Содержание

1. Теоретические основы твердения гипсовых вяжущих веществ

1.1 Твердение неводостойких гипсовых вяжущих веществ

1.2 Твердение водостойких гипсовых вяжущих веществ

1.3 Особенности твердения гипсовых вяжущих из гипсосодержащих отходов

2. Технологический процесс производства асбестоцементных изделий

2.1 Характеристика получаемой продукции

2.2 Характеристика используемого сырья

2.3 Характеристика технологии производства асбестоцементных изделий

Список используемой литературы

1. Теоретические основы твердения гипсовых вяжущих веществ

1.1 Твердение неводостойких гипсовых вяжущих веществ

В основе механизма схватывания и твердения полуводного сульфата кальция лежит, в общем случае, процесс перехода его при взаимодействии с водой в двугидрат по схеме CaSO4·0,5Н2О + 1,5Н2О = CaSO4·2H2O с выделением теплоты. Этот процесс протекает на воздухе и сопровождается отвердеванием гипсового теста и превращением его в плотную камнеподобную массу.

По теории А. Ле Шателье (1887) при смешении с водой полугидрат сульфата кальция растворяется с образованием насыщенного водного раствора. В растворе он взаимодействует с водой и переходит в двугидрат.

Так как растворимость полугидрата в воде, в пересчете на CaSO4, составляет около 8 г/л, а двугидрата - 2 г/л, то раствор становится пересыщенным по отношению к двугидрату. Поэтому в жидкой фазе возникают условия для образования зародышей кристаллов двугидрата и выпадения их из раствора. Это вызывает уменьшение концентрации полугидрата в жидкой фазе и создает условия для растворения новых порций этого вещества и образования пересыщенного раствора CaSO4·2H2O. Кристаллы двугидрата растут, переплетаются, срастаются, обусловливая схватывание и твердение смеси. Нарушение структуры твердеющего вяжущего после начала схватывания приводит к резкому снижению его прочности.

В. Михаэлис (1892) полагал, что в результате проникновения молекул воды в поверхностный слой частиц вяжущего вещества образуется коллоидная масса из мельчайших частиц гидрата, а сам процесс происходит топохимически. Выделяющийся в коллоидном состоянии двугидрат затем переходит в кристаллическую форму. При этом потеря подвижности и начало схватывания гипсовой смеси вызываются образованием большого количества кристаллов двугидрата и трением, возникающим при их соприкосновении. Эта теория называется коллоидальной.

По теории А.А. Байкова (1923) твердение полугидрата сульфата кальция (также как и других вяжущих) происходит в три периода: растворение полугидрата в воде и образование его насыщенного раствора; взаимодействие воды с полугидратом с прямым присоединением ее к твердому веществу, что приводит к возникновению двугидрата в виде

высокодисперсных кристаллических частичек и образованию коллоидной массы в виде геля и сопровождается схватыванием массы; перекристаллизация тонкодисперсных частичек двугидрата с образованием более крупных кристаллов, что обеспечивает твердение и рост прочности.

Гидратация основной массы гипсового вяжущего и кристаллизация двугидрата заканчиваются практически одновременно (через 20–40 мин после затворения). К этому же времени достигается и максимальная прочность системы во влажном состоянии. При этом прочность затвердевшего вяжущего по мере высыхания значительно возрастает, что объясняется уже не дальнейшими процессами гидратации, а удалением воды. Из водного раствора при этом выделяется двугидрат, способствующий упрочнению контактов между кристаллическими сростками. При полном высыхании рост прочности прекращается. Нарастание прочности можно ускорить путем сушки. Во избежание процесса дегидратации температура сушки не должна превышать 65 °С.

В последующие годы эти теории получили дальнейшее развитие в трудах многих ученых (П.П. Будников, А.В. Волженский, И.П. Выродов, В.А. Лащенко, А.Ф. Полак, В.Б. Ратинов, П.А. Ребиндер, Е.Е. Сегалова, Е. Эйпельтауэр и др.). Особого внимания заслуживает гипотеза, по которой механизм образования гидратных соединений в реальных условиях протекает по смешанной схеме, т.е. одновременно, по схеме А. Ле Шателье (с растворением части вещества в воде, с последующей гидратацией его и переходом в осадок гидрата) и топохимически, т.е. по схемам В. Михаэлиса и А.А. Байкова, (с прямым присоединением воды к твердой фазе).

При этом предпосылок к прямому присоединению воды тем больше, чем реакционноспособнее вяжущее при взаимодействии с водой, чем больше внешняя и внутренняя поверхность его частиц, чем меньше воды в смеси с вяжущим и чем выше температура смеси. Такие же или похожие мнения высказывают П.Ф. Рынди, М.А. Сорочкин, А.Ф. Щуров, а также В. Кронерт и П. Хауберт.

Процесс схватывания и твердения нерастворимого ангидрита, являющегося основным компонентом низкообжигового ангидритового вяжущего (ангидритового цемента) и высокообжигового ангидритового вяжущего - эстрих-гипса, имеет свои особенности.

Твердение ангидритового вяжущего происходит в присутствии сульфатных или щелочных активизаторов: растворимых сульфатов некоторых металлов -

Na2SO4, NaHSO4, K2SO4, Al2(SO4)3, FeSO4 и др.; извести – 3–5 %; обоженного доломита – 3–8 %; основного гранулированного доменного шлака – 10–15 %.

