Учебный материал / Производственные технологии. А.В.Мовшович.-2006 / Производственные технологии пособие

деформациям. Упругими являются стальные конструкции, менее упруги бетонные и каменные материалы. Все строительные материалы отличаются низкой упругостью.

15.2. Основы технологии керамических изделий

Керамические материалы

Керамическими называют искусственные каменные материалы и изделия, получаемые обжигом сырца, отформованного из глинистых пород. Достоинствами этих материалов является доступность сырья, возможность придавать изделиям любую форму, химическую стойкость, прочность, долговечность и др. Однако на обжиг требуется большой расход энергии, а изделия имеют высокую хрупкость.

В зависимости от области применения в строительстве различают следующие виды керамических материалов:

•стеновые (кирпичи, камни керамические, стеновые блоки);

•кровельные (черепица);

•для полов (плитки);

•облицовочные (лицевые кирпичи, камни, керамические граниты, плитки);

•теплоизоляционные (керамзит, пенокерамические блоки, пенокерамические кирпичи);

•санитарно-техническое оборудование.

Сырье для производства керамических материалов

Основным сырьем для производства керамических материалов являются глинистые породы, а также добавки, уменьшающие усадку при сушке и при обжиге. Это шлам, кварц, а также выгорающие добавки (древесные опилки, угольная пыль).

В производстве каменных керамических изделий (керамические граниты) используют тугоплавкие и огнеупорные глины. В виде наполнителя применяют природные материалы (гранит, базальт и др.).

Технология производства строительной керамики состоит из следующих операций: подготовка сырья, формование изделий, сушка отформованных изделий, обжиг, глазурирование, декорирование или полирование.

Подготовку сырья проводят сухим или мокрым способом. При сухом способе сырьевые материалы высушивают при температуре 100–110 оС до полного удаления влаги, затем измельчают на дробилках, тщательно перемешивают и увлажняют до получения однородной массы формовочной влажности и отправляют на вылеживание. При мокром помоле сырьевые компоненты после дозирования подвергают тонкому помолу с последующим обезвоживанием до получения необходимой влажности и также вылеживают.

Формование строительной керамики производят методами литья,

выдавливанием ( экструзией), штампованием и прессованием.

Шликерное литье – основной способ формования санитарно-технического оборудования. Причем применяют наливное литье под давлением, чтобы не образовывались пустоты в стенках изделия.

Формование способом выдавливания применяется для производства кирпичей, черепицы и др. изделий в основном вытянутой формы. Производится на вакуумных прессах, где керамическая масса, перемещаемая внутри пресса шнеком, усредняется и

61

уплотняется, затем формуется продавливанием через мундштук в виде бруса, который разрезается затем на отдельные изделия.

Формование способом штамповки производят из керамических масс влажностью 18–20 % в металлических формах при небольшом давлении. Так формуют кирпич, плоскую черепицу.

Полусухим прессованием называют процесс уплотнения порошкообразной массы в металлических формах под действием внешнего давления. Пресс–порошок должен обладать хорошей сыпучестью для быстрого заполнения формы и содержать мало воздуха. Этим способом формуют изделия простой формы: кирпичи, керамические плитки. В этом случае сушка становится ненужной или значительно упрощается.

Сушку изделий проводят в сушилках периодического или непрерывного действия. На современных автоматизированных линиях сушка строительной керамики совмещается с обжигом.

Обжиг – наиболее ответственная часть технологической схемы производства строительной керамики. Различают три периода обжига: прогрев изделий при Т = 100– 650 оС, обжиг Т = 800–1000 оС для спекания массы, охлаждение.

Глазуруют облицовочные керамические изделия и санитарно-техническое оборудование. Для этого применяют разнообразные глазури по химическому составу и внешнему виду. Глазури наносят поливом пульверизацией и присыпкой полуфабриката слоем сухого глазурного порошка.

Сухие способы нанесения глазурного порошка весьма экономичны и перспективны, но пока распространены лишь в некоторых технологиях изготовления керамических плиток.

Санитарно-техническое оборудование допустимо глазуровать в сыром виде поливом и окунанием, а затем однократно обжигать, если выделяющиеся при обжиге газообразные продукты не приводят к появлению дефектов глазури. Сернокислый кобальт и клей дают чистый белый цвет и способствуют укреплению покрытия.

