Основные процессы в технологии строительных материалов
Оценка качества материалов
Качество материалов оценивают совокупностью числовых показателей технических свойств, которые были получены при испытаниях соответствующих образцов. Существуют стандарты, устанавливающие для большинства материалов и изделий обязательные методы испытаний.
На продукцию, имеющую межотраслевое значение разрабатываются Государственные стандарты (ГОСТы) РФ. Они содержат требования к безопасности этой продукции для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества, а также пожарной безопасности. Кроме того в них приводятся основные показатели и методы контроля качественных характеристик материала. Нередко в ГОСТе сообщается классификация материала по одному или нескольким признакам. Указываются конкретные числовые значения свойств с маркировкой выпускаемой продукции, правила приемки и хранения материала, допуски и посадки изделий.
Кроме государственных имеются стандарты отраслевые разрабатываемые министерствами на свою продукцию – материалы или сырье сравнительно ограниченного ассортимента и применения. Существуют стандарты на строительные материала, выпускаемые отдельными предприятиями, которые обязательны для предприятия при доставке продукции по договору. Стандарты (ГОСТы) периодически обновляются на основе последних достижений науки, техники технологии. Они имеют силу закона, т.е. их категорически запрещено нарушать. Они не являются объектом авторского права.
Большинство строительных материалов, применяемых для несущих конструкций и работающих под влиянием статических или динамических нагрузок, маркируют с учетом их реальных прочностных показателей. Для теплоизоляционных, гидроизоляционных, акустических и некоторых других материалов принимают с целью маркировки не прочностные, а другие физические свойства – теплопроводность, водонепроницаемость, морозостойкость, среднюю плотность и п.т.
При окончательном выборе материла для строительного объекта большую роль играет экономический показатель. При одинаковом качестве стремятся выбрать материал самый дешевый и доступный по его запасам в регионе строительства, особенно если он местный, но с учетом конечно транспортных расходов, а также вероятной эксплуатационной стойкости (долговечности) в конструкциях.
Удовлетворение всех необходимых технических требований, отмеченных ранее, является обязательным условием выхода строительного материала хорошего качества.
Теоретическая технология
Технология – наука о процессах и способах переработки используемых сырьевых продуктов. Химическая технология – наука о методах и процессах химической переработки сырья в строительные материалы и изделия. Основными элементами технологий являются сырье, энергия и аппаратура (оборудование).
Сырьем служат исходные вещества или смеси различных веществ (состоящие из двух или большего количества компонентов) которые поступают в химическую переработку для получения определенной разновидности строительного материала. Чаще для этих целей используют природное сырье (в основном неорганическое).
Неорганическое сырье разделяют на неметаллическое (горные породы и породообразующие минералы, особенно оксиды, силикаты, карбонаты и другие сравнительно однородные по составу и свойствам вещества) и металлическое.
Из органических природных видов сырья – каменные и бурые угли, нефть, растительные вещества, торф и другие, как правило неоднородные по составу и с содержанием различных соединений углерода вещества.
В качестве сырья используют и побочные продукты от других производств: шлаки металлургического процесса, золы от сжигания каменного угля и кокса, горелые породы, отходы горно-обогатительных комбинатов, древесную стружку и опилки и др.
Сырьевые природные продукты и техногенное сырье используют в производстве строительных материалов и изделий после их предварительной подготовки.
Основные процессы в технологии строительных материалов
При изготовлении строительных материалов и изделий сырье подвергают комплексу механических, химических, физико-химических, тепловых и других воздействий. В результате реализации и определенной последовательности этих технологический воздействий сырье либо изменяет только форму и размеры частиц вещества (получает большую однородность и очищается от загрязнений), либо претерпевает существенные изменения состава, внутреннего строения и качественных характеристик.
Каждая разновидность строительных материалов и изделий нуждается в специфической технологии. При большом разнообразии специфических технологий они содержат и ряд типичных операций (переделов). Это связано с тем, что в их основе лежат одинаковые физические или физико-химические зависимости, сходные кинематические схемы действия оборудования и машинного парка, общие методы использования тепловой или иного вида энергии.