Твердение этого вяжущего (по П.П. Будникову) обусловлено образованием под воздействием активизаторов комплексной соли, включающей ангидрит, которая впоследствии распадается с образованием двугидрата. При твердении ангидритовое вяжущее в объеме не увеличивается и гидравлические свойства не проявляет. После предварительного твердения во влажной среде ангидритовое вяжущее продолжает набирать прочность в воздушно-сухих условиях.

Твердение высокообжигового вяжущего также обусловлено образованием двуводного гипса из безводного сернокислого кальция. Скорость гидратации резко возрастает в щелочной среде, возникающей при растворении в воде оксида кальция, а также в присутствии полуводного сульфата кальция и сульфатов калия и натрия.

Ангидритовые и высокообжиговые вяжущие не являются быстросхватывающимися и быстротвердеющими. Начало и конец схватывания этих вяжущих соответственно равны 0,5 и 24 ч, а так же 2 и 12–36 ч.

1.2 Твердение водостойких гипсовых вяжущих веществ

Твердение гипсоцементно-пуццолановых и гипсоцементношлако-пуццолановых, а также композиционных гипсовых вяжущих - результат сложных физико-химических процессов, приводящих к образованию новых гидратных веществ (по сравнению с гипсовым вяжущим), обусловливающих основные свойства вяжущих и приближающих их к портландцементу.

В основе твердения гипсоцементно-пуццолановых и гипсоцементно-шлако-пуццолановых вяжущих по теории А.В. Волженского лежит принцип перевода высокоосновных гидроалюминатов (ферритов) кальция в твердеющей смеси гипсовых вяжущих с портландцементом в низкоосновные с помощью кислых активных минеральных добавок (известных в литературе также под названием «пуццолановых» или «гидравлических») и создания условий для образования и существования эттрингита.

При затворении водой происходит гидратация полуводного гипсового вяжущего и схватывание, а выделяющиеся кристаллы двугидрата создают каркас первоначальной структуры. Одновременно начинается гидратация

минералов цементного клинкера, сопровождающаяся выделением свободного оксида кальция. Активная минеральная добавка (трепел, опока и т.д.), обязательно присутствующая в этих вяжущих, регулирует щелочность среды.

Связывание этими добавками гидроксида кальция приводит к снижению концентрации Са(ОН)2 в жидкой фазе до такого уровня, при котором высокоосновные гидроалюминаты кальция (4СаО·Аl2О3·13Н2О и 3СаО·Аl2О3·6Н2О) становятся нестабильными и создаются предпосылки к переходу их в более устойчивые низкоосновные.

Это способствует быстрому связыванию глинозема в скрытокристаллический гидросуль-фоалюминат кальция трехсульфатной формы в начальной стадии твердения. В последующем же она постепенно, частично или полностью переходит в односульфатную форму - 3СаО·Al2O3·CaSO4·12H2O. Параллельно идет также образование двуводного гипса и возможно гидрогеленита -2СаО·А12О3·SiO2·8Н2О, гидрогранатов - 3СаО·Аl2О3 ·хSiO2·(6-2х)Н2О и гидросиликоалюминатов - 3СаО·Al2О3·CaSiО3·12H20 и их твердых растворов, не опасных для устойчивости затвердевших вяжущих.

Силикаты кальция цемента (алит и белит) частично гидролизуются и, гидратируясь, дают гелевидные гидросиликаты кальция со средним составом СаО·SiO2·nН2О. Такие же гидросиликаты кальция возникают в результате взвимодействия гидроксида кальция с активной минеральной добавкой. Образующиеся новообразования являются связкой, цементирующей крупные кристаллы двугидрата, которые образуются на первой стадии твердения и защищают их от растворения водой. Благодаря этому водостойкость гипсоцементно-пуццолановых и гипсо-цементно-шлако-пуццолановых вяжущих намного выше водостойкости гипсовых вяжущих.

Взаимодействие гипсоцементно-пуццолановых и гипсоцементношлако-пуццолановых вяжущих с водой сопровождается непрерывным уменьшением абсолютного объема системы «вяжущее-вода» и увеличением твердой фазы за счет новообразований. Этому способствует увеличение химически связанной воды и уменьшение плотности (удельной массы) затвердевшего вяжущего. Одновременно увеличивается степень гидратации вяжущего.

В первые 3 ч в результате интенсивной гидратации полуводного сульфата кальция и его схватывания происходит быстрый рост прочности, достигающей 30–40 % марочной. Она выше у образцов из вяжущих, в составе которых больше гипсового вяжущего. В дальнейшем прочность

начинает определяться степенью гидратации клинкерных минералов и количеством получающихся новообразований. Этот период характеризуется меньшим ростом прочности. В результате формирования субмикрокристаллического цементирующего вещества из гидросиликатов кальция и комплексных глиноземсодержащих фаз прочность образцов к 28 сут. существенно возрастает. В этот период она выше у образцов, изготовленных из вяжущего, в составе которого больше портландцемента с пуццоланой. В дальнейшем прочность продолжает расти уже замедленным темпом, так как интенсивность взаимодействия вяжущего с водой уменьшается из-за затухания процесса гидратации.