Для декорирования облицовочных плиток в современном производстве применяют набрызгивание глазури различных цветов, при этом получают мраморовидное покрытие.

15.3. Основы технологии стекла и изделий из него

Стеклом называют материал, полученный расплавлением неорганических материалов с последующим переохлаждением расплава. При повышении температуры стекло постепенно размягчается и переходит в жидкое состояние, а при охлаждении постепенно отвердевает и превращается в твердое тело с присущими ему механическими свойствами. Этот переход является обратимым.

Стекло не имеет строго ориентированного расположения частиц, его структура по всем направлениям однородна.

В образовании стекла принимают участие:

•щелочные оксиды одновалентных металлов, оксиды натрия (Na2O), калия

(K2O), лития (Li2O);

•оксиды двухвалентных металлов, такие, как кальция (CaO), магния (MgO), цинка (ZnO), свинца (PbO), бария, (BaO);

62

• кислотные оксиды, из которых важнейшим является оксид кремния или кремнезем (Si2O). Его содержание в стекле составляет 72–75 %.

Для образования основных видов стекол требуется не менее, чем пять окислов, главными из которых являются Si2O, CaO, Na2O. Добавляя или заменяя один из окислов, можно получать стекла с заданными свойствами. Так, при замене натрия окисью калия, стекло приобретает повышенный блеск и чистый оттенок. При введении в калиево-известковое стекло окислов свинца или бария, получают хрустальное стекло.

Таким образом, химический состав стекла меняется в зависимости от требований, предъявляемых к стеклоизделиям, от условий их эксплуатации, а также способа их выработки.

Виды стекол

Стекла подразделяют по следующим признакам: 1. По назначению стекло может быть:

•бытовое – для производства товаров народного потребления;

•оптическое – для производства приборов и точной оптики;

•химико-лабораторное – для производства химической и лабораторной посу-

ды;

•строительное – оконное, витринное, для стен и перегородок.

2.По типу стеклообразователя и особенностям состава выделяют:

•силикатные (стеклообразователь Si2O) – бессвинцовое и свинцовое;

•боратные (стеклообразователь B2O3);

•фосфатные (стеклообразователь P2O5);

•смешанные (боросиликатное);

•кристаллические – ситалловые и ювелирные.

Ситалловые стекла или стеклокерамика – особый вид смешанных стекол кристаллической структуры. Их получают двумя способами. Первый предусматривает варку и кристаллизацию стекла непосредственно в тигле. В результате получают глыбу, которая обрабатывается аналогично природному камню. По второму – изделия получают обычным способом, а затем подвергают термической обработке в печах с целью кристаллизации.

Ювелирные стекла. К ним относятся природные и синтетические минералы. К синтетическим ювелирным стеклам относят:

•стразы – содержат 40–50 % PbO и молотый горный хрусталь;

•фианиты – синтетические алмазы с большим количеством обработанных граней, обеспечивающих высокую игру света;

•сапфиры – хрустальные стекла, окрашенные оксидом кобальта;

•изумруды – хрустальные стекла, окрашенные оксидами меди и кобальта;

•аквамарин – хрустальные стекла, окрашенные оксидами меди;

•аметист – хрустальные стекла, окрашенные оксидами марганца;

•рубин – хрустальные стекла, окрашенные золотом;

•гранат – хрустальные стекла, окрашенные кадмиевым пигментом.

Технология стекольного производства

Технологический процесс стекольного производства состоит:

63

1)из приготовления шихты;

2)из варки стекла;

3)из изготовления стекольных изделий.

1.Сырьевые материалы для получения стекольных изделий делят на основные, или стеклообразующие, и вспомогательные. К основным материалам относят вещества, обеспечивающие получение необходимых физико-химических свойств. Это – кварцевый песок, борная кислота, сода, поташ, известняк, мел, доломит, оксиды металлов, стекольный бой и др. соединения. Вспомогательные материалы обеспечивают придание готовым изделиям определенного цвета, необходимые условия для получения изделий высокого качества, а также ускорение процессов варки и осветления стекломассы. Это – красители, глушители, осветлители, окислители, восстановители и др. Перед приготовлением шихты исходные материалы промывают, сушат, размалывают и тщательно перемешивают.

