Технология Гиперпрессованного Кирпича

Технология гиперпрессованного кирпича - это достаточно простой, в сравнении с другими, способ производства строительных материалов. Являясь более экологичной и низкозатратной, данная технология имеет большой потенциал в перспективе потеснить известные способы производства. В данной статье проведен сравнительный анализ свойств гиперпрессованных изделий на известняковом отсеве, изготовленных с различным содержанием портландцемента при разных давлениях прессования. Твердение образцов осуществлялось при разных режимах в камере тепловлажностной обработки. Выбран наиболее оптимальный состав, а также разработана технологическая линия для производства гиперпрессованного кирпича.

На рассматриваемом действующем предприятии по производству силикатного кирпича при добыче известняка для производства извести накапливается большое количество отходов дробления с размерами частиц менее 5 мм, которые не используются в основном производстве. В связи с чем существует проблема утилизации данного вида отходов. Одним из направлений развития отрасли строительных материалов является производство гиперпрессованного кирпича, в качестве заполнителя в котором может применяться известняковый отсев. По заявке данного предприятия разрабатывалась технология производства гиперпрессованного кирпича и других изделий методом сверхвысоких усилий.

В качестве заполнителя гиперпрессованных изделий использовался песок из отсева дробления известняка со следующими испытанными характеристиками, определенными по ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний»:

• насыпная плотность нас = 1430 кг/м3;
• истинная плотность ист = 2660 кг/м3;
• зерновой состав песка приведен на рисунке 1. Зерна с размером 5 мм отсутствовали.

Mк = 2,31. Так как модуль крупности известнякового песка находится в пределах 2,0<Мк<2,5, то можно сделать вывод о том, что он относится к категории песков со средней крупностью.

Рис. 1. Зерновой состав известнякового песка

В качестве вяжущего гиперпрессованных изделий применялся портландцемент со следующими характеристиками, определенными по ГОСТ 30744-2001 «Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка» в условиях нормального твердения на 28 сутки:

• тесто нормальной густоты ТНГ - 24,5%;
• начало схватывания - 2 с 10 мин;
• конец схватывания - 4 ч;
• среднее значение прочности при сжатии образцов нормального твердения в возрасте 28 суток - 39,7 МПа;
• остаток на сите 008 - 8,4%.

Таким образом, цемент используемый в настоящей технологии производства гиперпрессованного кирпича соответствует минимальной классу ЦЕМ II А-Ш 32,5 Н по требованиям ГОСТ 31108-2003.

В условиях современного производства гиперпрессованного кирпича целесообразно применение тепло-влажностной обработки изделий. Для исследования свойств гиперпрессованных кирпичей формовались образцы-цилиндры диаметром 5 см, высотой 5 см при удельных давлениях прессования 60-100 МПа и процентном содержании цемента от 10 до 20%. Твердение образцов осуществлялось при тепло-влажностной обработке в камере ТВО по режиму 1-6-1 и 2-4-2 при температуре 60 и 80°С.

При помощи математического моделирования построены зависимости прочности при сжатии гиперпрессованных образцов от удельного давления прессования и содержания цемента. Полученные зависимости прочности при сжатии образцов твердевших по режиму 1-6-1 при температуре 60°С и 80°С представлены на рисунках 2 и 3 соответственно.

Рис. 2. Зависимость прочности при сжатии гиперпрессованных образцов от удельного давления прессования и количества цемента после камеры ТВО (1-6-1 при 60°С)

Обе зависимости в данной технологии гиперпрессованного кирпича показывают, что наибольшее влияние на прочность полученных образцов оказывает содержание вяжущего. При этом влияние температуры изотермической выдержки наиболее выражено при удельном давлении прессования 100 МПа и содержании портландцемента 20%, что характеризуется пиковой зависимостью прочности при температуре обработки 80°С.

Рис. 3. Зависимость прочности гиперпрессованных изделий от удельного усилия прессования и количества цемента после камеры ТВО (1-6-1 при 80°С)

Более «мягкий» режим камеры ТВО с температурой 60°С позволяет достичь большей прочности при сжатии при удельных давлениях прессования 60-80 МПа, которая составляет 22-30 МПа и превышает на 5-10% прочность аналогичных образцов твердевших при температуре 80°С.

Зависимости характеризующие прочность образцов твердевших по режиму 2-4-2 при температурах 60°С и 80°С представленные на рисунках 4 и 5 соответственно имеют различный характер математической модели.