Таким образом, нарастание прочности в процессе твердения вяжущих определяется составом вяжущих и идет параллельно изменению их микроструктуры и фазового состава новообразований.

В связи с тем, что решающее влияние на устойчивость гипсоцементно-пуццолановых и гипсоцементношлако-пуццолановых вяжущих при твердении оказывает активность и содержание пуццолановой добавки, очень важно ее строгое дозирование. Для этого разработаны специальные методы, по которым можно определять концентрацию оксида кальция в водной суспензии гипсового вяжущего, портландцемента и пуццолановой добавки. При этом концентрация оксида кальция должна быть не выше 1,1 г/л и ниже 0,85 г/л соответственно через 5 и 7 сут. В Германии для этих целей рекомендуется методика, предложенная в TGL 28104/01.

Исследования А.В. Ферронской показали, что использование в гипсоцементно-пуццолановых и гипсоцементношлако-пуццолановых вяжущих различных модификаций сульфата кальция не вносит существенного изменения в характер новообразований, но влияет на скорость гидратации вяжущих и условия кристаллизации новообразований, что, в конечном счете, отражается на характере структуры затвердевших вяжущих. Это принципиальное положение лежит в основе получения гипсоцементно-пуццолановых и гипсоцементношлако-пуццолановых вяжущих повышенной прочности и долговечности.

Используя высокопрочное гипсовое или ангидритовое вяжущее вместо строительного гипса, можно получить быстротвердеющие водостойкие гипсовые вяжущие повышенной прочности 30,0–40,0 МПа и более. Прочность их, хотя и в меньшей степени, зависит от активности применяемого для их производства портландцемента. При использовании

портландцементов высоких марок можно дополнительно повысить прочность этих вяжущих в среднем на 15–25 %.

Процесс твердения вяжущих можно ускорить путем тепловой обработки при температуре не более 80 °С. Прочность после пропаривания достигает 70–90 % марочной прочности. Однако абсолютные значения прочности у пропаренных образцов меньше по сравнению с образцами, твердевшими на воздухе.

Что касается твердения композиционных гипсовых вяжущих веществ, то по данным А.В. Ферронской и В.Ф. Коровякова оно принципиально не отличается от твердения гипсоцементно-пуццолановых и гипсоцементно-шлако-пуццолановых вяжущих. Особенность же их твердения обусловлена тем, что использование механо-химической активации компонентов этих вяжущих влияет на повышение скорости и степени гидратации присутствующего в этих вяжущих портландцемента, повышение реакционной способности, прежде всего, трехкальциевого алюмината портландцемента, что способствует быстрому образованию эттрингита в начальный период твердения. В дальнейшем устраняются условия его образования и накопления, благодаря связыванию гидроксида кальция активированным кремнеземом и уменьшению количества алюминатных составляющих за счет ускоренной гидратации активированного портландцемента. Это способствует образованию нового типа структуры, обеспечивающей гидравличность и более высокие показатели свойств композиционных гипсовых вяжущих по сравнению с гипсоцементно-пуццолановыми и гипсо-цементно-шлако-пуццолановыми вяжущими.

1.3 Особенности твердения гипсовых вяжущих из гипсосодержащих отходов

Гипсовые вяжущие, полученные из гипсосодержащих отходов различных отраслей промышленности, содержат в своем составе как исходное гипсосодержащее сырье, так и неорганические и органические примеси (растворимые и малорастворимые).

Эти примеси по-разному влияют на сроки схватывания и процесс твердения вяжущих, полученных из гипсосодержащих отходов.

При этом несвязанные фосфорная кислота и фосфаты замедляют схватывание и процесс гидратации полученных из фосфогипса фосфогипсовых вяжущих. По замедляющему эффекту примеси можно расположить, используя теорию Р.Э. Симановской, следующим образом:

Na3PO4 > CaRO3 > NaHPO4 > NaH2PO4 > H3PO4. Замедляющее действие на сроки схватывания и процесс гидратации оказывают и редкоземельные элементы.

Что касается процесса твердения фосфогипсовых вяжущих, то, в соответствии с теорией П.Ф. Гордашевского, процесс гидратации и кристаллизации протекает иначе, чем у гипсовых вяжущих, полученных из природного гипса. При твердении фосфогипсовых вяжущих основная масса кристаллов двугидрата кальция образуется не в пространстве, окружающем материнское вещество, а внутри его, заполняя образовавшиеся там полости в результате дегидратации. Это является одной из причин более низкой прочности фосфогипсового вяжущего.

По данным Ю.Г. Мещерякова борная кислота, присутствующая в борогипсе, также как и органические коллоидные вещества адсорбированные на поверхности кристаллов гидролизного гипса, замедляют схватывание и процесс гидратации полугидратов.

Органические примеси (ацетон, метанол, ароматические углеводороды), имеющиеся в составе витаминного гипса, по данным С.А. Погорелова, также влияют на процесс гидратации полученного из него вяжущего, замедляя сроки схватывания и процесс гидратации вяжущего.

Гипсосодержащим продуктом производства калийных удобрений из полигалита является ангидритовое вяжущее вещество. Содержащиеся в нем примеси, наоборот, ускоряют процесс схватывания и гидратации.