2.Варка стекла. Варку стекла производят в печах непрерывного или периодического действия. Процесс варки стекла можно разделить на следующие основные этапы: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизация

иохлаждение стекломассы до рабочей вязкости.

Силикатообразование – начальный период стеклообразования. Процесс начинается при Т свыше 500 оС и активно протекает при Т = 865–1000 оС.

Стеклообразование – процесс взаимного растворения силикатов и образования жидкого прозрачного стекла с воздушными газовыми включениями. Процесс протекает при Т = 1150–1500 . оС.

Осветление проводят при Т = 1450–1500 оС для удаления пузырй из стекломассы. Гомогенизация проводится одновременно с осветлением стекломассы. Она выдерживается в спокойном состоянии, выравнивается по химическому составу,

освобождается от нитевидных включений.

Охлаждение стекломассы. Температура в печи снижается до 200–300 оС. Стекломассу охлаждают до состояния, при котором из нее можно формовать изделия.

3. Изготовление стекольных изделий производят формованием ручным или машинным способом. Ручным способом изготавливают сложные высокохудожественные изделия. Машинным способом получают изделия простой формы, в том числе некоторые предметы стеклянной бытовой посуды. Оборудование – стеклоформующие автоматы.

15.4. Основы технологии минеральных вяжущих веществ (цемента, извести)

Минеральными вяжущими веществами называются минеральные вяжущие порошки, которые при смешивании их с водой или водными растворами солей образуют пластичную массу, способную со временем затвердевать на воздухе и превращаться в камнеобразное состояние. Минеральные вяжущие вещества делятся на две группы: воздушные и гидравлические.

1. Воздушные вяжущие вещества твердеют и длительно сохраняют свою прочность только на воздухе. К ним относят воздушную известь, строительный

гипс, магнезиальные вяжущие вещества.

Воздушную известь получают из различных природных минералов – известняков, доломита, мела, ракушечника путем их обжига при Т = 1100–1000 оС. Например, при обжиге известняка получают комовую известь, в которой активным

64

действующим веществом является CaO. При реакции с водой она превращается в известь-пушонку, если гашение производится молярным количеством воды. При гашении извести избыточным количеством, воды требуется в 2–3 раза больше, при этом получают так называемое известковое тесто. Твердеет известь достаточно медленно, при этом происходит два процесса:

1)вначале испаряется влага и образуются кристаллы Са(ОН)2, которые срастаются и образуют камневидное тело. Этот процесс называется гидратным твердением;

2)при более длительных процессах строительные растворы на основе извести под влиянием воды и углекислоты воздуха постепенно теряют свои вяжущие свойства.

Происходит реакция Са(ОН)2 с углекислым газом воздуха и образуется CaCO3. Таким образом, хранить и транспортировать комовую известь и известь-пушонку

необходимо в таре и крытых вагонах, предохранять от соприкосновения с водой и воздухом. Хранится негашеная известь не более 15 дней со дня ее приготовления в герметичной таре.

Применяют воздушную известь для производства силикатного кирпича, силикатных бетонов, а также для крепления строительных отделочных растворов и растворов для каменной кладки в наземных сооружениях.

Гипсовые вяжущие – строительный гипс и высокопрочный гипс. Строительный гипс получают из природного гипса обжигом при Т = 120–180 оС. Его применяют для изготовления стеновых панелей, плит для внутренних перегородок

зданий, для сухой штукатурки. Высокопрочный гипс получают путем обработки природного гипса в автоклавах под давлением до 1,5 атмосфер и Т = 125 оС. Этот гипс имеет прочность в 2–3 раза больше строительного. Прочность на сжатие достигается на 7-й день твердения.

Магнезиальные вяжущие вещества служат для изготовления различных растворов и бетонов. Активным действующим веществом в них является MgO. Твердеют магнезиальные вяжущие вещества при затворении их водными растворами

солей MgCl2 и MgSO4. Различают два вида этих веществ – акаустический доломит и каустический магнезит.

2. Гидравлические вяжущие вещества твердеют на воздухе и длительно сохраняют свою прочность, в том числе и в воде. К ним относятся портландцемент и его разновидности, глиноземистый цемент.

