Производство изделий из теплоизоляционного ячеистого бетона включает следующие основные технологические операции: подготовку сырьевых материалов, приготовление ячеистобетонной смеси, формование изделий их тепловлажностную обработку.
Подготовка сырьевых материалов. Для того чтобы обеспечить повышенную устойчивость поризованной массы на стадиях формования изделий и набора структурной прочности, а также для создания большого объема цементирующих новообразований при твердении, в технологии теплоизоляционных ячеистых бетонов используют тонкодисперсные композиции.
Тонкому измельчению подвергается кремнеземистый компонент и известь. Алюминиевая пудра помолу не подвергают, так как она уже имеет достаточно высокую удельную поверхность.
В данной курсовой работе помол сырьевых материалов производиться мокрым способом. Песок подвергается мокрому помолу в шаровой мельнице.
Газобетонную смесь приготавливают следующим образом. Отдозированные компоненты смеси загружают в вертикальный самоходный газобетоносмеситель емкостью 5 м3 при включенном перемешивающем механизме. Добавки вводят в смеситель совместно с вяжущим. Алюминиевую пудру обезвоживают путем активного перемешивания в растворе ПАВ и вводят в приготовленную газобетонную смесь в виде суспензии [4].
Перемешивание составляющих до загрузки газообразователя производят 3…5 мин, после загрузки газообразователя – 1…3 мин, во время перемешивания.
Приготовление формовочных масс для газобетона предусматривают подогрев шлама и воды до 40…50ºС для достижения температуры смеси не ниже 35ºС. Это обеспечивает интенсификацию взаимодействия алюминиевой пудры с Ca(OH)2 раствора [5].
Приготовление ячеистобетонной смеси. Газобетонная технология предусматривает вспучивание (поризацию) ячеистобетонной смеси до заданных значений средней плотности непосредственно в форме.
Приготовление формовочной смеси включает дозирование и смешивание всех компонентов до получения однородного раствора с заданными технологическими свойствами. Поризация раствора в этом случае происходит на стадии формования изделий. Наиболее важным фактором, влияющим на ячеистую структуру ячеистобетонной смеси и готового ячеистого бетона, является равномерность распределения небольшого количества (0,6…0,7 кг/м3 ) газообразователя во всем объеме смеси [3].
Основное условие в процессе формования, которое должно неукоснительно соблюдаться – соответствие кинетики газовыделения изменению реологических свойств массы [5].
Регулирование интенсивности этих двух процессов осуществляют путем изменения температуры поризуемой массы, а так же изменением ее водосодержания в совокупности с введением ПАВ или путем приложения к ней внешних динамических воздействий – вибрации. В соответствии с этим на практике применяют литьевую или вибрационную технологию формования газобетонных изделий.
При литьевой технологии вспучивание ячеистобетонной массы происходит в неподвижных формах в течении 25…50 мин, при вибровспучивании форму со смесью, установленную на виброплощадке, вибрируют в течении всего процесса газовыделения (3…6 мин) с частотой 15…150 ГЦ и амплитудой 0,6…0,2 мм [4,5].
Если смесь после газовыделения не будет обладать определенной структурной прочностью, произойдет ее осадка, сопровождающаяся «ложным кипением» - прорывом газа из массы. В этом случае структура ячеистого бетона будет характеризоваться наличием большого количества сообщающихся пор, неоднородностью распределения пористости, неправильной формой пор. Если же схватывание будет опережать газовыделение, то смесь затвердеет до того, как завершиться газовыделение и заданная средняя плотность ячеистого бетона не будет достигнута, межпоровые перегородки будут пронизаны трещинами, не исключено наличие крупных трещин в массиве изделия. В результате эксплуатационные показатели материала будут существенно снижены [2].
При литьевой технологии достижение необходимых условий для поризации газобетонной смеси осуществляют, изменяя ее температуру и водосодержание, вводя пластифицирующие добавки.