Процесс твердения гипсовых вяжущих (водостойких и неводостойких) из гипсосодержащих отходов с учетом изложенных выше особенностей в основном схож с процессом твердения гипсовых вяжущих (неводостойких и водостойких) из природного сырья.

Структура затвердевших гипсовых вяжущих веществ и ее влияние на прочность, деформативность, долговечность

Во многих работах, в частности П.П. Будникова, П.А. Ребиндера, Е.Е. Сегаловой и др., указывается, что образование структуры твердеющего гипсового вяжущего протекает в две стадии. На первой стадии формируется каркас кристаллизационной структуры с возникновением контактов срастания между кристалликами новообразований, а на второй - новые кристаллизационные контакты не возникают, а происходит обрастание уже имеющегося каркаса, т.е. рост составляющих его кристалликов. При этом,

происходит как рост прочности структуры, так и уменьшение ее за счет появления внутренних растягивающих напряжений, возникающих в результате направленного роста кристаллов.

Конечная прочность структуры в значительной степени определяется величиной и кинетикой пресыщения в жидкой фазе твердеющей суспензии, что зависит от растворимости исходного вяжущего и суммарной скорости его растворения. Чем более благоприятные условия создаются для роста кристаллов, тем больше напряжения, снижающие прочность структуры. Наоборот, чем более благоприятны условия для возникновения новых зародышей кристалликов и контактов между ними, тем меньше напряжение. Первое возможно при меньшем пресыщении и суммарной скорости реакции, а второе - при высоком пресыщении и большей скорости растворения. Однако следует отметить, что слишком большое измельчение кристалликов, составляющих структуру, приводит также к снижению ее прочности. Поэтому считают, что для достижения наибольшей прочности структуры необходимы оптимальные условия гидратации, обеспечивающие возникновение кристаллов новообразований достаточной величины при минимальных напряжениях, сопровождающих формирование и развитие кристаллизационной структуры.

2. Технологический процесс производства асбестоцементных изделий.

2.1. Характеристика получаемой продукции.

Асбестоцементная промышленность выпускает листовые изделия -- волнистые и плоские листы, в том числе цветные; трубы и муфты; электроизоляционные доски; цементные плиты; вентиляционные короба.

Волнистые листы выпускают следующих типов: ВО – обыкновенного профиля; ВУ – усиленного профиля; УВ – унифицированного профиля; СВ – среднего профиля; СЕ – среднеевропейского профиля.

Листы ВО имеют шестиволновый профиль. Размеры листов 1200х686 мм толщина 5,5 мм, шаг волны 115 мм, высота волны 28 мм. Масса одного листа 9,8 кг. Эти листы применяют для покрытия кровель жилых и гражданских заданий; детали (коньковые) к ним предназначаются для укладки в местах пересечений скатов кровель.

Листы усиленного профиля ВУ предназначены для устройства бесчердачных кровель (ВУ-К) и стеновых ограждений (ВУ-С) промышленных зданий и сооружений. Кровельные листы выпускают длиной 1750, 2000, 2300 и 2800 мм, стеновые листы имеют длину 2500 мм.

Листы унифицированного профиля УВ выпускают толщиной 6 мм для жилищного и гражданского строительства и 7,5 мм для промышленного и сельскохозяйственного, для устройства кровель и стен. Листы УВ применяют для чердачных кровель, жилых и общественных зданий. Листы УВ применяют также для устройства утепленных покрытий производственных помещений.

Листы среднего профиля СВ изготавливают длиной 1750-2500 мм. Листы 1750 и 2000 мм предназначены для кровельных покрытий жилых и гражданских зданий, а также для покрытий зданий сельскохозяйственного производственного назначения, 2500 мм – для устройства селеновых ограждений промышленных зданий.

Листы среднеевропейского профиля СЕ имеют шаг волны 177 мм и высоту волны 51 мм. Длина листов 1750, 2000, 2500 мм. Используют их и как правильные, и как стеновые материалы.

Плоские прессованные и непрессованные листы выпускают размером от 700х900 до 3600х1500 мм. Пресcованные листы имеют более высокие объемную массу и механическую прочность. Это обеспечивает снижение водопоглащения и коробления листов, что очень важно при использовании листов в качестве облицовочных. Плоские не преcсованные листы размером 1200х800 мм применяют в неответственных сооружениях и для обшивки балконных ограждений.

Плоские прессованные листы служат для внутренней и наружной облицовки помещений, изготовления санитарно-технических кабин.

Напорные трубы выпускают на давление 6, 9, 12 и 15 кгс/см2

диаметром от 100 до 500 мм. По отдельным заказам изготавливают трубы диаметром до 1000 мм. Длина труб 3, 4, 5 и 6 м. Асбестоцементные напорные трубы применяют для напорных водопроводов на различные давления. Известно применение асбестоцементных труб для транспортирования газа, различных жидкостей и для дымоходов.

Безнапорные трубы выпускают диаметром 100-400 мм и длиной 3-4 м. Трубы должны выдерживать испытание давлением 4 кгс/см2. Безнапорные трубы применяют при прокладке самотечных канализационных коллекторов, в сельском хозяйстве при мелиоративных работах и для кабельной канализации, особенно при прокладке телефонных кабелей.

