Бетон и цемент

     СОДЕРЖАНИЕ

     ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………....1

1. Цемент и его свойства……………   ………………………..2-8

1.1.Технология производства цемента……………………………...…..2-3

1.2. Производства по мокрому методу…………………………...……..4-6

1.3. Сухой и комбинированный методы производства……………….6-8

2. Бетон и его основные характеристики производства…………………………………………………………………….….9-27

2.1. Способ приготовления  и история бетона …………………...…..9-11

2.2. Расчет состава бетона…………………………………………….11-17

2.3. Условия оптимальности и составов бетона……………….…….17-21

2.4. Структурное  подобие и свойства бетона…………………….….21-27

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………….…..28

     СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ..29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ 

     Значение  цемента в современно строительстве  трудно переоценить, ведь цемент по праву занимает одно из ведущих мест среди всех строительных материалов. Тем более в мире постоянного технологического прогресса, где домостроение постоянно совершенствуется новейшими материалами. Но вот функции цемента на протяжении долгих десятилетий остаются неизменными. Создание разного рода строительных смесей, бетона, железобетона и других подобных изделий предназначенных для скреплений отдельных деталей общей конструкции.

     Следует отметить, что важность бетона в первую очередь определяется его отличными качествами, которые превосходят некоторые другие строительные материалы. На самом деле, если задуматься, то можно понять, что в настоящее время на рынке строительных материалов есть множество других более удобных и более качественных товаров. Правда, есть еще один фактор, который и становится основополагающим при использовании бетона – его себестоимость. Он имеет настолько низкую стоимость, что чаще всего сами стены монолитного дома стоят, чуть ли не дешевле всего остального. Бетон производится повсеместно. Стена из кирпича обходится почти в два раза дороже, что делает его неудобным материалом для застройщиков. К тому же, при использовании бетона исключается необходимость большого количества рабочих, что дает понижение стоимости строительства.

     В работе будет приведён основной материал, касающийся технологии производства цемента и бетона; описаны основные способы производства и история развития. 
 
 
 
 

1. Цемент  и его свойства

1. Технология  производства цемента 

     Цемент – один из важнейших строительных материалов, предназначенных для бетонов и строительных растворов, скрепление отдельных элементов (деталей) строительных конструкций, гидроизоляций и др. Цемент представляет собой гидравлический вяжущий материал, который после смешения с водой и предварительного затвердевания на воздухе продолжает сохранять и наращивать прочность в воде.

Производство  цемента  обусловлено необходимостью его производства для применения главным образом в строительстве. Строительство жилья на основе цемента позволяет получить объекты с низкой теплопроводностью и высокой морозостойкостью. Технология цементное производство позволяет использовать в нём отходы добывающей, металлургической отраслей, а также побочные продукты этих производств. Некоторые отходы даже улучшают свойства цемента. Гибкая технология позволяет осуществлять комбинирование производства цемента с производством металлов, химических продуктов и энергии. Существует много как бы подвидов цемента. Они отличаются друг от друга конечными свойствами, условиями производства и наличием в них различных видов добавок. Цемент не является природным материалом. Его изготовление - процесс дорогостоящий и энергоемкий, однако результат стоит того - на выходе получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов (например, бетона и железобетона). Цементные заводы, как правило, находятся сразу же на месте добычи сырьевых материалов для производства цемента.                                Производство цемента включает две ступени:   Первая - получение клинкера.        Вторая - доведение клинкера до порошкообразного состояния с добавлением к нему гипса или других добавок.

     Первый  этап самый дорогостоящий, именно на него приходится 70% себестоимости цемента. А происходит это следующим образом: первая стадия - это добыча сырьевых материалов. Разработка известняковых месторождений ведется обычно сносом, т. е. часть горы «сносят вниз», открывая тем самым слой желтовато-зеленого известняка, который используется для производства цемента. Этот слой находится, как правило, на глубине до 10 м (до этой глубины он встречается четыре раза), и по толщине достигает 0,7 м. Затем этот материал отправляется по транспортеру на измельчение до кусков равных 10 см в диаметре. После этого известняк подсушивается, и идет процесс помола и смешивания его с другими компонентами. Далее эта сырьевая смесь подвергается обжигу. Так получают клинкер.

