Качество изделий, получаемых автоклавной обработкой, опре­
деляется составом цементирующих новообразований, возникающих
при запаривании, а также оптимальными условиями нагревания и
охлаждения, при которых удается избежать структурные наруше­
ния в бетоне.
Состав цементирующих веществ, образующихся при автоклав­
ной обработке известково-песчаных (силикатных) бетонов, зави­
сит от соотношения между сырьевыми материалами и продолжи­
тельности изотермического прогрева. При обычных составах (8—
12% извести и 92—88% песка) вначале образуются цементирую­
щие вещества в виде двухкальциевого гидросиликата, переходяще­
го впоследствии в более устойчивые менее основные гидросилика243
ты, приближающиеся по составу к однокальциевому, а при более
длительной обработке (8— 10 ч) — к тобермориту 4 C a 0 - 5 S i 0 2X
ХбНгО. Менее основные гидросиликаты обладают повышенной
прочностью, но возникают в конце термообработки.
Для интенсификации образования гидросиликатов повышенной
прочности часть песка (в количестве 150—200% от веса извести)
подвергают измельчению до удельной поверхности 3000—6000 см2/г
или вводят в вяжущее материалы, более интенсивно реагирующие
с известью, чем кварцевый песок (например, трепел, диатомит,
ЗОЛу).
.
V " >
:
4>>v
%’■i ■i}^-
■
Процессы автоклавного твердения ускоряются при повышении
до определенного предела давления, а следовательно, температуры
термообработки. Целесообразно автоклавную обработку силикат­
ных бетонов проводить при давлении 13— 17 атм> дальнейшее уве­
личение давления и времени выдержки (более 4—8 ч) при макси­
мальной температуре вызывает снижение прочности обрабатыва­
емых бетонов. Использование пара повышенного давления
увеличивает стоимость автоклавов и котельных установок и должно
быть обосновано экономически.
Режим обработки в автоклавах, как и в пропарочных камерах,
характеризуется продолжительностью выдержки отформованных
изделий перед обработкой, интенсивностью подъема и снижения
давления пара, величиной давления пара при изотермическом про­
греве и ее продолжительностью.
Критические скорости подъема и снижения давления пара в ав­
токлавах зависят от многих факторов: условий подачи пара, вида
применяемого вяжущего и бетона, начального водосодержания сме­
си, размеров изделий, начальной прочности бетона и др.
Д ля предотвращения перепадов температуры и влажности по
сечению изделий (особенно массивных) необходим медленный и
плавный подъем и снижение давления пара в автоклавах. Особое
значение это имеет при обработке изделий из ячеистых медленно
прогревающихся бетонов с большим начальным водосодержанием
и малой начальной прочностью.
Исследованиями С. А. Миронова, Л. А. Малининой, Е. Н. Малинского, М. Я. Кривицкого и др. установлена возможность значи­
тельного ускорения нагревания цементных изделий на ранней ста­
дии твердения созданием в автоклаве избыточного давления при
температуре ниже 100° С. Избыточное давление паровоздушной
среды оказывает обжимающее воздействие на изделие и тем пре­
дотвращает развитие в бетоне деструктивных процессов.
Избыточное давление паровоздушной среды в начальный пери­
од подъема температуры можно получить двумя способами: полной
герметизацией автоклава перед пуском насыщенного пара или при
обычном порядке герметизации (когда вентили для удаления па­
ровоздушной смеси и конденсата перекрываются только при тем­
пературе 100 С) — путем быстрого впуска насыщенного пара (со
скоростью 200 град/ч и более). В обоих случаях избыточное дав­
ление возникает за счет парциального давления воздуха, оставше244
гося в автоклаве, и парциального давления поступающего в него
насыщенного пара.