Рис. 4. Зависимость прочности гиперпрессованных образцов от удельного давления прессования и количества вяжущего после камеры ТВО (2-4-2 при 60°С)

При температуре 60°С в рамках технологии гиперпрессованного кирпича наблюдается сохранение прочности при сжатии на одинаковом уровне при расходе цемента 15%, 20% и удельном давлении прессования 60 МПа прирост прочности составляет около 5%. При содержании цемента 10% прочность составляет 20-22 МПа, что на 10-25% ниже прочности аналогичных составов с расходом цемента 15%.

Рис. 5. Зависимость прочности прессованных изделий при сжатии от удельного давления прессования и количества цемента после камеры ТВО (2-4-2 при 80°С)

Тепло-влажностная обработка при 80°С показывает линейную зависимость прочности от количества вяжущего, при этом наблюдается незначительное снижение прочности образцов заформованных с удельным давлением прессования 80 МПа.

Таким образом, можно сделать вывод, что 6-ти часовая изотермическая выдержка позволяет получить более прочные образцы. При этом увеличение температуры ТВО с 60°С до 80°С не дает значительного прироста прочности.

На основании полученных результатов для разработки оптимальной технологии гиперпрессованного кирпича выбирается состав заформованный при удельном давлении прессования 60 МПа с содержанием портландцемента 10%, режим тепло-влажностной обработки 1-6-1 60°С.

Разработка технологической линии для производства гиперпрессованного кирпича осуществлялась исходя из характеристик пресса, ранее приобретенного предприятием, по заявке которого выполнялась настоящая работа.

Данный гиперпресс имел следующие характеристики:

• максимальная глубина заполнения - 55-85 мм;
• усилие прессования - 3000 т;
• максимальное усилие выталкивания - 2 кН;
• производительность - 10 шт./мин.

Режим работы проектируемого цеха 2 смены по 8 часов. Суточную производительность находим по формуле:

Псут = 10*60*16 = 9600 шт./сут.

В цеху устанавливается один пресс, на основе его производительности выполняется подбор остального технологического оборудования.

Для подготовки смеси использовался бетоносмеситель принудительного действия с вертикально расположенным валом вращения, который имел следующие характеристики:

• емкость смесителя - 320 л;
• готовая смесь - 250 л;
• время перемешивания - 1,5 мин;
• напряжение питающей электросети - 380 В;
• энергопотребление - 4,0 кВт/ч;
• габаритные размеры - 1400х1350х1320 мм;
• масса - 380 кг.

Также в технологической линии присутствовал раздаточный бункер с ленточным конвейером. Бункер будет загружаться отсевом известняка один раз в смену. Суточная потребность цеха в отсеве: 28,14 м3 . Требуемый объем бункера V = 28,14/2 = 14,07 м3.

Известняковый песок доставляется на закрытый склад автомобильным транспортом. Из склада отсев фронтальным погрузчиком загружается в раздаточный бункер. Далее нужное количество отсева, отмеренное тензодатчиками, поступает на ленточный конвейер, который подает его в бетоносмеситель принудительного типа.

Портландцемент доставляется автоцементовозами в силосный склад, из которого с помощью шнекового конвейера подается в бетоносмеситель. Вода добавляется в смесь из бака запаса воды, исходя из исходной влажности отсева. Нужное количество воды отмеряется с помощью счетчика.

Согласно технологии гиперпрессованного кирпича, после загрузки бетоносмесителя смесь в течение одной минуты перемешивается на сухую, далее добавляется вода, и смесь перемешивается еще в течение полутора минут. Влажность формовочной смеси должна составлять 7-8%. Готовая формовочная смесь выгружается из бетоносмесителя на ленточный конвейер, который подает ее в бункер пресса.

После прессования поддоны с кирпичом с помощью кран-балки подаются в камеры ТВО. Тепловлажностная обработка производится открытым паром, доставляемым из котельной, по режиму 1-6-1 60°С.

После пропаривания поддоны с кирпичом выгружаются из камеры кран-балкой и доставляются на пост выдержки, где кирпичи остывают и упаковываются в термоусадочную пленку.

После упаковки поддоны с готовыми кирпичами перемещаются вилочным погрузчиком на склад готовой продукции.

Для обеспечения объемов производства кирпича по технологии гиперпрессования необходимо применение тепло-влажностной обработки изделий. При сравнении 4-х режимов тепловлажностной обработки наиболее оптимальным оказался режим 1- 6-1 60°С. Для обеспечения требуемых прочностных характеристик кирпича и с точки зрения экономической целесообразности производства, наиболее оптимальным является состав с 10% процентным содержанием портландцемента, заформованный при удельном давлении прессования 60 МПа.

Таким образом, описанная выше технология производства гиперпрессованного кирпича является низкозатратной и конкурентоспособной в сравнении с другими способами производства аналогичных строительных материалов.

Если вы планируете купить оборудование для производства гиперпрессованного кирпича по цене производителя, то обращайтесь в офис нашей компании.