Портландцемент получают тонким помолом смеси клинкера с добавлением природного гипса. Клинкер – это продукт обжига до спекания сырьевой смеси из известняка и глины. Технология цемента состоит из двух основных стадий:

1)получение клинкера;

2)тонкий помол клинкера совместно с природным гипсом.

Технология производства клинкера наиболее сложный и энергоемкий процесс, который требует больших капитальных вложений и эксплуатационных затрат. Стоимость клинкера составляет 70–80 % от всей стоимости цемента.

Технология получения клинкера включает стадии:

–добыча сырья;

–дробление сырья;

–приготовление сырьевой смеси;

–обжиг сырьевой смеси.

65

Сырьевую смесь составляют из 75–78 % известняка и 25–22 % глины. В качестве природного сырья для получения портланд-цемента используют природный минерал мергель, который содержит известняк и глину в необходимых соотношениях. Подготовку сырьевой смеси проводят сухим и мокрым способом. Наибольшее распространение получил мокрый способ, при котором сырье дробят, перемешивают в специальных глиноболтушках, а затем подвергают тонкому измельчению в мельницах мокрого помола и получают шлам. Однако, ввиду необходимости экономии топливноэнергетических ресурсов, цементная промышленность переориентирована на сухой способ производства.

Обжиг шлама производят во вращающихся длинных печах при Т от 500, 800– 900, 1000–1300, 1450 оС.

Тонкий помол клинкера. После охлаждения клинкер направляют в шаровую мельницу, куда добавляется 1,5–3,5 % природного гипса для регулирования сроков схватывания.

15.5.Специальные виды портландцемента и их технико-экономические показатели

Внастоящее время применяется свыше 30 видов и разновидностей цемента.

Специальные виды портландцемента: пластифицирован-ный, гидрофобный,

сульфатостойкий, тампонажный, быстротвер-деющий, белый и цветной. Пластифицированный цемент – бетон на его основе имеет большую

морозостойкость.

Гидрофобный цемент – бетон на его основе имеет пониженную гигроскопичность, однако прочность его ниже.

Сульфатостойкий цемент применяют для гидротехничес-ких сооружений, подвергающихся действию минерализованных вод с сульфатной агрессией.

Тампонажный применяют для заливки нефтяных и газовых скважин, имеет высокую прочность уже на начальных стадиях твердения.

Быстротвердеющий применяется для изготовления сборного железобетона, а также для квартирных работ. Его прочность быстро нарастает в начальный период твердения.

Белый и цветной – служат для отделочных работ.

Технико-экономические показатели цемента

В стоимостном выражении затраты на материалы для получения бетонной смеси составляют 60 %. Расход цемента на 1 м3 бетона составляет 300–350 кг. Себестоимость цемента зависит от вида исходного сырья, топлива, техпроцесса и объема производства.

Наиболее трудоемкими процессами являются добыча, транспортировка и подготовка сырьевой смеси и занимают они 30 % всех рабочих предприятия. Себестоимость цемента снижается, если в качестве сырья используются металлургические и топливные шлаки. Расход топлива на лучших предприятиях составляет 230–240 кг на 1 т цемента, а из общего количества потребляемой электроэнергии 40 % расходуется на помол клинкера. Затраты на амортизацию составляют 13 %.

На качество цемента большое влияние оказывают условия и продолжительность его хранения. Хранение в благоприятных условиях (сухое и проветриваемое помеще-

66

ние) в течение трех месяцев снижает его активность на 10 %, а в течение года – на 35– 40 %.

15.6. Получение бетона

Бетоном называется искусственный камень, полученный в результате твердения смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды и наполнителей. В

качестве заполнителей используют песок, щебень или гравий. Смесь этих материалов до затвердения называется бетонной смесью. Легкие бетоны производят на пористых заполнителях: керамзите, пемзе, туфе, вспученном шлаке и др. Особо легкие ячеистые бетоны содержат в качестве заполнителя воздух.

Вяжущее вещество является главной составляющей бетона, от которого зависят его свойства. Больше всего применяются бетоны на основе портландцемента, они составляют 60 % от общего объема производства.