Воздух в автоклаве снижает температуру запаривания на 5—
7° С по сравнению с температурой чистого пара при одинаковом
максимальном давлении в автоклаве. Поэтому при автоклавной
обработке с созданием избыточного давления герметизацией авто­
клава перед пуском насыщенного пара необходимо изотерми­
ческую выдержку проводить при повышенном на 1— 1,5 атм
давлении.
Второй способ создания избыточного давления (быстрым впус­
ком пара) предпочтителен для изделий из ячеистых цементных бе­
тонов, которые в среде насыщенного пара прогреваются более
быстро, чем в паровоздушной смеси. Во избежание осадки ячеис­
тых бетонов под действием избыточного давления необходимо, что­
бы перед обработкой бетон приобрел некоторую прочность (не ме­
нее 3,5 кгс/см2). Поэтому изделия из ячеистых бетонов нуждаются
в предварительной выдержке при обычной температуре перед об­
работкой в автоклаве.
Прогрев изделий в автоклавах не заканчивается в период подъ­
ема давления пара. В связи с этим продолжительность изотерми­
ческой выдержки устанавливают с учетом времени, необходимого
для полного прогрева изделий, и времени для образования цемен­
тирующих веществ наибольшей прочности по всему сечению изде­
лий. Силикатные бетоны нуждаются в более длительном прогреве
при максимальной температуре (на 2—3 ч) по сравнению с бето­
нами на клинкерных цементах.
Продолжительность третьей стадии запаривания определяется
толщиной изделий, объемной массой бетона и прочностью, достига­
емой при прогреве.
Для уменьшения влажности изделий из ячеистых бетонов це­
лесообразно после снижения давления пара до 1 атм осуществлять
вакуумирование автоклава в течение 1—2 ч до разрежения 500—
600 мм рт. ст. после выпуска конденсата.
Для тепловой обработки бетонных изделий выпускаются авто­
клавы цилиндрической формы диаметром 2,6 м и длиной 20—30 м,
диаметром 3,6 м и длиной 21 м, рассчитанные на давление пара
11 — 13 атм. Автоклавы изготовляют проходными с передней и зад­
ней съемными крышками, закрывающимися при помощи быстро­
действующих затворов байонетного типа. Их оборудуют рельсовы­
ми путями для перемещения вагонеток с отформованными изде­
лиями внутри автоклава; траверсными путями с передаточными
тележками-электромостами для загрузки и выгрузки вагонеток;
системой трубопроводов и вентилей для впуска свежего пара, вы­
пуска отработанного пара и конденсата, перепуска пара в смежные
автоклавы; устройствами для автоматического контроля и управле­
ния, а также контрольной и предохранительной аппаратурой, не
допускающей повышения давления в автоклавах выше заданного.
Для уменьшения теплопотерь в окружающее пространство автокла­
вы покрывают слоем теплоизоляции.
245
При эксплуатации автоклавов необходимо соблюдать правила
котельного надзора и техники безопасности для сосудов, работаю­
щих под давлением.
4. Контактный обогрев изделий
Сущность контактного обогрева состоит в нагревании изделий
теплоносителем через разделительную стенку, что исключает влагообмен между ними. Применяют два способа контактного прогре­
ва: прогрев изделий с одной или нескольких сторон через стенки
форм или формующих машин теплоносителем (паром, водой, мас­
лом и пр.), циркулирующим в замкнутом пространстве, специаль­
но устраиваемом в формах и машинах; прогрев изделия, закрытого
со всех сторон при перемещении его через среду, в которой цир­
кулирует теплоноситель. Примером первого способа является теп­
ловая обработка изделий в термоформах с паровой рубашкой и в
кассетных установках; второго — обработка изделий в термокаме­
рах на станах Н. Я. Козлова и других аналогичных установках.
