Цех по производству керамзита

Цех по производству керамзита

1. Вводная часть

Применение легких пористых заполнителей позволяет получать эффективные легкие бетоны для теплоизоляции, стеновых панелей, монолитных стен и разнообразных несущих конструкций. Замена обычных тяжелых заполнителей пористыми позволяет существенно изменить свойства бетонов в желаемом направлении: уменьшить плотность, улучшить теплоизоляционные свойства и т. д. В то же время достаточная прочность ряда пористых заполнителей обеспечивает возможность получения на их основе конструкционных легких бетонов высокой прочности.

Запасы природных пористых заполнителей в Украине ограничены. Объем их производства составляет более 6 млн. м³ в год.

Применение пористых заполнителей — отходов промышленности также носит локальный характер: вблизи предприятий, выдающих такие отходы.

Главный источник обеспечения потребности строительства и строительной индустрии нашей страны пористыми заполнителями для легких бетонов — специально созданная промышленность искусственных пористых заполнителей. Эта новая отрасль быстро развивается: если в 1960 г. в СССР действовало 20 предприятий общей мощностью немногим более 1 млн. м³, то в 1970 г. — около 200 предприятий и выпущено более 13 млн. м³ искусственных пористых заполнителей, а в 1987 г. — более 400 предприятий общей мощностью около 50 млн. м³ в год.

Предприятия по производству искусственных пористых заполнителей создаются там, где в них есть потребность, и базируются они, как правило, на местных источниках сырья. Себестоимость искусственных пористых заполнителей, конечно, выше себестоимости промышленных отходов или природных пористых заполнителей (если последние имеются в данном районе), но часто ниже себестоимости привозных заполнителей. Кроме того, искусственные пористые заполнители отличаются более высоким качеством и эффективностью использования в бетонах.

Из искусственных пористых заполнителей наиболее распространен в настоящее время (примерно ¾ общего выпуска) керамзит.

Некоторые глины при обжиге вспучиваются. Это явление использовано для получения из глин пористого материала — керамзита.

Керамзит получают главным образом в виде керамзитового гравия. Зерна его имеют округлую форму. Структура пористая, ячеистая. На поверхности его часто имеется более плотная корочка. Цвет керамзитового гравия обычно темно-бурый, в изломе — почти черный.

Вспучивание глины при обжиге связано с двумя процессами: газовыделением и переходом глины в пиропластическое состояние.

Источниками газовыделения являются реакции восстановления оксидов железа при их взаимодействии с органическими примесями, окисления этих примесей, дегидратации гидрослюд и других водосодержащих глинистых минералов, диссоциации карбонатов и т. д. В пиропластическое состояние глины переходят, когда при высокой температуре в них образуется жидкая фаза (расплав), в результате чего глина размягчается, приобретает способность к пластической деформации, в то же время становится газонепроницаемой и вспучивается выделяющимися газами.

2. Общая часть

2.1 Состав предприятия

В состав предприятия по производству керамзита, которое находятся в городе Винница входят такие отделения:

1. Склад сырьевых материалов

2. Перерабатывающий отдел, где происходит:

§ Переработка глины в перерабатывающих вальцах

§ Приготовление глиняного теста в глиномешалках

§ Формование гранул под ленточным прессом

§ Опудривание гранул на ленточном транспортёре

3. Отделение термической обработки и охлаждение, где воспроизводится:

§ Сушка в сушильном барабане

§ Обжиг во вращающейся печи

§ Охлаждение керамзита в холодильнике

4. Склад готовой продукции закрытого типа.

2.2 Номенклатура и характеристика продукции

В ДСТУ Б В.2.7−12−94 предусматриваются следующие фракции керамзитового гравия по крупности зерен: 5−10, 10 — 20 и 20−40 мм. В каждой фракции допускается до 5% более мелких и до 5% более крупных зерен по сравнению с номинальными размерами. Из-за невысокой эффективности грохочения материала в барабанных грохотах трудно добиться разделения керамзита на фракции в пределах установленных допусков.