При вибровспучивании весьма полезно введение в смесь пластифицирующих добавок, что позволяет дополнительно снизить водосодержание смеси. При изготовлении теплоизоляционных газобетонных изделий, как показывает практика, наилучшие технико-экономические показатели достигаются при формовании крупных массивов с последующей их резкой на плиты заданных размеров. При формовании таких массивов по вибрационной технологии решающее влияние на условия поризации оказывают параметры вибрационной обработки, которые должны изменяться в процессе вибровспучивания: в начале процесса (до начала активного газовыделения) должна применяться низкочастотная вибрация с большой амплитудой (n=10…25 Гц, A= 1…1,25 мм), а при активном газовыделении высокочастотная вибрация (n=100…150 Гц, A=0,15…0,2 мм). Она может передаваться на массу с помощью плавающего виброщита. Предпочтительнее применять горизонтально направленную вибрацию, воздействие которой уменьшает вероятность вскипания массы при вспучивании, т.е. прорыва массы выделяющимися газами [4,5].
После прекращения вибрационных воздействий быстро восстанавливаются разрушенные вибрацией структурные связи, в результате резко возрастает пластическая прочность и несущая способность поризованной массы, исключается ее осадка.
Снижение водотвердого отношения (водосодержания) обеспечивает повышение плотности и прочности цементного камня, интенсификацию твердения вяжущего, уменьшение затрат теплоты на прогрев изделий в процессе их тепловлажностной обработки, улучшение микропористой структуры межпоровых перегородок (уменьшение доли капиллярных пор) и повышение физико-технических свойств материала (снижение влажностной усадки, уменьшение водопоглащения, повышение морозостойкости) [2].
Формование изделий. Формование газобетонных массивов осуществляют в металлических формах высотой до 600 мм. Перед заливкой массы формы должны быть тщательно очищены, смазаны, стыки уплотнены. Формы заполняют формовочной массой за один прием на высоту, обеспечивающую полное заполнение формы после вспучивания (высота заполнение примерно составляет 1/3). Высоту заполнения форм в зависимости от заданной средней плотности изделий определяют по формуле [2,5]:
где 
- высота формы, м;
- заданная средняя плотность вспученной массы, (кг/м3 ) / средняя плотность раствора, (кг/м3 ).
Для обеспечения нормально вспучивания формовочной массы температура окружающей среды должна быть не ниже 18ºС.
Формование изделий при вибрационной технологии осуществляется по агрегатно-поточной или конвейерной схеме. Приготовленные формы подаются на виброплощадку, жестко крепятся на ней, заполняются смесью и подвергаются вибрационной обработке, которая начинается одновременно с началом заливки массы. Находясь в форме, смесь через 5-10 мин начинает вспучиваться, образуя на верхней сферической поверхности нарост, называемый «горбушкой». После окончания вибровспучивания форма передается на пост вызревания для набора прочности, обеспечивающей снятие горбушки и разрезку массива (его примерные размеры 6х1,5х0,6 м) на изделие. Операции по удалению горбушки и разрезке массивов производят на специальной машине с помощью металлических струн, совершающих возвратно-поступательное и вращательное движение [2,4].
Формуют изделия в металлических формах из листовой стали, которые перед заполнением массой очищают и смазывают. Чтобы панели имели одинаковую толщину, формы устанавливают строго горизонтально. От качества форм в значительной степени зависит получение крупноразмерных изделий из ячеистого бетона без трещин.
Заполнение форм газобетонной смесью производят из самоходного газобетоносмесителя, перемещающегося вдоль фронта установленных форм [2,4].
В данном курсовом проекте формование газобетонных плит при вибрационной технологии осуществляется по агрегатно-поточной технологической схеме. Подготовление формы подаются на виброплощадку, жестко крепятся на ней, заполняются смесью и подвергаются вибрационной обработке, которая начинается одновременно с заливкой массы.
Тепловлажностная обработка. Многочисленные исследования как у нас, так и за рубежом показали, что избыточное давление в период твердения бетона оказывают большое влияние на его структуру и прочность.
Поэтому тепловлажностная обработка при получении эффективных теплоизоляционных ячеистых бетонов, как правило, осуществляют автоклавированием под давлением 0,8-1,3 МПа и при температуре водяного пара 175-191ºС (в автоклавах диаметром 2; 2,6 или 3,6 м) [4].
Автоклавную обработку применяют для увеличения прочности изделий за счет связывания извести, которая вводится в сырьевую смесь в качестве основного компонента вяжущего, с кремнеземистым компонентом.