Контактный обогрев в жестких, полностью закрытых формах по
сравнению с пропариванием обеспечивает сокращение продолжи­
тельности обработки за счет быстрого нагревания и прогрева из­
делий при температурах, близких к 100° С или несколько выше
(при использовании масла, нагретого выше 100°С). В этом случае
форма препятствует свободному расширению бетона, и он твердеет
как бы в обойме, обеспечивающей всестороннее его обжатие, что
позволяет получать изделия с достаточной для расформовки проч­
ностью за 2—3 ч прогрева. Контактный обогрев (односторонний)
при отсутствии надежного укрытия изделия с пригрузом от­
крытых поверхностей не имеет этих преимуществ. При быстром на­
гревании в этом случае увеличивается опасность рыхления и вспу­
чивания верхних открытых поверхностей изделий вследствие тем­
пературного расширения бетона.
Термоформы и формующие установки с контактным прогревом
требуют повышенного расхода металла на их изготовление. Поэто­
му этот способ рекомендуется в тех случаях, когда это дает зн а­
чительное сокращение продолжительности тепловой обработки.
На рис. 113 приведено пакетирующее устройство для контакт­
ного прогрева изделий в термоформах, применяемое при производ­
стве стеновых панелей. Пакетировщик представляет собой жест­
кий стол — траверсу, поднимающуюся и опускающуюся на задан­
ную высоту четырьмя синхронно действующими гидродомкратами.
На траверсе установлены ролики, которые служат продолжением
рольганга, подающего форму с изделием к пакетировщику. При по­
ступлении формы в пакетировщик включаются гидродомкраты и
траверсой форма поднимается вверх, отводя упоры в сторону. При
выходе формы за упоры последние под действием собственного ве­
са вновь возвращаются в исходное положение. Затем стол начина­
ет опускаться, и форма садится на упоры-отсекатели. В пакетиров246
щик поступает следующая форма, которая перемещается вверх и
остается на опорах-отсекателях, поднимая уложенную ранее фор­
му. Так продолжается до тех пор, пока не будет собран пакет из
форм. К термофор
обработки,
процессе которой, каждое изделие, кроме верхнего,
оказывается
заключенным
между двумя полостями, за ­
полненными паром,
паоом. Таким
образом изделия одновре­
менно прогреваются с двух
сторон по всей площади.
5. Электропрогрев
Бетонная смесь является
проводником второго рода.
При включении отформо­
ванного изделия в электри­
ческую цепь вследствие соп­
ротивления среды электри­
ческая энергия преобразу­
ется в тепловую, в результа­ Р'ИС. 113. Пакетирующее устройство:
те бетонная смесь нагрева­ 1 — подъемный стол-траверса; 2 — гидродом­
краты; 3 — упоры-отсекатели; 4 — направляю­
ется. Свойство бетонной сме­
щие колонны; 5 — пакет термоформ
си нагреваться при прохож­
дении переменного электрического тока используют для ускорения
твердения бетона. (Постоянный ток вызывает электролиз, поэтому
не пригоден для электропрогрева бетона.)
По характеру теплового воздействия и эффекту ускорения твер­
дения бетона электропрогрев не отличается от других способов
термообработки. Разница в том, что при электропрогреве тепло
подводится не извне, а выделяется непосредственно в бетоне изде­
лия. При этом создаются температурные и влажностные градиенты
постоянно направленные от центра изделия к наружным поверх­
ностям и в окружающую среду, что обусловливает возможность
обезвоживания бетонной смеси в результате перемещения влаги к
поверхности и ее испарения. Эта особенность ограничивает приме­
нение электропрогрева при изготовлении изделий с большим мо­
дулем поверхности (отношением суммарной поверхности изделия
к его объему), так как при этом необходимо принимать меры по
предотвращению бетона от высушивания и снижения теплопотерь.
Электропрогрев применим при изготовлении изделий из любых
бетонов. Наибольший эффект достигается при обработке изделий
из легких и ячеистых бетонов, трудно и равномерно нагреваемых
извне. Чем меньше объемная масса бетона, тем более эффективен
электропрогрев.