     Второй этап тоже состоит из нескольких этапов. Это: дробление клинкера, сушка минеральных добавок, дробление гипсового камня, помол клинкера совместно с гипсом и активными минеральными добавками. Однако надо учитывать, что сырьевой материал не бывает всегда одинаковым, да и физико-технические характеристики (такие как прочность, влажность и т. д.) у сырья различные. Поэтому для каждого вида сырья был разработан свой способ производства. К тому же это помогает обеспечить хороший однородный помол и полное перемешивание компонентов. В цементной промышленности используют три способа производства, в основе которых лежат различные технологические приемы подготовки сырьевого материала: сухой и мокрый способы. Для каждого способа используется определенный вид оборудования и строго определенная последовательность операций.     Существуют следующие марки п.ц., выпускаемые промышленностью строительных материалов:

1. ПЦ 400 ДО и ПЦ 400 Д20.  Применяется для производства асбестоцементных изделий, строительства жилья, промышленных зданий и сооружений. 
2. ПЦ 500 ДО.  Применяется для строительства мостов, путепроводов, железобетонных труб, пролетных строений и блоков.
3. ПЦ 600 ДО.  Применяется для строительства мостов, туннелей, высокопрочных сооружений на объектах Министерства Обороны.

     1.2.  Производства по мокрому методу 

     Сырьем  при производстве цемента по мокрому способу являются следующие компоненты: карбонатный компонент—мел, силикатный компонент—глина, железосодержащие добавки—пиритные огарки, конверторный шлам, железистый продукт.  

     Типовая технологическая схема 

     Мел и глина добываются в карьерах экскаваторами.  Влажность глины—до 20%, мела—до 29%. 

       Глина грузится в автосамосвалы  и подается к глиноболтушкам, где производится приготовление  глиняного шлама. Глиняный шлам  из приемника перекачивается насосом в вертикальные бассейны.      Мел грузится экскаватором в думпкары.  Думпкары имеют двусторонние толкатели для сталкивания мела в бункер.  Из бункера мел с огарками по транспортеру поступает в мельницу самоизмельчения (гидрофол).  Одновременно в гидрофол подаются глиняный шлам (насосом или самотеком из вертикальных бассейнов), а также вода и ЛСТ.  Приготовленный шлам подается в вертикальный бассейн.  Отсюда шлам подается в сырьевую мельницу, в которой и происходит его помол.  Готовый шлам перекачивают в вертикальные шламобассейны, где происходит его корректировка. Откорректированная сырьевая смесь насосами перекачивается в горизонтальные бассейны, а оттуда—в следующие горизонтальные бассейны. Через шламовый питатель сырьевая смесь из бассейна подается в печи для обжига.     Количество подаваемого в печи сырья регулируется контрольным баком.  Скорость наполнения зависит от числа оборотов печи и от текучести шлама.  Контроль за качеством шлама ведет лаборатория.  Обеспыливание отходящих газов обычно происходит с помощью электрофильтров, которые работают в режиме автоматического регулирования.  Охлаждение клинкера из печей производится в колосниковых холодильниках или в рекуператорных.               Колосниковые холодильники имеют производительность около 70 т/ч. Температура клинкера на выходе из колосникового холодильника составляет не более 90 градусов.  Клинкер из печей с температурой 1250 градусов поступает в шахту холодильника, где установлены неподвижные колосники и резко охлаждается воздухом, подаваемым вентилятором высокого давления. Далее клинкер поступает на решетку, которая состоит из подвижных и неподвижных колосников.  Крутая передняя и пологая задняя полость колосников обеспечивают продвижение клинкера вперед и его интенсивное перемешивание. В разгрузочном конусе холодильника установлена встроенная дробилка для измельчения крупных кусков клинкера.      Рекуператорный холодильник имеет производительность 35 тонн в час.  Температура клинкера на выходе—не более 400 градусов.  В холодильнике имеется несколько барабанов, закрепленных по окружности корпуса, которые вращаются вместе с печью.        Со склада клинкер поступает с помощью мостового грейферного крана в бункера цементных мельниц.  Туда же подается гипс, откуда вся эта басня дозируется в цементные мельницы.  Для интенсификации процесса помола при производстве бездобавочных цементов на тарельчатый питатель подается лигносульфанат технический (ЛСТ) в количестве 0,01%.   Транспортировка готового цемента в цементные силоса производится пневмонасосами. Силос представляет собой железобетонную емкость диаметром около 10 м и высотой примерно 25-30 м.  Силосный склад цемента насчитывает обычно более десятка силосов.  Отгрузка цемента из цементных силосов производится в бункер для погрузки в автотранспорт или отгружается в железнодорожные вагоны.  Упаковка цемента в бумажные мешки (50 кг) производится упаковочными машинами.  Определение количества отгрузки цемента производится взвешиванием на железнодорожных весах.  