Для соединения труб применяют различные виды соединительных муфт: Сшинлекс, Жибо и самоуплотняющаяся асбестоцементная муфта (САМ) и др.

Основные свойства листовых асбестоцементных изделий оценивают комплексом таких показателей, как плотность, статистическая и ударная прочность, морозостойкость, температурно-влажностные деформации и коробление, а также несущая способность. Свойства асбестоцементных труб характеризуются прочностью на разрыв, раздавливание и изгиб, водонепроницаемостью и газонепроницаемостью, а также коррозионной стойкостью при воздействии агрессивных сред, встречающихся в раде грунтов.

Затвердевший асбестоцемент состоит из нескольких компонентов, отличающихся по плотности: зерен цементного клинкера, гидротированных с поверхности; цементного камня; волокон асбеста; частиц асбестосодержащей породы в виде пыли гали. Плотность асбестоцемента будет зависеть о плотности и относительного содержания указанных компонентов. Величина плотности асбестоцемента со степенью вяжущего. Кроме гидратации цемента увеличение массы асбестоцемента во времени вызывает карбонизация имеющейся в твердеющем цементном камне извести за счет присоединения углекислого газа и воздуха. Плотность асбестоцемента зависит от величины пористости.

Пористость асбестоцемента составляет для непрессованных листовых изделий 35-40%, а для прессованных – 25-30%. Наличием пористости объясняется способность асбестоцемента впитывать значительное количество влаги, которая характеризуется величиной водопоглащения.

Статическую прочность асбестоцементных изделий оценивают пределом прочности при изгибе (Rизг) в кгс/см2. Волнистые листы ВО имеют предел прочности не менее 160 кгс/см2 , УВ и СВ-40 – 160-190

кгс/см2 , плоские листы – 180-230 кгс/см2, доски АЦЭИД – 350-500 кгс/см2.

Сопротивление трубы внутреннему давлению на стенке от жидкости и газа характеризуется пределом прочности при разрыве (Rразр). Трубы, предназначены для работы под давлением, должны обладать пределом прочности при разрыве не менее 225 кгс/см2, безнапорные трубы – 160-180 кгс/см2.

Несущая способность – величина нагрузки, которую должно выдерживать асбестоцементное изделие без разрешения.

Ударная прочность (или ударная вязкость) – это показатель, характеризующий хрупкость материала и оценивающийся количеством работы, которую нужно затратить на разрушение материала. У асбестоцемента этот показатель находится в пределах от 1,5-2 до 4-5 кгс/см2.

Морозостойкость – это способность насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без разрушения и потери им прочности. [4] Как показали исследования И. И. Бернея, Г. С. Блоха и др., прочность асбестоцемента после замораживания в среднем снижается на 10% при средней плотности 1,57 г/см3 через 25 циклов, 1,65 г/см3 – через 50 циклов, 1,8 г/см3 – через 100 циклов. [5, 71]

Величина коробления снижается с ростом плотности, толщины изделия, увеличения содержания в нем асбеста. Абсолютные значения стрелы коробления в зависимости от указанных факторов колеблются от 0,125 до 0,52 мм.

Влажностные деформации, при которых затвердевший асбестоцемент при увлажнении набухает, а при высушивании – дает усадку, существенно снижаются с ростом плотности асбестоцемента.

Водо- и газонепроницаемость характеризует способность материала пропускать через себя под давлением газ и воду. Поскольку напорные асбестоцементные трубы предназначены для транспортирования воды и газа, они должны в достаточной степени быть водо- и газонепроницаемыми. Оба показателя в значительной мере зависят от плотности трубы, асбестоцементные трубы объемной массой 1,7-1,8 г/см3

практически водонепроницаемы даже при значительных давлениях (9-15 кгс/см2).

Газ обладает более высокой, чем вода, способностью проникать через мелкие поры. Поэтому газопроводный асбестоцементные трубы должны обладать более высокой плотностью, чем водопроводные.

Стойкость асбестоцементов агрессивных средах сверессивные газы и жидкости по отношению к асбесту и цементному камню являются агрессивными и для асбестоцемента. Для асбестоцемента опасны кислоты, в том числе кислая среда, образующаяся в порах при воздействии на материал газов, содержащих SO3 сверессивные среды менее опасны для асбестоцемента высокой плотности.

2.2. Характеристика используемого сырья.

Для производства асбестоцементных изделий в качестве основного сырья применяют асбест портландцемент. Содержание асбеста в изделиях зависти от вида вырабатываемого изделия, а также качества (сорта) используемого асбеста. Обычно по весу оно не бывает менее 10 и более 20%. Содержание портландцемента в изделиях – соответственно 80-90%.[2, 50].

Асбестами называют разновидности минералов волокнистого строения, относящиеся к серпентинитовой и амфиболовой минералогическими группами. Эти минералы, состоящие из кристаллических агрегатов нитевидной формы, способны расщепляться на очень тонкие волокна, в сечении вплоть до молекулярных размеров.