Применение электропрогрева позволяет отказаться от устрой­
ства камер термообработки с пароразводящей сетью и вентиляци­
онными устройствами; получать изделия с пониженной влажностью
247
и тем улучшить их теплофизические свойства; облегчить авто­
матизацию и улучшить санитарно-гигиенические условия труда.
Режимы электропрогрева. Количество тепла, выделяющегося в
бетоне при электропрогреве в соответствии с законом Джоуля и
Ленца, пропорционально расходуемой энергии электрического то­
ка в единицу времени
Q = 0,86
= 0 ,8 6 4 /6 7 ; Q = 0,864Р/ к к а л ,
где / — сила тока, a; R — сопротивление, ом\ U — напряжение, в;
Р — электрическая мощность, вт; t — время, ч.
Температурный режим электропрогрева назначают в зависимос­
ти от заданной прочности бетона, вида и активности цемента,
жесткости бетонной смеси, а также модуля поверхности изделий с
учетом возможности упрочнения бетона во время медленного их
остывания.
Скорость подъема температуры, продолжительность изотерми­
ческого прогрева и интенсивность охлаждения изделий при элек­
тропрогреве, как и при других способах тепловой обработки, опре­
деляют из условий получения бетона с заданной прочностью без
нарушений его структуры.
Допустимая скорость электроразогрева изделий из тяжелых
бетонов в кассетных установках составляет 30—40 град/ч, изде­
лий из легких бетонов, обрабатываемых в формах с пригрузом,
80—40 град/ч, изделий из ячеистых бетонов на алюминиевой пудре —
30 град/ч. Быстрый разогрев пено- или газобетона без предвари­
тельной выдержки приводит к вспучиванию и нарушению струк­
туры.
Продолжительность изотермического прогрева, назначаемая из
условий получения 50—60% проектной прочности бетона, для из­
делий из тяжелых бетонов на портландцементе составляет 8— 12 ч,
из легких бетонов — 3—6 ч, из ячеистых бетонов — 8— 18 ч.
Остывание изделий после электропрогрева рекомендуется вес­
ти со скоростью 5— 10 град/ч в зависимости от величины модуля их
поверхности. Более быстро остывают изделия в первые часы после
выключения тока и тем интенсивнее, чем выше температура изо­
метрического прогрева.
Оборудование для электропрогрева. При электронагреве вклю­
чение бетона в цепь переменного тока осуществляют с помощью
электродов, размещаемых на поверхности или внутри изделий.
Применяют пластинчатые, полосовые, стержневые и струнные элек­
троды. При прогреве плоских изделий в металлических формах в
качестве одного из электродов обычно используют поддон, а вто­
рой — в виде металлического щита — укладывают на изделия свер­
ху, исключая его соприкосновение с металлическими бортами фор­
мы. При пакетном бетонировании изделий в качестве электродов
используют разделительные стенки, изолируя их друг от друга.
При электропрогреве проводником электрического тока являет­
ся вода (жидкая фаза) с растворенными в ней минеральными ве­
248
ществами. Количество жидкой фазы по мере твердения бетона не­
прерывно уменьшается, соответственно возрастает его омическое
сопротивление. В связи с этим для поддержания принятого режима
тепловой обработки возникает необходимость увеличения напря­
жения электрического тока. Регулирование напряжения осущест­
вляют трансформаторами, включаемыми в сеть перед электродами
и обеспечивающими плавное или ступенчатое повышение напряже­
ния в цепи. Чаще применяют многоступенчатые трансформаторы,
позволяющие изменять напряжение от 65—90 в в начале до 150—
220 в в конце электропрогрева. Следует отметить, что при достиже­
нии бетоном прочности, примерно равной 50—60% от проектной,
возрастает омическое сопротивление, при котором поддержание
температуры в бетоне на прежнем уровне связано с большим рас­
ходом электроэнергии. Поэтому электропрогрев изделий на этом
прекращают, а упрочнение бетона обеспечивают созданием условий
терімоса при остывании.