Бетоны классифицируют:

–по объемному весу – особо тяжелые (2500 кг/м3), тяжелые (1800 кг/м3), легкие

(500 кг/м3);

–по виду вяжущего вещества – цементные, силикатные, гипсовые;

–по показателям прочности на сжатие – тяжелые марок 100–600, легкие марок 25–300, плотные силикатные марок 100–400. При получении бетона марка цемента по прочности должна быть в 1,5–2 раза выше проектируемой марки бетонного изделия, это позволяет экономить расход цемента;

–по назначению:

•обычный – для бетонных несущих конструкций;

•гидротехнический – для плотин, шлюзов; облицовки каналов;

•бетон для полов и дорожных покрытий;

•бетон специального назначения (кислотоупорный, жароупорный, особотяжелый для биологической защиты).

Основные технологические операции приготовления бетонной смеси:

1. Дозирование исходных материалов.

2. Перемешивание исходных материалов.

Бетонную смесь приготавливают как в условиях строительной площадки, так и на заводах в бетоносмесительных установках. Материалы дозируют дозаторами периодического или непрерывного действия, которые бывают объемные или весовые.

Состав бетонной смеси выражают в виде весового соотношения между

количеством цемента, песка, щебня с указанием водоцементного соотношения. Сырьевые материалы дозируются по массе на 1 м3 уложенной и уплотненной смеси, например, соотношение компонентов (кг) в бетонной смеси показано в табл. 2:

		Состав бетонной смеси				Таблица 2
Цемент	Песок		Щебень		Вода	Итого
280	700		1250		170	2400

Перемешивают бетонную смесь в бетономешалках периодического или непрерывного действия. Однократное перемешивание длится 3 мин, его объем – 0,8 м3. Процессы дозирования составляющих, перемешивания и выгрузки полностью компьютеризированы. Распечатка сопроводительной документации содержит сведения о

67

марке цемента, данные о продукции, времени доставки, адрес и маршрут движения автобетоновоза. Один автобетоновоз перевозит в год примерно 5 тыс. кубометров бетонной смеси. Транспортировка производится на расстояния не более 20 км.

Бетон набирает прочность постепенно по мере твердения цементного камня. Оптимальная температура твердения Т = 20 оС, при относительной влажности 90– 100 %. В процессе твердения должен быть организован уход за бетоном, т. е. обеспечение оптимальных условий.

15.7. Применение железобетона

Бетон, как и любой каменный материал, плохо работает на изгиб, поэтому его армируют стальной арматурой. Бетон в сочетании с железной арматурой называется железобетоном. Он имеет высокую прочность при сжатии, растяжении и изгибе.

По влиянию на развитие мировой цивилизации, изобретение бетона и железобетона можно ставить в ряд наиболее выдающихся открытий. Из монолитного железобетона выполняют несущие конструкции промышленных зданий, элеваторы, бункеры, емкости и подземные сооружения. Железобетонные конструкции широко применяются для перекрытий, покрытий, стен промышленных, жилых и общественных зданий, в транспортном, мелиоративном, гидротехническом и др. строительстве.

В Республике Беларусь около 80 % общего объема выпуска сборного железобетона составляют различные виды плоских и линейных конструкций (стеновые панели, плиты перекрытий и кровли, перегородки, площадки и т. д.); около 20 % – мостовые конструкции, опоры ЛЭП, шпалы, трубы, фундаменты и т. д.

В жилищном строительстве сборный железобетон применяют для строительства крупнопанельных зданий высотой до 16 этажей. При строительстве более высоких зданий рекомендуется использовать легкие и ячеистые бетоны для ограждающих конструкций, плит перекрытий и покрытий, лестниц и др. элементов.

Производство сборного железобетона расширяется, так как в стационарных условиях легче обеспечить:

•высокое качество изделий;

•применение новых полимерных материалов;

•разнообразие видов изделий и вариантов их архитектурной отделки;

•массовое применение средств механизации и автоматизации.

68

ГЛАВА 16. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА НА СОВРЕМЕННОЕ ОБЩЕСТВО

При переходе к рыночной экономике конкуренция заставляет предприятия использовать последние научно-технические достижения в процессе производства продукции. Освоение принципиально новых технологий – это предпосылка эффективного использования новых средств и предметов труда.