По насыпной плотности керамзитовый гравий подразделяется на 10 марок: от 250 до 800, причем к марке 250 относится керамзитовый гравий с насыпной плотностью до 250 кг/м³, к марке 300 — до 300 кг/м³ и т. д. Насыпную плотность определяют по фракциям в мерных сосудах. Чем крупнее фракция керамзитового гравия, тем, как правило, меньше насыпная плотность, поскольку крупные фракции содержат наиболее вспученные гранулы.

Для каждой марки по насыпной плотности стандарт устанавливает требования к прочности керамзитового гравия при сдавливании в цилиндре и соответствующие им марки по прочности. Маркировка по прочности позволяет сразу наметить область рационального применения того или иного керамзита в бетонах соответствующих марок. Более точные данные получают при испытании заполнителя в бетоне Требования к прочности керамзитового гравия

Прочность пористого заполнителя — важный показатель его качества. Стандартизована лишь одна методика определения прочности пористых заполнителей вне бетона — сдавливанием зерен в цилиндре стальным пуансоном на заданную глубину. Фиксируемая при этом величина напряжения принимается за условную прочность заполнителя. Эта методика имеет принципиальные недостатки, главный из которых — зависимость показателя прочности от формы зерен и пустотности смеси. Это настолько искажает действительную прочность заполнителя, что лишает возможности сравнивать между собой различные пористые заполнители и даже заполнители одного вида, но разных заводов. Методика определения прочности керамзитового гравия основана на испытании одноосным сжатием на прессе отдельных гранул керамзита. Предварительно гранулу стачивают с двух сторон для получения параллельных опорных плоскостей. При этом она приобретает вид бочонка высотой 0,6−0,7 диаметра. Чем больше количество испытанных гранул, тем точнее характеристика средней прочности. Чтобы получить более или менее надежную характеристику средней прочности керамзита, достаточно десятка гранул.

Испытание керамзитового гравия в цилиндре дает лишь условную относительную характеристику его прочности, причем сильно заниженную. Установлено, что действительная прочность керамзита, определенная при испытании в бетоне, в 4−5 раз превышает стандартную характеристику. К такому же выводу на основе опытных данных пришли В. Г. Довжик, В. А. Дорф, М. 3. Вайнштейн и другие исследователи.

Стандартная методика предусматривает свободную засыпку керамзитового гравия в цилиндр и затем сдавливание его с уменьшением первоначального объема на 20%. Под действием нагрузки прежде всего происходит уплотнение гравия за счет некоторого смещения зерен и их более компактной укладки. Основываясь на опытных данных, можно полагать, что за счет более плотной укладки керамзитового гравия достигается уменьшение объема свободной засыпки в среднем на 7%. Следовательно, остальные 13% уменьшения объема приходятся на смятие зерен (рис. 1).Если первоначальная высота зерна D, то после смятия она уменьшается на 13%.

Высококачественный керамзит, обладающий высокой прочностью, как правило, характеризуется относительно меньшими, замкнутыми и равномерно распределенными порами. В нем достаточно стекла для связывания частичек в плотный и прочный материал, образующий стенки пор. При распиливании гранул сохраняются кромки, хорошо видна корочка. Поверхность распила так как материал мал Водопоглощение заполнителя выражается в процентах от веса сухого материала. Этот показатель для некоторых видов пористых заполнителей нормируется (например, в ДСТУ Б В.2.7−12−94). Однако более наглядное представление о структурных особенностях заполнителей дает показатель объемного водопоглощения.

Поверхностные оплавленные корочки на зернах керамзита в начальный период (даже при меньшей объемной массе в зерне и большей пористости) имеют почти в два раза ниже объемное водопоглощение, чем зерна щебня. Поэтому необходима технология гравиеподобных заполнителей с поверхностной оплавленной корочкой из перлитового сырья, шлаковых расплавов и других попутных продуктов промышленности (золы ТЭС, отходы углеобогащения). Поверхностная корочка керамзита в первое время способна задержать проникновение воды вглубь зерна (это время соизмеримо со временем от изготовления легкобетонной смеси до ее укладки). Заполнители, лишенные корочки, поглощают воду сразу, и в дальнейшем количество ее мало изменяется.