При электропрогреве необходимо соблюдать правила охраны
труда. Все находящиеся под напряжением конструкции и формы
должны ограждаться барьерами с обеспечением автоматического
выключения напряжений при открывании (двери) огражденного
участка, при возникновении короткого замыкания, а также при до­
стижении максимальной температуры разогрева изделий. Для пре­
дупреждения производственного персонала о включении напряже­
ния предусматривается световая сигнализация.
6. Прогрев бетона внешними нагревателями
Для ускорения твердения изделия обогревают электрическими
и другими нагревателями, передающими тепло через промежуточ­
ную среду в силу теплопроводности или тепловым излучением
(лучеиспусканием). Одним из эффективных способов внешнего
обогрева бетона является прогрев инфракрасными лучами, пред­
ставляющий собой электромагнитные колебания с длиной волн
0,8—40 мк, обеспечивающий полную передачу тепловой энергии
от источника излучения нагреваемым изделиям. В качестве источ­
ников инфракрасных лучей используют нагревательные устройства
(электрические, газовые и др.), позволяющие получить необходи­
мую интенсивность лучистого потока. Требуемую скорость нагрева,
температуру изотермического прогрева и охлаждения изделий ре­
гулируют мощностью источников и их расстоянием от поверхности
изделий; в сравнении с электропрогревом этот метод отличается
простотой.
Прогрев лучистой энергией является периферийным и его влия­
ние распространяется на небольшую глубину (до 20 см), что
может привести к обезвоживанию поверхностных слоев изделий.
Я. Г. Фельдман рекомендует для предотвращения обезвоживания
изделий при прогреве инфракрасными лучами покрывать их по­
верхность полиамидной пленкой. При таком прогреве изделий плен­
кой поглощается не более 5— 10% инфракрасных лучей, а под плен249
кой создается среда с повышенной влажностью, что исключает
испарение влаги из бетона и обеспечивает благоприятные условия
для его твердения.
Прогрев изделий толщиной до 150 мм инфракрасными лучами
в течение 4—6 ч обеспечивает получение 60—70% проектной проч­
ности бетона.
7. Горячее формование
Метод горячего формования заключается в предварительном
приготовлении горячей бетонной смеси, в формовании из нее в
нагретом состоянии изделий с последующей выдержкой их в фор­
мах в условиях термоса, обеспечивающих ускорение твердения бе­
тона в начальные сроки. Во время термосного выдерживания про­
исходит выделение экзотермического тепла, которое компенсирует
его потери в окружающую среду.
Горячая бетонная смесь может быть получена двумя способа­
ми: нагреванием заполнителей и воды с приготовлением на них
разогретой бетонной смеси обычным перемешиванием в бетономе­
шалках; нагреванием бетонной смеси на холодных материалах в
бункерах электрическим током или встроенными нагревателями.
Нагревание заполнителей до 60—80° С осуществляют в сушильных
барабанах или в силосах. Первый способ приготовления горячей
бетонной смеси позволяет получать ее с температурой 35—50° С,
второй — подогревом в бункере с температурой до 90— 100° С. Пос­
ледний способ получил большее применение.
Нагревание бетонной смеси снижает ее подвижность и сокраща­
ет сроки схватывания. Д ля обеспечения заданной подвижности
разогретой смеси при укладке ее готовят с повышенным расходом
воды, что отрицательно влияет на прочность бетона в 28-суточном
и более позднем возрасте. Быстрое нагревание бетонной смеси спо­
собствует сохранению первоначальной ее подвижности, так как при
этом не происходит ее загустевания из-за процессов схватывания.
Оптимальная продолжительность электроподогрева смеси в бунке­
рах составляет 10—20 мин. При более быстром разогреве возрас­
тает потребная установленная мощность, необходимая для элек­
троподогрева смеси в бункерах.