Начало прессования подготовленной смеси с цементным вяжущим сопровождается её уплотнением за счет смещения частиц относительно друг друга и их сближения. Это является первой стадией уплотнения. При этом происходит частичное удаление воздуха из матрицы. В процессе прессования смеси происходят сложные явления механического и молекулярного характера. В начале процесса сжатия смеси более крупные частицы, перемещаясь, сближаются между собой, а мелкие занимают пространство между крупными частицами. На этой стадии воздух, находящийся в смеси, интенсивно вытесняется, через зазоры между частицами из формы. При дальнейшем сжатии смеси происходят пластическая, хрупкая и упругая деформации твердых частиц с разрушением отдельных контактных поверхностей, и воздухопроводящие каналы закрываются. Запрессованный воздух сжимается в свободных от воды порах и частично растворяется в жидкой фазе, которая вытесняется из мест контакта в пространство между частицами.

Воздух, находящийся в смеси, при полусухом способе формования изделий всегда отрицательно влияет на качество отформованного изделия. Запрессованный воздух создает дополнительную упругую силу, вызывающую, наряду с остаточным напряжением, упругое расширение изделия после снятия усилия прессования. Для устранения отрицательного влияния запрессованного воздуха на качество гиперпрессованного кирпича в процессе полусухого прессования на оборудовании используются такие методы, как вакуумирование смеси, многоступенчатое прессование и регулирование скорости прессования.

Следующая стадия уплотнения характеризуется пластической необратимой деформацией частиц вызванной продолжающимся прессованием на станке. При этом увеличивается контактная поверхность между частицами. Одновременно с этим уплотнение каждой элементарной частицы сопровождается выжиманием влаги из ее глубинных слоев на контактную поверхность частицы. Оба эти фактора обусловливают возрастание сцепления между частицами.

Вода вместе с вяжущим цементирует крупные частицы прессовки, а с увеличением контактной поверхности возрастает эффект такой цементации. В этой стадии уплотнения может иметь место защемление и упругое сжатие воздуха, который не успел удалиться из порошка.

Увеличение влажности смеси для производства гиперпрессованного кирпича повышает внутреннее давление запрессованного в нем воздуха, которое в свою очередь может приводить к возникновению в прессовках растягивающих напряжений и как следствие к образованию трещин расслаивания. В связи с этим рекомендуется прессовать смесь пониженной влажности, но при более высоком усилии.

В зависимости от характеристики инертных и технологических требований при производстве отдельных изделий, в качестве пластифицирующих добавок применяются специальные добавки, которые обволакивают твердые частицы и образуют влажные контакты между ними. При этом за счет снижения силы трения между частицами и повышения пластичности смеси в момент прессования, улучшается пропрессовываемость, что, в свою очередь, способствует получению изделия с большей первоначальной прочностью.

В то же время, избыток жидкой фазы в смеси отрицательно влияет на процесс прессования. При прессовании смеси с избытком влаги пленочная вода вытесняется из мест контакта частиц в поры. Закупоренная в порах, как в капсулах, несжимаемая вода препятствует сближению частиц в процессе прессования смеси, увеличивает долю упругой деформации массы, а при снятии усилия прессования за счет расклинивающего действия образуется перепрессовочные трещины и расслоение изделия. Поэтому для каждой смеси, при фиксированном удельном давлении прессования, существует оптимальная влажность, при которой достигается максимальная первоначальная прочность гиперпрессованного кирпича.

Наряду с влажностью на степень уплотнения изделий существенное влияние оказывает гранулометрический состав прессуемой смеси. Требования к гранулометрическому составу смеси чрезвычайно многосторонние и определяются, в основном, требованиями, предъявляемыми к производимому изделию, и последующей областью его применения. При прочих равных условиях пористость отформованного кирпича определяется гранулометрическим составом смеси. Результаты ряда исследований свидетельствуют о том, что по сравнению с изделием из монофракционной смеси, пористость изделия из полифракционной смеси значительно ниже, а плотность изделия выше.

В третьей стадии уплотнения наступает упругая деформация частиц. Такие деформации наиболее вероятны для тонких удлиненных частиц и пластинок, которые могут изгибаться по схеме зажатой консоли или балки, опирающейся на две опоры.

Последняя стадия уплотнения на оборудование для производства кирпича сопровождается хрупким разрушением частиц, при котором смесь в матрице кирпичного станка получает наибольшее уплотнение и наибольшее сцепление вследствие сильного дальнейшего развития контактной поверхности. Для осуществления хрупких деформаций требуется очень большое давление, которое при полусухом прессовании на большинстве оборудования для кирпича практически не достигается.