Между водопоглощением и прочностью зерен в ряде случаев существует тесная корреляционная связь. Чем больше водопоглощение, тем ниже прочность пористых заполнителей. В этом проявляется дефектность структуры материала. Например, для керамзитового гравия коэффициент корреляции составляет 0,46. Эта связь выявляется более отчетливо, чем связь прочности и объемной массы керамзита (коэффициент корреляции 0,29).

Для снижения водопоглощения предпринимаются попытки предварительной гидрофобизации пористых заполнителей. Пока они не привели к существенным положительным результатам из-за невозможности получить нерасслаивающуюся бетонную смесь при одновременном сохранении эффекта гидрофобизации.

Особенности деформативных свойств предопределяются пористой структурой заполнителей. Это, прежде всего, относится к модулю упругости, который существенно ниже, чем у плотных заполнителей Собственные деформации (усадка, набухание) искусственных пористых заполнителей, как правило, невелики. Они на один порядок ниже деформаций цементного камня. При исследованиях деформаций керамзита все образцы при насыщении водой дают набухание, а при высушивании — усадку, но величина деформаций разная. После первого цикла половина образцов показывает остаточное расширение, после второго — три четверти, что свидетельствует об изменении структуры керамзита. Средняя величина усадки после первого цикла 0,14 мм/м, после второго — 0,15 мм/м. Учитывая, что гравий в бетоне насыщается и высушивается в меньшей степени, реальные деформации керамзита в бетоне составляют лишь часть этих величин. Пористые заполнители оказывают сдерживающее влияние на деформации усадки (и ползучести) цементного камня в бетоне, в результате чего легкий бетон имеет меньшую деформативность, чем цементный камень.

Другие важные свойства пористых заполнителей, влияющие на качество легкого бетона — морозостойкость и стойкость против распада (силикатного и железистого), а также содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений. Эти показатели регламентированы стандартами.

Искусственные пористые заполнители, как правило, морозостойки в пределах требований стандартов. Недостаточная морозостойкость некоторых видов заполнителей вне бетона не всегда свидетельствует о том, что легкий бетон на их основе также неморозостоек, особенно если речь идет о требуемом количестве циклов 25−35. Заполнители легких бетонов, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации, не всегда удовлетворяют требованиям по морозостойкости и потому должны тщательно исследоваться.

На теплопроводность пористых заполнителей, как и других пористых тел, влияют количество и качество (размеры) воздушных пор, а также влажность. Заметное влияние оказывает фазовый состав материала. Аномалия в коэффициенте теплопроводности связана с наличием стекловидной фазы. Чем больше стекла, тем коэффициент теплопроводности для заполнителя одной и той же плотности ниже. С целью стимулирования выпуска заполнителей с лучшими теплоизоляционными свойствами для бетонов ограждающих конструкций предлагают нормировать содержание шлакового стекла (например, для высококачественной шлаковой пемзы 60−80%).

Искусственные пористые пески — это в основном продукты дробления пористых кусковых материалов (шлаковая пемза, аглопорит) и гранул (керамзит). Специально изготовленные вспученные пески (перлитовый, керамзитовый) пока не занимают доминирующего положения.

Большое преимущество дробленых песков — возможность их производства в комплексе с производством щебня. Однако это обстоятельство обусловливает и существенные недостатки в качестве песка. Являясь попутным продуктом при дроблении материала на щебень, песок в ряде случаев не соответствует требуемому гранулометрическому составу для производства легкого бетона. Очень часто песок излишне крупный, не содержит в достаточном количестве наиболее ценной для обеспечения связности и подвижности бетонной смеси фракции размером менее 0,6 мм.

Насыпная объемная масса пористых песков еще в меньшей степени, чем крупных заполнителей, характеризует их истинную «легкость». Малая объемная масса песка часто достигается за счет не внутризерновой, а междузерновой пористости вследствие специфики зернового состава (преобладание зерен одинакового размера). При введении в бетонную смесь такой песок не облегчает бетон, а лишь повышает его водопотребность. Очевидно, для улучшения качества пористого песка необходим специальный технологический передел дробления материала на песок заданной гранулометрии, а не попутное получение песка при дроблении на щебень.