Скорость твердения бетона определяется его температурой в
отформованном изделии и степенью сохранности тепла в началь­
ный период твердения. Чем выше температура изделий после фор­
мования и медленнее происходит их остывание, тем выше прочность
бетона сразу после расформовки изделий и тем меньше потеря
прочности в 28-суточном возрасте по сравнению с нормальным твер­
дением. Особое внимание следует уделять ускорению укладки и
уплотнению смеси и обеспечению последующей выдержки изделий
при температуре 75—80° С в течение 4— 10 ч без потерь бетоном
тепла. По данным Ц Н И И ЭП Ж илищ а горячее формование с вы­
держкой изделий в условиях термоса в течение 4—6 ч дает воз­
можность получать керамзитобетонные изделия с прочностью, рав­
ной 50—60% от проектной.
250
8. Автоматизация тепловой обработки изделий
Автоматизация процессов тепловой обработки должна обеспе­
чить оптимальные температурно-влажностные условия твердения
бетона для получения изделий в возможно короткие сроки с задан­
ной прочностью и другими свойствами.
На заводах сборного железобетона применяют дистанционный
и автоматический контроль основных параметров тепловой обра­
ботки (температуры и влажности среды и бетона, давления и рас­
хода пара и пр.) и автоматическое управление с программным ре­
гулированием температурного режима почти всех способов тепло­
вой обработки изделий.
На рис. 114 дана схема автоматизации пропаривания изделий
в ямных камерах с помощью программного электронного регуля­
тора типа ПРТЭ-2м. Регулирование температурного режима по
Рис. 114. Схема автоматизации ямной пропарочной камеры
заданной программе осуществляют изменением количества пара,
подаваемого в камеру, с помощью регулирующего органа 1. Регу­
лирующий орган — вентиль с электромагнитным приводом — уста­
новлен на паровом вводе в камеру и получает командные импульсы
от программного регулятора 2, смонтированного на центральном
щите управления. Регулируемая величина — температура паровоз­
душной среды в камере — измеряется температурным датчиком 4,
контролируется и регистрируется автоматическим уравновешенным
мостом 3. При несоответствии температуры в камере с заданной
программой происходит разбалансировка моста и программным
регулятором включается электрическая цепь открытия или закры­
тия регулирующего органа, изменяющего подачу пара в камеру.
Для повышения устойчивости автоматического регулирования на
магистральном паропроводе установлен стабилизатор давления 5.
Открытие и'закрытие вентиля происходит при отклонении регули251
руемой температуры более чем ± 2,5 С от установленной програм­
мой. Для предохранения температурного датчика от повреждений
при загрузке и выгрузке изделий, а также от непосредственного
воздействия пара последний устанавливают в специальной нише в
продольной стенке камеры.
На рис. 115 дана схема автоматического регулирования работы
автоклавов, разработанная НИИСтромом. Контроль и регулирова­
ние режима обработки осуществляется пневматическим регулято­
ром 1, термобаллон 2 которого выведен в автоклав 3. При изменении
Рис. 115. Схема автоматизации режима автоклавной обработки
температуры в автоклаве импульсы давления преобразуются регу­
лятором в командные сигналы, управляющие через исполнитель­
ный механизм 4 регулирующими органами — вентилями. В соот­
ветствии с командами подача пара в автоклав изменяется вентиля­
ми 7 или производится его выпуск в атмосферу. При неисправности
регулирующей системы предусмотрены обводные линии 5 с ручным
управлением. Конденсат из автоклава выпускают через вентиль 6.
Программу тепловлажностной обработки задают с помощью
реостатного задатчика, ролик которого перемещается по периметру
съемного программного диска-копира. Профиль копира устанавли­
вают в соответствии с требуемым режимом тепловой обработки в
зависимости от вида изделий и бетона, а также от вида вяжущего.