     1.3. Сухой и комбинированный  методы производства

     При сухом методе сырьевую шихту готовят в виде тонкоизмельченного сухого порошка, поэтому перед помолом или в процессе его сырьевые материалы высушивают. В отличие от мокрого производства (обжиг влажной смеси в печи), "сухой" предполагает сушку сырьевых компонентов с последующим их смешением и обжигом. Комбинированный способ может базироваться как на мокром, так и на сухом способе приготовления шихты. В первом случае сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, а затем обезвоживают на фильтрах до влажности 16-18 % и подают на обжиг в печи в виде полусухой массы. Во втором варианте сырьевую смесь готовят по сухому способу, а затем гранулируют с добавкой 10-14 % воды и подают на обжиг в виде гранул диаметром 10-15 мм. Каждый способ производства может быть реализован в виде нескольких технологических схем, отличающихся как последовательностью операций, так и видом используемого оборудования. Выбор конкретной схемы определяется свойствами перерабатываемого сырья (твердостью, однородностью, влажностью). Один из главных резервов снижения расхода топлива в производстве цемента — уменьшение влажности шлама. Каждый процент снижения влажности шлама позволяет снизить удельный расход топлива на обжиг клинкера в среднем на 117-146 кДж/кг, то есть на 1,7-2%. Удельный расход теплоты на обжиг при сухом способе составляет 2900-3750 кДж/кг клинкера, а при мокром — в два-три раза больше. При введении в сырьевой шлам доменных шлаков или зол ТЭС расход топлива снижается на 15-18%. При выпуске шлакопортландцемента экономия топлива дополнительно составляет в среднем 30-40 % по сравнению с чистоклинкерным портландцементом.        Основное преимущество сухого способа: снижение расхода теплоты на обжиг клинкера до 3,4–4,2МДж/кг уменьшение на 35 – 40% объёма печных газов, что в совокупности и обеспечивает более высокие технико-экономические показатели сухого способа. Однако возможности сухого способа существенно ограничиваются исходной влажностью сырья, так как измельчение материалов в существующих мельницах может проводится при влажности не более 1%. Поэтому измельчение исходного сырья имеющего влажность 20 – 25% связана с высокими расходами теплоты на сушку.   Сухой способ производства цемента является на сегодняшний день самой передовой технологией в производства цемента. К этому способу изготовления уже давно перешли на Западе.        Перспективным для цементных предприятий видится переход на "сухой" способ производства. Он, по подсчетам специалистов, эффективнее традиционного "мокрого" на 25-30% и обеспечивает 50% экономии топлива. Правда, для перехода на "сухой" способ производства в целом нужны инвестиции в объеме 50-55 млн. евро. Но при переходе на этот метод рост производства цемента уже в ближайшее время может составить более 15 млн. т. Достигается повышение эффективности в цементном производстве и благодаря рациональному использованию исходных компонентов.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Бетон и его основные характеристики