Производство дробленого керамзитового песка, особенно при преобладании в нем крупных фракций, нельзя признать рациональным. Крупные фракции (размером 1,2−5 мм) дробленого песка мало улучшают удобоукладываемость смеси, но вызывают повышение ее объемной массы из-за наличия открытых пор и повышенной пустотности. Вспученный (в печах «кипящего слоя») керамзитовый песок производится пока в небольшом количестве. По физико-техническим показателям он лучше дробленого песка. Прежде всего меньше его водопоглощение.

Характеристика вспученных и дробленых песков по фракциям: 50% составляет фракция 1,2−5 мм. Поэтому в легком бетоне приходится снижать расход керамзитового гравия, что нерационально (заменять гравий песком).

С уменьшением объемной массы пористых заполнителей (насыпной и в зерне) их пористость и водопоглощение увеличиваются. Однако водопоглощение, отнесенное к пористости зерен, уменьшается, что указывает на увеличение «закрытой» пористости у более легких материалов.

На рассчитываемом предприятии используется керамзитовый гравий у которого насыпная плотность 450 кг/м³, высшей категории качества у которого марка по прочности П100, а предел прочности при сдавливании в цилиндре более 2,1 МПа.

2.3 Характеристика используемого сырья

Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в основном к осадочным горным.

Некоторые камнеподобные глинистые породы — глинистые сланцы, аргиллиты — относятся к метаморфическим.

Глинистые породы отличаются сложностью минералогического состава и кроме глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др.) содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые, органические примеси.

Глинистые минералы слагают глинистое вещество — наиболее дисперсную часть глинистых пород (частицы мельче 0,005 мм). Собственно глинами называют глинистые породы, содержащие более 30% глинистого вещества.

Для производства керамзита наиболее пригодны монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее содержание Si0₂ должно быть не более 70%, А1₂0₃ — не менее 12% (желательно около 20%), Fe₂0₃ + FeO — до 10%, органических примесей-1−2%.

Пригодность того или иного глинистого сырья для производства керамзита устанавливают специальным исследованием его свойств. Важнейшее из требований к сырью — вспучивание при обжиге.

На рассчитываемом предприятии используется слабовспучивающаяся глина (К_в = 2), для увеличения коэффициента вспучивания добавляется добавка (сульфидно-дрожжевая бражка) при которой К_в = 5.

Второе требование к сырью (в значительной степени связанное с первым) — легкоплавкость. Температура обжига должна быть не выше 1250 °C, и при этом переход значительной части наиболее легких глинистых частиц в расплав должен обеспечить достаточное размягчение и вязкость массы. Иначе образующиеся при обжиге глины газы, не удерживаемые массой, свободно выйдут, не вспучив материал.

Третье из важнейших требований — необходимый интервал вспучивания. Так называют разницу между предельно возможной температурой обжига и температурой начала вспучивания данного сырья. За температуру начала вспучивания принимают температуру, при которой уже получается керамзит с плотностью гранулы 0,95 г./см³. Предельно возможной температурой обжига считается температура начала оплавления поверхности гранул. В нашем предприятии используется сырье с интервалом вспучивания 40 °C (предельно возможная температура обжига — 1200 °C, а температура начала вспучивания данного сырья — 1160°С).

3. Технологическая часть

3.1 Обоснование принятой технологии производства

Выбор способа переработки сырья определяется свойствами исходного сырья, а качество заполнителя зависит от режима термической обработки, при котором создаются оптимальные условия вспучивания подготовленных сырцовых гранул (зерен).

Различают четыре основные технологические схемы подготовки сырцовых гранул, или четыре способа производства керамзита: сухой, пластический, порошково-пластический и мокрый.

Наибольшее распространение получил пластический способ. Рыхлое глинистое сырье по этому способу перерабатывается в увлажненном состоянии в вальцах, глиномешалках и других агрегатах (как в производстве кирпича). Затем из пластичной глиняной массы на ленточных шнековых прессах или дырчатых вальцах формуются сырцовые гранулы в виде цилиндров, которые при дальнейшей транспортировке или при специальной обработке окатываются, округляются.