В применяемых системах автоматизации тепловой обработки в
качестве регулируемого параметра используют температуру среды в
тепловых установках. Однако температура паровоздушной смеси
или пара в них однозначно не определяет приобретаемую в процес­
252
се тепловой обработки прочность бетона в изделиях. Даже при
строгом выполнении заданного режима обработки нельзя гаранти­
ровать получение изделий с требуемой прочностью. В связи с этим
при автоматизации тепловой обработки изделий целесообразно
переходить на автоматическое управление тепловой обработки с
контролем действительной прочности бетона в изделии. Такое ав­
томатическое регулирование процесса тепловой обработки позволи­
ло бы создать оптимальные режимы твердения изделий и закон­
чить тепловую обработку при достижении бетоном заданной проч­
ности.
Глава 14
ОТДЕЛКА ИЗДЕЛИИ, КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА,
СКЛАДИРОВАНИЕ ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ
1. Повышение заводской готовности изделий
В жилищном строительстве наиболее трудоемкими являются
отделочные работы и составляют при выполнении их на строитель­
ной площадке 30—40% от всех трудовых затрат на возведение зда­
ний.^ Повышение степени готовности изделий путем их отделки и
комплектации деталями в заводских условиях дает возможность
ускорить сборку зданий, сократить сроки строительства и умень­
шить трудовые затраты. Даж е при ручной отделке поверхностей
элементов зданий на заводах по сравнению со строительной пло­
щадкой производительность труда возрастает в 1,5—2 раза. В связи
с этим перенос трудоемких отделочных работ в заводские условия
и выпуск изделий повышенной заводской готовности является
одной из основных задач современного заводского производства
сборного железобетона.
Повышение заводской готовности сборных элементов зданий
и сооружений достигается их комплектацией и отделкой. Под ком­
плектацией понимается увеличение монтажной готовности элемен­
тов путем установки готовых деталей оконных и дверных блоков,
объединения с другими элементами (например, соединение несу­
щей бетонной плиты с изоляционной древесноволокнистой плитой
и линолиумным ковром для получения завершенной конструкции
перекрытия), устройством систем отопления, вентиляции, скрытой
электрической проводки и других видов работ. Изделием повышен­
ной заводской готовности является наружная стеновая панель с
вмонтированными в нее окрашенными и остекленными оконными
блоками, облицованная с фасадной стороны долговечной декора­
тивной отделкой, а с внутренней — подготовленная под оклейку
обоями или окраску.
Изделия повышенной заводской готовности можно получать
двумя способами: непосредственно в процессе их формования без
какой-либо доводки изделий после расформовки и отделкой их пос253
ле тепловой обработки и расформовки на отделочных постах и ли­
ниях. Первый способ более предпочтителен, так как не нужно соз­
давать посты по комплектации и отделке, но при этом не всегда
можно получать изделия с требуемой степенью готовности. Повы­
шенная заводская готовность изделий достигается сочетанием
совершенствования методов формования с дополнительной отдел­
кой и комплектацией после твердения бетона.
При изготовлении изделий особое значение имеет обработка их
лицевых поверхностей, к качеству которых предъявляются различ­
ные требования. Лицевые поверхности изделий (стеновых панелей,
панелей перекрытий и др.), обращенные внутрь помещений и под­
готовляемые под окраску или оклейку обоями, должны быть со­
вершенно гладкими, плотными, без открытых пор и каверн, иметь
правильную плоскость и четкие линии кромок. Необходимо, чтобы
рабочие поверхности лестничных маршей и площадок отличались
повышенной износостойкостью и имели декоративную отделку. Н а­
ружные, фасадные поверхности стеновых панелей, крупных блоков,
объемных элементов и т. д. должны создавать художественную вы­
разительность зданий.
Применяются следующие виды индустриальной отделки изде­
лий: обработка лицевых поверхностей из бетона под окраску или
оклейку обоями; нанесение цветного фактурного слоя из декоратив­
ного бетона или раствора; вскрытие фактуры конструктивного бе­
тона; присыпка дробленым камнем, мелким щебнем или гравием
свежеуложенного бетона; облицовка керамическими, стеклянными,
пластмассовыми и другими плитками; окраска поверхностей стой­
кими красочными составами. В зависимости от вида отделки изде­
лий возможны различные способы ее выполнения и технология по­
лучения изделий повышенной заводской готовности.