По техническому составу асбестовые минералы являются водными силикатами магния, железа и натрия. Промышленная ценность асбестовых минералов определяется прежде всего их волокнистым строением, а также такими свойствами асбестовых волокон, как эластичность, высокая прочность на растяжение, способность при механическом воздействии расщепляться на тончайшие волокна, выдерживать высокие температуры без существенного изменения физических свойств, химическая стойкость. Для ряда производств большое значение имеют высокая адсорбционная активность распущенных асбестов, их хорошая смачиваемость водой и способность в распущенном состоянии образовать гомогенные асбестоводные суспензии.

Асбестоцементная промышленность, потребляющая более 60% добывающего асбеста, применяет в основном асбест Баженовского, Джетыгаринского и Актокторанского месторождений, причем доля Баженовского асбеста, на котором в прошлом полностью базировалось асбестоцементное производство, постепенно уменьшается, а Джетыгаринского – увеличивается.[1, 86].

Все встречающиеся в природе виды асбеста можно разделить на две группы: не кислотостойкие и кислотостойкие.

В группу не кислотостойкого асбеста входит один вид – хризотил-асбест. В группе кислотостойких асбестов пять видов: прокидалит-, амозит-, антофиллит-. Антинолит- и тремолит-асбест.[2, 52].

Наибольшее промышленное значение имеет хризотил-асбест. Его доля в мировой добыче асбеста составляет около 96%.

Хризотил-асбест располагается в серпентинитовых пародах в виде жил, причем волокна асбеста размещаются перпендикулярно стенкам серпентинитовой породы. Из таких жил добывается самый высококачественный асбест – поперечно-волокнистый. В ходе горно-образовательных тектонических процессов часть жил сжималась и

волокна в них располагались под небольшим углом к стенкам включающей породы. Из таких жил добывают продольно-волокнистый хризотил-асбест, волокна которого менее прочны, более жестки и труднее раскушиваются.[1, 87].

Асбестообогатительные фабрики поставляют асбест семи сортов, из которых в асбестоцементной промышленности находят применение в основном лишь четыре сорта: 3, 4, 5 и 6-й.[3, 192].

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий изготавливается путем совместного измельчения клинкера нормированного состава и необходимого количества гипса. Клинкер получается в результате обжига до спекания сырьевой смеси надлежащего состава, обеспечивающего преобладания в нем высокоосновных силикатов кальция. В состав цемента допускается введение не более 3% добавок, улучшающих свойства цемента, а при помоле цемента, с согласия потребителя, допускается введение специальных добавок в качестве не более 0,5% по массе цемента, не ухудшающих его качества, но облегчающих процесс измельчения клинкера.

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий выпускают двух марок: 400 и 500. Марку цемента устанавливают путем определения предела прочности при изгибе образцов-балочек размером 4х4х16 см. и при сжатии их половинок, изготовленных из пластичного (В/C=0,4) цементного раствора состава 1:3 с нормальным песком и испытанных через 28 сут. (табл. 1).

Таблица 1.

Прочностные свойства цементов.

Марка цементаПредел прочности, МПа, не менее

при изгибе при сжатиичерез 7 сут. через 28 сут. через 28 сут.

400 4,3 5,5 40500 4,7 6 50

Клинкер, используемый для получения таких цементов, должен быть высокого качества. Допускается содержание в нем CaОсвоб не более 1% по массе, MgO – не более 6% по массе, серного ангидрида – 1,5…3,5% по массе. Количество C3S в клинкере должно быть не менее 51% по массе, а C3A – в пределах 3…8% по массе. Нежелательно высокое содержание в нем щелочей Na2O и K2O, а также закисного железа FeO.[1, 86].

Применяют также песчанистый портландцемент, который получают, размалывая в шаровой мельнице портландцементный клинкер вместе с кварцевым песком, причем содержание песка в таком цементе находится в пределах 35-45%.[2, 52].

2.3. Характеристика технологии производства асбестоцементных изделий.

Рассмотрим технологию производства асбестоцемента по мокрому способу.

Предприятия асбестоцементной промышленности выпускают два основных вида продукции: листовые изделия и трубы. При производстве листовых изделий асбест, подаваемый транспортерами, дозируется по маркам дозаторами (по массе) и сборным транспортером доставляется в бегуны. На бегунах, а затем в гидропушителе осуществляется первая технологическая операция – расщепление (распушка) асбеста. Для облегчения распушки в бегуны подают небольшое количество воды через дозатор. Вода наливается в гидропушитель, где асбест обрабатывается в виде водоасбестовой смеси (суспензии), содержащей 50 г. асбеста на один л. воды.

Асбестовая суспензия с распушенным асбестом перекачивается из гидропушителя в турбосмеситель, куда из расходного бункера через дозатор подается цемент. После перемешивания асбестовой суспензии с цементом полученная асбестоцементная суспензия поступает из турбосмесителя в ковшовый смеситель. Приготовление асбестоцементной суспензии – вторая технологическая операция производства.

Из ковшового смесителя асбестоцементной суспензия подается в желоб, куда по трубопроводу поступает вода для разжижения суспензии. По желобу разбавленная суспензия, содержащая около 100 г асбестоцемента в 1 л воды, течет в ванны листоформовочной машины.