Качество сырцовых гранул во многом определяет качество готового керамзита. Поэтому целесообразна тщательная переработка глинистого сырья и формование плотных гранул одинакового размера. Исходя из того что требуемая крупность керамзитового гравия для данного предприятия 30 мм, то гранулы формируются размерами по 6 мм (исходя из коэффициента вспучивания данного сырья).

Перерабатывающее оборудование выбирают в зависимости от физико-механических свойств глин: их влажности и дисперсности. Энергозатраты на переработку возрастают с повышением дисперсности сырья и уменьшением его влажности. Обычно формовочная влажность глин находится в пределах 18…28%.

Гранулы с влажностью примерно 20% могут сразу направляться во вращающуюся печь или, что выгоднее, предварительно подсушиваться в сушильных барабанах, в других теплообменных устройствах с использованием теплоты отходящих дымовых газов вращающийся печи. При подаче в печь подсушенных и подогретых гранул ее производительность может быть повышена.

Таким образом, производство керамзита по пластическому способу очень энергоемко, требует значительных капиталовложений. Однако переработка глинистого сырья с разрушением его естественной структуры, усреднение, гомогенизация, а также возможность улучшения его добавками позволяют увеличить коэффициент вспучивания.

3.2 Описание технологии

Сущность технологического процесса производства керамзита состоит в обжиге глиняных гранул по оптимальному режиму. Для вспучивания глиняной гранулы нужно, чтобы активное газовыделение совпало по времени с переходом глины в пиропластическое состояние. Между тем в обычных условиях газообразование при обжиге глин происходит в основном при более низких температурах, чем их пиропластическое размягчение. Например, температура диссоциации карбоната магния — до 600 °C, карбоната кальция — до 950 °C, дегидратация глинистых минералов происходит в основном при температуре до 800 °C, а выгорание органических примесей еще ранее, реакции восстановления окислов железа развиваются при температуре порядка 900 °C, тогда как в пиропластическое состояние глины переходят при температурах, как правило, выше 1100 °C.

В связи с этим при обжиге сырцовых гранул в производстве керамзита необходим быстрый подъем температуры, так как при медленном обжиге значительная часть газов выходит из глины до ее размягчения и в результате получаются сравнительно плотные маловспученные гранулы. Но чтобы быстро нагреть гранулу до температуры вспучивания, ее сначала нужно подготовить, т. е. высушить и подогреть. В данном случае интенсифицировать процесс нельзя, так как при слишком быстром нагреве в результате усадочных и температурных деформаций, а также быстрого парообразования гранулы могут потрескаться или разрушиться (взорваться).

Оптимальным считается ступенчатый режим термообработки по С. П. Онацкому: с постепенным нагревом сырцовых гранул до 200−600 °С (в зависимости от особенностей сырья) и последующим быстрым нагревом до температуры вспучивания (примерно 1200 °С).

Обжиг осуществляется во вращающихся печах, представляющих собой цилиндрические металлические барабаны диаметром до 2,5−5 м и длиной до 40−75 м, футерованные изнутри огнеупорным кирпичом. Печи устанавливаются с уклоном примерно 3% и медленно вращаются вокруг своей оси. Благодаря этому сырцовые гранулы, подаваемые в верхний конец печи, при ее вращении, постепенно передвигаются к другому концу барабана, где установлена форсунка для сжигания газообразного или жидкого топлива. Таким образом, вращающаяся печь работает по принципу противотока: сырцовые гранулы перемещаются навстречу потоку горячих газов, подогреваются и, наконец, попав в зону непосредственного воздействия огненного факела форсунки, вспучиваются. Среднее время пребывания гранул в печи — примерно 45 мин.

Чтобы обеспечить оптимальный режим термообработки, зону вспучивания печи, непосредственно примыкающую к форсунке, иногда отделяют от остальной части (зоны подготовки) кольцевым порогом. Применяют также двухбарабанные печи, в которых зоны подготовки и вспучивания представлены двумя сопряженными барабанами, вращающимися с разными скоростями.