2. Технология заводской отделки и комплектации изделий
Отделка лицевых поверхностей панелей внутренних стен и пе­
рекрытий обычно достигается формованием «лицом вниз» (в гори­
зонтальных формах, днище которых имеет ровную и гладкую по­
верхность, тщательно очищенную и покрытую тонким слоем каче­
ственной смазки) и применением пластичной бетонной смеси или
пластификацией бетонной смеси водой. Сущность пластификации
заключается в равномерном опрыскивании днища формы водой,
которая при последующей укладке и уплотнении бетонной смеси
вибрированием проникает в нее, повышая пластичность нижнего
слоя, и способствует его распределению по поверхности днища.
Гладкие лицевые поверхности с обеих сторон изделий получают
в процессе формования заглаживанием открытой верхней поверхно­
сти с помощью затирочных машин — реечных, валковых, дисковых
и др. На рис. 116 приведена валковая затирочная машина, состоя­
щая из подвижного портала, цилиндрического вала, подвешенного
на эксцентриках. Вал плавающего типа при перемещении машины
вдоль отформованного изделия снимает излишки бетона и создает
254
ровную плоскость. Машина может обрабатывать поверхность из­
делий на любом посту после формовки. Лучшие результаты дости­
гаются при обработке поверхности через 1 ч после формования.
После твердения бетона завершают отделку лицевых поверхно­
стей изделий нанесением накрывочного слоя раствора и его затир­
кой (шпатлевкой). Эти операции осуществляют на специальных от­
делочных постах и линиях. Рассмотрим в качестве примера техно­
логию отделки панелей
внутренних стен кассетного изготовления на кон­
вейерной линии Ростокин­
ского завода Главмос­
строя. Конвейер состоит
из подвижных тележекбашмаков, на которые
устанавливаются в верти­
кальном положении панели. Вверху они поддержи­
ваются направляющими
роликами. Движение кон­ Рис. 116. Валковая затирочная машина
вейера пульсирующее. Во
время остановок на постах выполняются работы по отделке изде­
лий после извлечения их из кассетных установок.
На первом посту исправляются мелкие дефекты, очищаются от
раствора закладные детали и т. п. На втором посту на боковые по­
верхности панели наносят раствор и затирают его двумя шпиндель­
ными затирочными машинами, установленными с противоположных
сторон. Раствор подают по шлангам в затирочные диски под дав­
лением. На третьем посту шпаклевку подсушивают воздухом, полорифер
45° С. На следующем
посту производят приемку готовой панели ОТК и далее транспор­
тируют на склад. В зимнее время для предупреждения выкрашива­
ния шпаклевки изделия необходимо выдерживать в течение 6—8 ч
при положительных температурах.
Комплектация и отделка наружных стеновых панелей. Харак­
терной особенностью этих изделий является необходимость разной
отделки противоположных лицевых поверхностей: наружной — декоративнои, внутренней
под окраску или оклейку обоями. К нафасадному
требований по прочности, плотности и водопоглощению. Так, обли­
цовочный слой изделий из легкого или ячеистого бетонов должен
быть более плотным, нежели бетон, но в то же время пористым,
не отличаться по деформативности от основного бетона. При формовании этих йзді
ное внимание уделяется получению требуемой фасаднс поверхности.
Фасадные поверхности при облицовке керамическими и другими
плитками получают при формовании «лицом вниз», а при облицов­
ке дробленым декоративным камнем — «лицом вверх». Фасадные
255
слои из декоративного бетона или раствора наносятся обоими спо­
собами.
'
V
Облицовка керамическими плитками получила наибольшее рас­
пространение при инду