На трехсетчатых цилиндрах машины производится фильтрация асбестоцементной суспензии. Отфильтрованная вода поступает в приямок, а из него насосом в куператор. Влажный слой асбестоцемента толщиной около 1 мм сукном-транспортером подается к форматному барабану. Двигаясь вместе с суком между форматным барабаном и прессовыми валами, слой уплотняется, обезвоживается и переходит с сукна на поверхность форматного барабана. Фильтрация асбестоцементной суспензии, вакуумобезвоживание и уплотнение отфильтрованного асбестоцемента на формовочной машине – важнейшие технологические операции, от которых зависит производительность машины и качество продукции.

После того как на поверхность форматного барабана навивается 5-7 слоев асбестоцемента и образуется накат, соответствующий заданной толщине листа, накат разрезается механическим срезчиком по образующей барабана и снимается на транспортер. Последний подает накат к механизму, где обрезают кромки и происходит раскрой наката на листы нужных размеров. Обрезки сырых листов транспортером подаются

в смеситель, где перемешиваются с водой, превращаясь в асбестоцементную суспензию, возвращаемую в ковшовый смеситель.

После механизма резки плоские листы складываются в стопы с металлическими прокладками и отправляются к прессам для для дополнительного уплотнения. Если завод выпускает волнистые листы, то после механизма резки плоские свежесформованные листы поступают на агрегат волнировки для придания им волнистой формы. С агрегата волнировки укладчиком листы снимаются и складываются в небольшие стопы на транспортер камеры тепловой обработки, где поддерживается температура около 60оC.

После тепловой обработки стопы листов на поддонах отправляются в теплый склад для дозревания. По истечении 5-7 суток с момента изготовления листы отправляют потребителю.

Дозирование и обработка сырья в производстве асбестоцементных труб выполняется также как и при выпуске листов. Формуются трубы на трубоформовочных машинах, работающих по тому же принципу, что и листоформовачные. Разница состоит в том, что вместо форматного барабана на трубоформовочных машинах устанавливают съемные скалки, диаметр которых соответствует внутреннему диаметру форматных труб. Снимаемые со скалок трубы проходят предварительное твердение на конвейерах, причем трубы во время движения конвейера поворачиваются вокруг собственной оси и в результате приобретает строго цилиндрическую форму. Твердение труб продолжается в наполненных водой бассейнах или на конвейерах водного твердения, а затем в штабелях в теплом складе.

Производство труб заканчивается обрезкой и обточкой их концов через 7-10 суток после формования.

Обработка асбеста в бегунах. Бегуны имеют два чугунных катка диаметром 1400 мм, шириной 400 мм, массой 2800 кг, оси которых связаны с вертикальным валом, вращающимся со скоростью 12-16 об/мин. Для перемешивания асбеста в чаше бегунов на их вертикальном валу установлены скребки. Высоту расположения скребков и угол их наклона к направлению движения можно регулировать. Только расщепление иголок является полезной операцией при обработке асбеста в бегунах, а другие “побочные” явления: образование не раскушенных пучков, “ломка” раскушенных волокон, образование тонкодисперсных фракций – ухудшают качество асбеста и тем в большей степени, чем длительная обработка. Поэтому продолжительность обработки асбеста в бегунах должна быть минимально необходимой.

Распушка в гидропушителях. Вторая стадия распушки асбеста по мокрому способу производится в гидропушителях. Гидропушитель имеет цилиндрический бак объемом 4,1 м3 (рабочий объем 3,6 м3), в котором установлен вертикальный смеситель с пропеллером диаметром 500 мм, вросчающимся со скоростью 480 об/мин. Пропеллер заключен в цилиндрический диффузор. Привод смесителя осуществляется через

клиноременную передачу от электродвигателя мощностью 40 кВт. Суспензия из бака подводится к насосу по трубопроводу.

Чтобы периодически принимать порции суспензии объемом 3,2-3,8 м3 и непрерывно снабжать суспензией формовочную машину, между машиной и смесителем устанавливается ковшовая мешалка, являющаяся одновременно накопителем суспензии и аппаратом-питателем, подающим суспензию в ванны машины.

Турбосмеситель предназначен для смешивания асбестовой суспензии с цементом и получения однородной асбестоцементной суспензии. Конструкция турбосмесителя аналогична конструкции гидропушителя. Различие состоит в отсутствии распушивающего узла. Турбосмеситель представляет собой цилиндрическую емкость с коническим дном. Он имеет вертикальное пропеллерно-перемешивающее устройство. Асбестовая суспензия поступает в турбосмеситель, куда затем через воронку подается цемент. Порция цемента на один замес составляет 800-900 кг. По мере загрузки цемента в турбосмеситель подается дополнительное количество воды до полного рабочего объема. Продолжительность премешивания с помощью насоса асбестовой суспензии с цементом с начала загрузки цемента составляет 8-10 мин.

Рекуператор предназначен для отделения максимального количества твердых частиц из потока отработавшей воды. Это происходит в результате изменения направления воды и резкого снижения скорости потока. Вода, разделенная на два потока, один из которых (более чистый) предназначен для промывки сукон и сеток, а второй – для разжижения асбестоцементной суспензии, возвращается в производство.