В двухбарабанной печи удается создать оптимальный для каждого вида сырья режим термообработки. Промышленный опыт показал, что при этом улучшается качество керамзита, значительно увеличивается его выход, а также сокращается удельный расход топлива. В связи с тем, что хорошо вспучивающегося глинистого сырья для производства керамзита сравнительно мало, при использовании среднеи слабовспучивающегося сырья необходимо стремиться к оптимизации режима термообработки.

Значение характера газовой среды в производстве керамзита обусловлено происходящими при обжиге химическими реакциями. В восстановительной среде окись железа Fe₂O₃ переходит в закись FeO, что является не только одним из источников газообразования, но и важнейшим фактором перехода глины в пиропластическое состояние. Внутри гранул восстановительная среда обеспечивается за счет присутствия органических примесей или добавок, но при окислительной среде в печи (при большом избытке воздуха) органические примеси и добавки могут преждевременно выгореть. Поэтому окислительная газовая среда на стадии термоподготовки, как правило, нежелательна, хотя имеется и другая точка зрения, согласно которой целесообразно получать высокопрочный керамзитовый гравий с невспученной плотной корочкой. Такая корочка толщиной до 3 мм образуется (по предложению Северного филиала ВНИИСТ) при выгорании органических примесей в поверхностном слое гранул, обжигаемых в окислительной среде.

При производстве керамзита следует стремиться к повышению коэффициента вспучивания сырья, так как невспучивающегося или маловспучивающегося глинистого сырья для получения высокопрочного заполнителя имеется много, а хорошо вспучивающегося не хватает. С этой точки зрения наличие плотной корочки значительной толщины на керамзитовом гравии свидетельствует о недоиспользовании способности сырья к вспучиванию и уменьшении выхода продукции.

В восстановительной среде зоны вспучивания печи может произойти оплавление поверхности гранул, поэтому газовая среда здесь должна быть слабоокислительной. При этом во вспучивающихся гранулах поддерживается восстановительная среда, обеспечивающая пиропластическое состояние массы и газовыделение, а поверхность гранул не оплавляется.

Характер газовой среды косвенно, через окисное или закисное состояние железистых примесей, отражается на цвете керамзита. Красновато-бурая поверхность гранул говорит об окислительной среде (Fe₂O₃), темно-серая, почти черная окраска в изломе, — о восстановительной (FeO),

3.3 Технологические режимы работы и расчёты

Режим работы предприятия определяется технологическими особенностями производства и характеризуется количеством рабочих дней в году, количеством смен в сутки, продолжительностью смены в часах.

Производительность цеха или завода рассчитывается исходя из заданного годового объема продукции и принятого режима работы предприятия.

Производительность в сутки: 202 000 / 336 = 601,4 м³/сутки;

Производительность в смену: 601,4 / 3 = 200,4 м³/смену;

Производительность в час: 200,4 / 8 = 25,05 м³/час;

Потребность сырьевых материалов определяются исходя из готовой программы и потерь на единицу продукции.

Так как сырьем для производства керамзита является глина, то его расход будет составлять 0,34 м³ или 0,544 т на 1 т керамзита.

Ш Глина: её насыпная плотность с=1600 кг/м³

0,34 Ч 1,6 = 0,544 т;

Ш Сульфидно-дрожжевая бражка: её используют в количестве 1% от массы глины, при плотности с=0,0009 кг/ м³

0,0054Ч 0,0009 = 0,5 м³ = 0,005 л;

Ш Вода: её относительная влажность W = 18%

0,544 Ч 0,18 = 0,9 792 м³

Потребность в глине:

Ш в год: 0,34 м³ Ч 200 000 м³ Ч 1,03 = 70 040 м³/год;

Ш в сутки: 70 040 / 336 = 208,45 м³/сутки;

Ш в смену: 208,45 / 3 = 69,48 м³/смену;

Ш в час: 69,48 / 8 = 8,69 м³/час.

Потребность в сульфидно-дрожжевой бражке:

Ш в год: 0,5 м³ Ч 200 000 м³ Ч 1,03 = 1,03 м³/год;

Ш в сутки: 1,03 / 336 = 0,0031 м³/сутки;

Ш в смену: 0,0031 / 3 = 0,001 м³/смену;

Ш в час: 0,001 / 8 = 0,13 м³/час.