Таким образом, роль технологии служит определяющим фактором повышения качества выпускаемых изделий в достижении максимальной прибыли. Так как предприятие отвечает за результаты своей деятельности своим капиталом, то оно стремится совершенствовать, развивать свои технологии, чтобы повысить эффективность производства. Это способствует наращиванию выпуска конкурентоспособных изделий на основе наукоемких, ресурсосберегающих и экологически безопасных техпроцессов. Технологическое развитие производства основано на НТП.

16.1. Сущность технологического прогресса

НТП – это процесс совершенствования материальной базы и продуктов производства на основе создания и внедрения результатов научно-исследовательских разработок.

Цели НТП:

•лучшее и полное удовлетворение общественных потребностей;

•экономия рабочего времени;

•всестороннее развитие личности работников.

Задачи НТП:

•совершенствование производства в целом;

•совершенствование форм и методов управления;

•совершенствование хозяйственного механизма;

•совершенствование работников как главной производственной силы. Историческое развитие НТП может происходить эволюционным или

революционным путем, или их попеременным чередованием на отдельных стадиях развития. Эволюционная форма развития предполагает постепенное развитие и изменение техники и технологии. Революционная форма развития – качественный скачок, переход к новому типу средств труда – научно-техническая революция. Одним из составляющих ее этапов является технологическая революция. Нынешний этап НТП получил название информационно-технологической революции.

Для него характерны следующие особенности:

1)развитие новейших наукоемких отраслей – в наукоемких отраслях экономики до 40 % занятых связано не непосредственно с производством, а с его подготовкой, обеспечением, контролем;

2)модернизация базисных отраслей экономики – металлургии, химической промышленности, машиностроения. Не создание новых мощностей, а модернизация и реконструкция действующих производств;

3)развитие экономики происходит в условиях дефицита – исчерпания топливноэнергетических ресурсов;

69

4)нависла угроза необратимого изменения окружающей среды – Чернобыльская катастрофа, разливы нефти танкером, утечка фенола в Амур и т. д.;

5)большое влияние политического фактора и неодинакового уровня экономического развития в разных странах. Терроризм заставляет тратить большие деньги на борьбу с ним и на ликвидацию последствий террактов.

Технологическая революция связана с переходом от преимущественно механической обработки предметов труда к комплексному использованию физических, химических и биологических процессов. Технология определяет не только порядок выполнения операций, но и выбор предметов труда и средств воздействия на них, оснащение производства оборудованием, инструментом, средствами контроля и т.д.

16.2.Основные направления и перспективы научно-технологического развития

Освоение принципиально новых технологий – это предпосылка эффективного использования новых средств и предметов труда.

Во-первых, это переход от дискретных многооперационных процессов к малооперационным и непрерывным процессам. Так, в машиностроении развитие технологий связывается не столько с ростом мощностей и рабочих скоростей, сколько с переходом к обрабатывающим центрам и агрегатным станкам. В них несколько исполнительных органов объединены для одновременного выполнения основных операций по заданной программе при сокращении вспомогательных и транспортных операций.

Во-вторых, механическая обработка предметов труда уступает место непрерывным физико-химическим и биологическим процессам. Добыча полезных ископаемых на основе биотехнологии, ультразвуковая обработка, порошковая металлургия, получение готовых изделий методами точной пластической деформации, применение прогрессивных способов литья заготовок.

Втретьих, начинается переход к замкнутым технологическим схемам с полной переработкой полупродуктов (безотходная технология).

Вчетвертых, в технологических процессах все чаще используются экстремальные условия воздействия – сверхнизкие и сверхвысокие температуры и давления, глубокий вакуум, электроимпульсные разряды, ядерные излучения (радиационная модификация полимеров, плазменная технология напыления и наплавления твердых порошковых сплавов).

Впятых, новые техпроцессы связаны с использованием электроэнергии для обработки предметов труда – электрохимические, электрофизические и лазерные технологии.

Вшестых, новейшие технологии (лазеры, ультразвук) имеют межотраслевой характер, например, они применяются в медицине и машиностроении.

Поскольку уровень технологического развития определяет уровень благосостояния общества, выделяются приоритетные направления НТП, ускоренное развитие которых является определяющим фактором достижения наивысшего уровня научно-технического развития.

70