К типичным операциям, предопределяющим процессы структурообразования у материалов и изделий, относятся:
- основные – подготовительные работы, перемешивание отдозированных сырьевых компонентов, формирование получаемой смеси (массы) и уплотнение отформованных изделий, специальная обработка уплотненных изделий до полного их отвердевания, технический контроль качества готовой продукции;
- вспомогательные – контроль за кондицией технического регламента, транспортирование сырья и перемешанной смеси (массы), перемещение готовых изделий, складирование сырья и готовой продукции, хранение материалов на складах.
В некоторых технологиях могут отсутствовать отдельные операции или по технологической схеме их продолжительность равна нулю.
Подготовительные работы
К подготовительным работам относится комплекс операций, сопутствующих практически всем технологиям. Их основное назначение – придать сырью технологическое состояние, удобное и эффективное при прохождении сырья по последовательному циклу операций с образованием готовой продукции.
В зависимости от разновидности сырья подготовительные операции заключаются в
- измельчении, помоле, распушке и других способах перевода сырья в тонкодисперстное состояние;
- фракционировании, просеве, промывке и других методах очищения поверхности частиц и разделения их на отдельные группы (фракции) по гранулометрическому (зерновому) составу;
- увлажнении или обезвоживании(сушке) сырья;
- нагревании, обжиге и охлаждении сырья перед употреблением в смесях;
- обогащении, т.е. повышении однородности сырья по массе, прочности и другим качественным показателям, что нередко совмещается с физико-химической обработкой с целью дополнительного повышения активности поверхности частиц или изменения ее полярности, поверхностного натяжения и т.п.
Измельчение и помол –наиболее распространенные подготовительные операции. Уменьшение размеров частиц грубозернистых сырьевых материалов вызывается необходимостью: обеспечить определенное соответствие между размерами частиц смеси и конструктивными элементами изделий; облегчить технологические операции на стадии приготовления смеси; повысить плотность и однородность дробленого материала; увеличить удельную поверхность порошкообразного вещества после помола исходного материала.
Операцию измельчения нередко совмещают с разделением продукта помола по крупности частиц просеиванием или сепарацией. Эта операция называется разделением сырья по фракциям.
Другой операцией является промывказернистых фракционных материалов – песка, дробленого камня (щебня), гравия с целью уменьшения количества пыли и глины в смеси. Материала промывают чистой водой или с добавлением химических веществ. Но имеются и сухие способы очищения зернистых сырьевых материалов, что предохраняет их от смерзания в зимний период работ, например колориметрические, рентгеносепарационные и др.
Весьма важная роль в подготовительный период отводится тепловому воздействиюна сырьевой материал, чтобы его просушить, нагреть до необходимой температуры и даже подвергнуть кратковременному обжигу с целью, например частичной или полной его дигидротации, аморфизации, укрепления частиц для понижения пластичности (глины).
Процесс сушки назначают с учетом особенностей исходного сырья как многокомпонентной системы, состоящей из вещества, слагающего сырьевой материал, влаги, воздуха и паров воды.
Нагревание материала, выпаривание из него влаги или растворителя, оказавшегося в нем, а также последующее охлаждение и другие тепловые процессы протекают в соответствии с законами теплоотдачи.
На стадии подготовительных работ производят нередко также физико-химическуюили химическую обработкусырьевых материалов. Она повышает активность подготавливаемых компонентов смеси, облегчает и ускоряет основную технологическую операцию. Благоприятствует получению ИСК более плотного и прочного, лучшего по другим качественных характеристикам. Такая обработка заключается обычно, в добавлении в смесь специальных веществ, имеющих различные и комплексные функции, - уплотняющие, минерализующие, порообразующие и т.п. она может быть совмещена с механической обработкой, например путем помола сырья в смеси с добавкой.
Подготовленные сырьевые материалы транспортируют к местам временного накопления для последующих операций (дозирование и перемешивание). Пр прогрессивной технологии транспортирование является не только перемещением, но используется также как дополнительный фактор, положительно влияющий на структурообразовательный процесс.
На качество смеси изготавливаемого строительного материала может сильно влиять точность дозирования. Если под влиянием внешних или внутренних причин нарушается точность дозирования (автоматического отвешивания или объемного отмеривания), то в процессе перемешивания возможно снижение качества получаемой смеси (массы) и готового материала (изделия).