Потребность в воде:

Ш в год: 0,9 792 м³ Ч 206 000 м³ = 20 171,5 м³/год;

Ш в сутки: 20 171,5 / 336 = 60,03 м³/сутки;

Ш в смену: 60,06 / 3 = 20,01 м³/смену;

Ш в час: 20,01 / 8 = 2,5 м³/час.

Склады сырьевых материалов должны обеспечивать непрерывную работу предприятия.

Открытые склады для глины:

— длинна склада (штабеля):

L = Q / (h² Ч K₃), м где Q — запас материала на складе, м³

h — высота штабеля, м (3 — 4 м)

K₃ = 0,85 коэффициент заполнения склада.

L = 208,45 Ч 90 / (4² Ч 0,85) = 1379,45 м

— площадь склада:

F = (2 Ч L Ч h) / (tgб), м²

где L — длинна склада, м

h — высота штабеля, м (3 — 4 м) б — кут естественного откоса материала в штабеле (б = 40 — 45°)

F = (2Ч1379,45 Ч 4) / (tg45°) = 110 356 м²

Силосные склады готового керамзита.

Q = C Ч n, м³

где С — среднесуточный расход материала, м³

n — количество расчетных суток запаса материала, м³

Q = 601,4 Ч 10 = 6014 м³

6014 Ч с_зап = 6014 Ч 0,45 = 2706,3 т Фракции керамзитового щебня:

— до 5 мм — 10% от 2706,3 т = 270,63 т — 3 силос на 100 т;

— 5 -10 мм — 35% от 2706,3 т = 947,205 т — 2 силос на 500 т;

— 10 — 20 мм — 35% от 2706,3 т = 947,205 т — 2 силос на 500 т;

— 20 — 40 мм — 20% от 2706,3 т = 541,26 т — 1 силос на 500 т и 1 силос на 50 т.

На складе всего хранится 9 силосов с керамзитовым гравием.

3.4 Выбор и характеристика основного технологического оборудования

Подбор необходимых машин и механизмов рекомендуется производить с учётом последовательности установки их в технологическом процессе от подачи сырья до выдачи готовой продукции.

3.5 Контроль производства

ГОСТ 9759–83 предусматривает следующие фракции керамзитового гравия по крупности зерен: 5… 10, 10…20 и 20…40 мм. В каждой фракции допускается до 10% более мелких и до 10% более крупных зерен по сравнению с номинальными размерами. Из-за невысокой эффективности грохочения материала в барабанных грохотах трудно добиться более тщательного разделения керамзита на фракции.

По насыпной плотности керамзитовый гравий подразделяется на 8 марок: М250…600, причем к М250 относится керамзитовый гравий с насыпной плотностью до 250 кг/м³, к М300 — до 300 кг/м³ и т. д. Насыпную плотность определяют по фракциям в мерных сосудах. Чем крупнее фракция керамзитового гравия, тем, как правило, меньше насыпная плотность, поскольку крупные фракции содержат наиболее вспученные гранулы.

Для каждой марки по насыпной плотности стандарт устанавливает требования к прочности керамзитового гравия при сдавливали в цилиндре. По заказам потребителей для приготовления конструкционных легких бетонов стандарт допускает выпуск керамзитового гравия также М700 и 800 с прочностью при сдавливании в цилиндре соответственно не менее 3,3 и 4,5 МПа.

Как указывалось выше, испытание керамзитового гравия в цилиндре дает лишь условную относительную характеристику его прочности, причем сильно заниженную. С. М. Ицкович впервые указал на это в 1962 г. и установил, что действительная прочность керамзита, определенная при испытании в бетоне, в 4…5 раз превышает стандартную характеристику. К такому же выводу на основе опытных данных пришли В. Г. Довжик, В. А. Дорф и другие исследователи.