производства 

2.1. Способ приготовления и история бетона

     Термин  «искусственный камень» подчеркивает ту мысль, что человек, создавая этот строительный материал, подражал природе. Действительно, в результате выветривания из первичных горных пород образуются зернистые породы, которые впоследствии или в процессе отложения в реках или в морях скреплялись связующим (как, например, известковая вода или кремнекислота) в «бетон». Возникающие таким образом «природные горные породы» геологи обозначают термином «упрочненные осадки». Нам известны такие породы, как брекчии, конгломераты и смешанные конгломераты из осадочных и изверженных пород.         Что же касается принципа изготовления (т. е. скрепления вяжущим рыхлых пород), бетон — очень древний строительный материал. При археологических исследованиях поселения на правом берегу Дуная у Железных Ворот проф. Срежович обнаружил бетонные полы, сделанные из извести, песка, гравия и воды. Эти бетонные плиты имели толщину от 3 до 25 см. Возраст их был определен радиоуглеродным методом в 7000 лет!  Камни, скрепленные литым гнисом, использовались в сооружении построек в Междуречье; возраст их исчисляется в 6000 лет. Они обнаружены при раскопках в 1956—1957 гг.        Финикийцы и греки продолжали применять этот принцип при изготовлении плит до тех пор, пока римляне не создали такие крупные постройки, как гавани, мосты, в частности акведуки, и купола более 40 м в диаметре. Римляне принесли этот метод возведения крупных конструкций и в среднюю Европу. Они проложили 105-километровый водопровод из бетона, снабжавший колонию Клаудиа Агриппинензис, ставшую позже г. Кельном, свежей водой из Эйфеля. В качестве вяжущего здесь была использована смесь извести и трасса. Часть этого сооружения служила до недавнего времени.    О бетоне в сегодняшнем понимании значения этого слова говорят с тех пор, как существует минеральное вяжущее цемент. Обычно годом его изобретения считают 1844-й. Исторически это подтверждается лучше всего тем, что этот год рассматривается как дата завершения почти столетних поисков нового вяжущего, когда Исаак Чарльз Джонсон сформулировал два фундаментальных условия изготовления цемента:       - подбор правильного соотношения исходных компонентов;    - обжиг этих материалов до температуры спекания (начинающегося плавления) около 1450° С.           Новому вяжущему и новому строительному материалу пришлось преодолеть скепсис и предубеждения, но, несмотря на это, его развитие шло очень быстро. Бетон нашел применение прежде всего в больших фундаментах водохозяйственных и промышленных сооружений. Уже в тот период новый метод строительства привел к росту производительности труда. Одной из больших построек из этого строительного материала был памятник Битвы народов в Лейпциге (1900—1905 гг.). Для его фундамента использовано 120 тыс. м³ трамбованного бетона. С тех пор работы над бетоном материаловедческого и технологического характера не прекращаются. В паше время нет отрасли народного хозяйства, которая могла бы обойтись без бетона. Углубляющаяся специализация привела к тому, что к термину «бетон» стали добавлять слова, усложняющие восприятие этого термина.      От бетона, используемого в конструкциях и сооружениях, требуются определенные физические, а иногда и химические свойства. В большинстве случаев определяющим показателем является прочность. Были созданы виды бетона, обозначение которых по прочности при сжатии дается в кгс/см² (МПа) в стандартных условиях твердения.      Славу бетону как прогрессивному строительному материалу принесли его высокие механические свойства: долговечность, огнестойкость, легкая приспособляемость к любым формам и т. д. Но у него есть и недостатки, к которым в первую очередь нужно отнести его водопроницаемость. Этот недостаток особенно опасен в том случае, когда сооружение подвергается одностороннему воздействию сильного напора вод при их переменном уровне. Причина заключается в том, что водонепроницаемость является одной из самых сложных характеристик бетонов, зависящей от различных факторов. Однако тот опыт, который уже накоплен, может послужить основой для разработки и проведения мероприятий, способствующих повышению водонепроницаемости железобетонных сооружений.