Автоклавная обработка происходит в 3 стадии. Первая стадия начинается с момента пуска пара в автоклав и заканчивается при достижении равенства температур теплоносителя и изделий по всей их толщине. Изделие нагревается двумя способами: за счет теплопроводности и теплотой, выделяющейся при конденсации пара, который проникает в материал через его поры. При этом влажность изделий увеличивается [4,7].
Начало второй стадии автоклавной обработки совпадает с максимальным развитием химических и физико-химических процессов, обуславливающих формирование структуры цементирующего вещества и интенсивный набор прочности материалом. Основным процессом в автоклаве является взаимодействие Ca(OH)2 и SiO2, в результате которого образуются гидросиликаты кальция. Формирование этих новообразований сопровождается интенсивным набором прочности. Продолжительность второй стадии определяется дисперсностью, активностью и соотношением компонентов вяжущего, а также водотвердым отношением и температурой обработки. На конечную микроструктуру межпоровых перегородок существенное влияние оказывает такие факторы, как тонкость помола кремнеземистого компонента, количественное соотношение компонентов [2,4].
Третья, конечная стадия автоклавной обработки - снижение температуры давления и пара. При этом из изделий интенсивно испаряется вода, что вызывает напряжение, иногда превышающее прочность ячеистого бетона и проводящие к образованию трещин в изделиях. Для предотвращения трещинообразования при коротких режимах охлаждения применяют ступенчатый режим снижения давления и пара. Для испарения как можно большего количества воды из изделий в конце охлаждения в автоклаве создают некоторое разрежение, т.е. производят вакуумирование.
Для повышения температуры и увелечения коэффициента теплоотдача к материалу в установках, работающих на избыточном давлении, применяю вакуумирование или продувку. И тот и другой методы рассчитаны на удаление из них воздуха и получения среды чистого пара. В этом случае достигается более высокая температура и больший коэффициент теплоотдачи к материалу при одном и том же давлении [2,4].
Вакуумирование состоит в следующем. После загрузки установку герметизируют и включают вакуум-насосы. Вакуумирование ведут до достижения 70-75% полного вакуума в течение 10-15 мин. При этом кроме воздуха из установки удаляется и часть воздуха из бетона, что позволяет получать изделия с более плотной структурой. Подача пара с нарастающим давлением позволяет обжимать бетон и также улучшать его прочностные показатели [2].
Другие условия создаются при продувке установки. После загрузки установка не герметизируется, остается открытой дверь, либо гидравлический затвор. В сообщающуюся с атмосферой установку начинают подавать пар. Пар, смешиваясь с воздухом, заполняет ее, образует паровоздушную смесь. Свежие порции пара постепенно вытесняют паровоздушную смесь и температура в какой-то момент при атмосферном давлении достигает 100ºС. После этого установка полностью герметизируется, подача пара для тепловлажностной обработки продолжается и достигает заданного значения. Продувка позволяет увеличить температуру несколько больше, чем вакуумирование, так как из установки удаляется весь воздух, однако длится она 1-2 ч при нагреве до 100ºС именно тогда, когда бетон нуждается в обжатии. Обжатие после этого к положительным результатам не приводит [2,4].
В данном куровом проекте процесс тепловлажностной обработки осуществляется автоклавированием под давлением 1,2 МПа и температуре водяного пара 175-191ºС.
Рис. 1 График ТВО изделий
Принципиальная схема производства газобетона включает три отделения [2,3]:
· Отделение полготовки сырья
· Отделение основного производства
· Склад готовой продукции
|
Рис. 2 Технологическая схема производства
В данном курсовом проекте разрабатывается вибрационная технология производства изделий из ячеистых бетонов с комплексным применением вибрации на стадиях приготовления ячеистобетонной смеси и вспучивания ее в форме при использовании смесей с пониженной влажностью. Способ производства газобетона с применением комплексной вибрации позволяет в 1,5 раза снизить содержание воды в газобетонной смеси. Уменьшение подвижности бетонной смеси, а следовательно, ухудшение перемешивания и затруднение вспучивания компенсируется искусственно путем вибрации смеси во время перемешивания и вспучивания. Это позволяет примерно в два раза сократить время предварительной выдержки смеси до автоклавной обработки и придать бетону более однородную мелкопористую структуру повышенной прочности [2,4].
Применение вибрационной технологии позволяет существенно улучшить качество изделий, сократить цикл их изготовления, уменьшить расход вяжущего, металлоемкость форм, сократить производственные площадки.