Стандартная методика предусматривает свободную засыпку керамзитового гравия в цилиндр и затем сдавливание его уменьшением первоначального объема на 20%. Под действием загрузки прежде всего происходит уплотнение гравия за счет некоторого смещения зерен и их более компактной укладки. Основываясь на опытных данных, можно полагать, что за счет более плотной укладки керамзитового гравия достигается уменьшение объема свободной засыпки в среднем на 7%. Следовательно, остальные 13% уменьшения объема приходятся на смятие зерен. Если первоначальная высота зерна D, то после смятия она уменьшается на 13%, т. е. 2f = 0,13D, f = 0,065 D

С другой стороны, стрела шарового сегмента

f = (D — vD² — d²) / 2,

где d — диаметр круга снятия.

Приравняв два выражения f, получим d = 0,49 D. Площадь контакта, образовавшегося в результате смятия смежных зерен, рd² / 4 = 0,19D²

Один такой контакт приходится на площадь элементарной ячейки, которая при компактной укладке шаровидных зерен равна 0,865 D². Площадь элементарной ячейки больше площади контакта смятия в 0,865:0,19=4,5 раза. Во столько же раз вся площадь стандартного цилиндра (177 см²) больше суммарной площади контактов, через которые керамзитовый гравий в действительности воспринимает сжимающую нагрузку. Последняя составляет около 40 см². Поэтому, разделив, согласно стандарту, сжимающую нагрузку на площадь 177 см², мы занизим предел прочности керамзита в среднем примерно в 4,5 раза.

Из этих соображений в ГОСТ 9757–83 «Заполнители пористые неорганические для легких бетонов. Общие технические условия» предусмотрена маркировка пористых заполнителей не только по насыпной плотности, но и по прочности, причем для керамзита и подобного ему пористого гравия числа, определяющие марку по прочности, в среднем в 4,5 раза превышают показатели прочности, полученные при испытании сдавливанием в цилиндре.

Для быстрого определения прочности отдельных зерен керамзитового гравия разработан метод испытания их гидростатическим давлением в жидкости (масле).

Для ориентировочной оценки прочности керамзита можно воспользоваться также расчетными формулами, устанавливающими связь между пределом прочности и плотностью материала.

В зависимости от особенностей сырья и технологии производства действительная прочность керамзита может отличаться от расчетной, но предварительная ориентировочная ее оценка все же дает представление о возможности и целесообразности использования данного керамзита для получения бетона требуемых классов по прочности. Приведенные числовые значения расчетной прочности керамзитового гравия показывают, что этот пористый заполнитель может быть достаточно прочным и пригодным для высокопрочных легких конструкционных бетонов, несмотря на низкие показатели прочности при стандартном испытании.

Зерна керамзитового гравия могут иметь шарообразную или вытянутую форму, что зависит от формы сырцовых гранул. По стандарту среднее значение коэффициента формы должно быть не более 1,5, зерна с коэффициентом формы более 2,5 в керамзитовом гравии высшей категории качества не допускаются, а в керамзитовом гравии первой категории качества таких зерен допускается не более 15% по массе.

Содержание расколотых зерен в керамзитовом гравии допускается не более 10…15% по массе в зависимости от категории качества.

Керамзитовый гравий должен выдерживать не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии с потерей массы данной фракции не более 8%.

При испытании кипячением потеря массы не должна превышать 5%. Таким испытанием выявляется наличие опасных известковых включений — «дутиков».

Ограничивается водопоглощение (не более 20… 30% по массе за 1 ч в зависимости от марки), содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений. Эти и другие требования стандарта обеспечивают стойкость и долговечность керамзита, а также легких бетонов на его основе.

4. Потребность в энергоресурсах

К энергетическим ресурсам относят топливо, пар, электроэнергию, сжатый воздух, воду, используемые для выполнения технологических операций.

керамзитовый производство гравий технология

1. Ицкович С. Л., Баженов Ю. П и др. Заполнители для бетона. — М.: Высшая школа, 1991.

2. Методичні вказівки до курсової роботи з дисципліни «Технологія заповнювачів бетону» для студентів спеціальності 7.92 104/ Укладачі: Єрьоменко В.О., Сторчай Н. С. — Дніпропетровськ: ПДАБА, 2008. — 24 с.