Рекуператор представляет собой сварной резервуар цилиндрической формы с коническим днищем. В центре рекуператора закреплена на стяжках труба конической формы, постепенно расширяющаяся снизу. Верхняя часть рекуператора имеет кольцевой желоб. Сверху корпус рекуператора закрыт предохранительными съемными решетками. Коническое днище рекуператора заканчивается патрубком, к которому прикреплен тройник с проходным краном и дроссельным клапаном. Внизу цилиндрической части установлен еще один проходной кран. Скорость движения воды вверх по цилиндрической части рекуператора не должна превышать 3 мм/с. При такой скорости оседают частицы цемента и волокна асбеста. Техническая характеристика рекуператора СМ-922: Вместимость – 54,8 м3; размеры цилиндрической части: диаметр – 3850 мм., высота – 3500 мм.; масса – 7555 кг.

В асбестоцементной промышленности работают листоформовочные машины СМ-943 для производства листов СВ и СМ-942, листов УВ модернизированных. Линии СМ-1155 комплектуются машинами СМ-943А, линии для производства листов УВ – машинами СМ-942А.

Унифицированная круглосеточная формовочная машина является основным агрегатом технологических линий, выпускающих

асбестоцементные листовые изделия. Машина имеет две модификации, позволяющие использовать ее при производстве листовых изделий различных видов. Первая модификация машины СМ-942А – широкая, предназначена для выпуска волнистых листов ВО, а также плоских. Она представляет собой трехцилиндровую машину, изготовляющую накат с полезной шириной до 1640 мм (после обрезки кромок). Вторая модификация машины СМ-943А – узкая, предназначена для выпуска волнистых листов типа УВ и СВ. Оно отличается от широкой меньшей шириной форматного барабана, сукна, ванн и сетчатых цилиндров, трубороликов и т. д. и позволяет получать накат полезной шириной до 1340 мм.

На листоформовочных машинах СМ-942А и СМ-943А установлены три сетчатых цилиндра, что увеличивает толщину слоя на форматном барабане и тем самым повышает производительность местоформовочных машин.

Асбестовая суспензия поступает в ванны через отверстия в торцовых стенках. Отфильтрованные от сетчатых цилиндрах пленки асбестоцемента отжимаются гауч-валами и последовательно снимаются с поверхности цилиндров сукном, накладываясь одна на другую. В результате этого образуется бесконечная асбестоцементная лента толщиной 0,6-1,1 мм.

Перенесенная на верхнюю часть сукна лента обезвоживается, проходя над коробкой высокого вакуума. Затем она на форматном барабане уплотняется двумя дополнительными пресс-валами и основным пресс-валом. Далее сукно направляется на разгонный ролик, а асбестоцементная лента начинает навиваться на форматный барабан, образуя накат. По достижении необходимой толщины накат снимается с барабана срезчиком. Сукно расправляется разгонным роликом, очищается билами сукнобойки и промывается с двух сторон из склинкерных трубок, после чего обезвоживается, проходя над коробкой низкого вакуума.

Форматный барабан состоит из двух торцовых дисков и литой чугунной обечайки, закрепленной на дисках при помощи шпилек. Один из двух дисков соединен с осью шпонкой. Ось форматного барабана установлена на двух радиальных сферических подшипниках. Корпусы подшипников закреплены неподвижно на станине.

Пресс-вал – это чугунная трубчатая обечайка, напрессованная в средней части на вал, имеющий форму цилиндрическую на небольшом участке в середине и сужающуюся к концам.

Сетчатый цилиндр помещен в ванне. Корпус ванны состоит из сварного корпуса и литых баковин. Днище ванны имеет профиль горки с двумя впадинами по сторонам. В этих впадинах, по обе стороны от горки, расположены две трехлопастные мешалки. Их назначение – не допустить осаждения массы на дно ванны. В это же время они не должны смывать слой асбестоцементной массы, осаждающийся на сетчатом цилиндре.

Рис. 1.1. Схема ванн Рис. 1.2. Схема сетчатого цилиндра. листоформовочной машины. 1 – сетчатый цилиндр. 1 – сетчатый цилиндр. 2 – локастные мешалки. 2 – ванна. 3 – скринклерные трубки. 3 – техническое сукно 4 – отрезные обрезиненные валики. 5 – вакуум коробка. 6 – пресс-вал. 7 – форматный барабан.

Список используемой литературы

1. Сборник трудов. «Механизм твердения вяжущих и гипсовые материалы». М., ВНИИЖЕЛЕЗОБЕТОН., 1967

2. Новиков В.У. "Полимерные материалы для строительства". М., "Высшая школа", 1995г.

3. Протвинеев И.В. и другие "Гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие материалы". М., 1963 г.

4. Бондарь К.Я., Ершов Б.Л., Соломенко М.Г. "Полимерные строительные материалы". Справочное пособие. М., Стройиздат, 1974 г.

5. Берней И. И., Колбасов В. М. Технология асбестоцементных изделий.

М.: “Высшая школа”.1985.-с.85.

6. Иорамашвили И. Н. Асбестоцементные изделия. М.: “Высшая школа”.

1977-с 50.

7. Мешков Г. В., Волчек И. З. “Производство асбестоцементных

изделий”. М.: “Высшая школа”.1976-с 192.

8. Сиволобов И. В. Механическое оборудование для производства

асбестоцементных изделий. М.: “Машиностроение”.1983-с 200.

9. Соколов П. Н. “Производство асбестоцементных изделий”. М.:

“Высшая школа”.1977-с 70.