Производство сухих строительных смесей

 

Вяжущие вещества.

Основу подавляющего большинства сухих строительных смесей составляют минеральные вяжущие вещества и строительный песок (преимущественно кварцевого состава).

Наиболее распространены смеси на основе портландцемента, во многих случаях они содержат также гидратную известь, а иногда приготавливаются на смеси портландского и глинозёмистых цементов.

В отдельные группы выделяют смеси на основе гипсовых вяжущих веществ, известковые смеси (обычно, для реставрационных работ), смеси на основе редиспергируемых порошков органических вяжущих веществ (бесцементные).

 

Заполнители.

Кроме строительного (кварцевого) песка, заполнителями (преимущественный размер частиц >0,16 мм) для сухих строительных смесей могут быть пески из дроблёных горных пород или отсевов дробления (мрамора, известняков, доломитов, гранитов и др.), а также техногенные продукты (промышленные отходы) соответствующего состава и гранулометрии. Возможность применения техногенных продуктов в составе сухих строительных смесей в каждом конкретном случае должна быть подтверждена проведением исследований, определяющих уровень их строительно-технических и санитарно-химических свойств. Это требование справедливо и для тонкодисперсных наполнителей (преимущественный размер частиц <0,16 мм).

Модифицированные и немодифицированные смеси.

Суммарная доля минеральных вяжущих веществ, минеральных заполнителей и наполнителей в составе смесей (по массе) может достигать 95-98%. Или даже 100%, в этом случае речь идет о производстве так называемых немодифицированных сухих смесей, типа известковых и цементных гарцовок (смесей вяжущих и мелких заполнителей).

Немодифицированные смеси выпускаются в заводских условиях, в том числе и на заводах сухих строительных смесей. Однако перспектива развития отрасли связывается преимущественно с расширением производства модифицированных смесей. Такие смеси содержат в своём составе модифицирующие (функциональные) добавки, придающие сухим смесям, растворным смесям, полученным при затворении сухих смесей водой и затвердевшим растворам заданный уровень строительно-технических свойств. В этом случае сухие строительные смеси (сухие порошки) содержат все необходимые компоненты и требуют лишь смешения смеси с заданным количеством воды.

 

Требования к исходным материалам.

При проектировании составов сухих строительных смесей основными условиями обеспечения необходимого уровня свойств, как растворных смесей, так и затвердевших растворов, являются: выбор вяжущей системы (вяжущих веществ заданных характеристик, смесей вяжущих веществ), выбор вида и гранулометрии заполнителей и наполнителей и обоснование применения функциональных добавок. Эти три условия являются равноценными для гарантии получения заданного уровня свойств.

 

Требования к вяжущему.

Цементы. Большинство рецептур сухих строительных смесей базируются на применении портландцемента.

Цементы, рекомендуемые к применению, чаще всего являются высокопрочными (марка «500» и выше), быстротвердеющими (прочность в 2 сут. >25 МПа) и бездобавочными (ПЦ Д-0) и имеют удельную поверхность S>450 м²/кг. Именно такая характеристика цементов в большинстве случаев обеспечивает необходимую кинетику формирования свойств в условиях «тонкослойной технологии» при минимальном расходе функциональных добавок. Но иногда используют рядовые цементы с минеральными добавками.

Значительное количество рецептур базируется на применении глинозёмистых цементов, обеспечивающих быстрое нарастание прочности, а также смесей портландского и глинозёмистого (высокоглинозёмистого) цемента для обеспечения быстрого схватывания и ранней прочности.

В некоторых случаях применяют специальные цементы: декоративные, напрягающие и др.

Известь. Гидратная известь для сухих строительных смесей должна быть кальциевой (MgO<5%), в ней должны отсутствовать крупные частицы (>0,6 мм), содержание непогасившихся зёрен не должно превышать 2-3%, влажность - менее 5%.

 

Гипс.

Гипсовые вяжущие вещества перспективны для большой номенклатуры сухих строительных смесей: штукатурок, шпатлёвок, затирок, клеев для гипсобетонных блоков, смесей для устройства полов и др.

Основной продукцией производителей гипсовых вяжущих является гипс невысоких марок (Г-2-Г-6), однако на рынке присутствуют и гипсовые вяжущие высоких марок (Г-16-Г-22).

Свойства гипсовых сухих смесей определяются качеством гипсового вяжущего, поскольку его содержание в составе смеси 70-90%.

Гипс для сухих строительных смесей должен контролироваться по следующим показателям: марка, сроки схватывания, тонкость помола, влажность.

Свойства гипсовых сухих смесей дополнительно регулируются с помощью функциональных добавок, при этом учитываются сроки схватывания (замедление), пластические свойства, повышение трещиностойкости, прочности сцепления с основанием, водоудерживающие свойства и др.

В качестве гидравлического минерального вяжущего чаще всего используются портландцементы (белые и серые), быстротвердеющие высокоалюминатные цементы, aнгидритный  и полугидратный гипс, а также их комбинации. При совместной гидратации цемента и гипса образуется большое количество минерала, называемого эттрингит, наличие которого способно привести к разрушению материала, полученного из сухой смеси, поэтому такая комбинация находит ограниченное применение, например для устройства безусадочных полов с жесткой поверхностью. Гидратированная известь (пушонка) отверждается в результате реакции c двуокисью углерода (CO₂), а потому является воздушным вяжущим.

В настоящее время известь используется в качестве добавки (5 - 30%) к цементным материалам, позволяющей значительно улучшить перерабатываемость затворенного раствора, а в качестве основного вяжущего — только в специализированных составах, предназначенных для реставрации исторических зданий. Если наполнитель выбран правильно, то есть имеет невысокую пористость, плотную упаковку и достаточную собственную прочность, то прочность и плотность получаемой минеральной композиции зависят только от свойств вяжущего вещества. К сожалению, технические характеристики цемента, даже одного производителя, могут существенно варьировать от партии к партии, что ведет к изменению свойств сухой смеси при неизменной рецептуре. Несмотря на наличие в нашей стране огромного количества месторождений CaCO₃, существуют большие проблемы и с качеством извести.

 

Требования к заполнителям и наполнителям.

Обязательными компонентами практически всех сухих строительных смесей являются заполнители и наполнители - минеральные природные или искусственно приготовленные материалы определённого зернового состава. Они составляют до 70-80% всего объёма строительных растворных смесей и позволяют сократить расход вяжущих без заметного падения прочности растворов, а также уменьшить усадочные деформации цементного камня.

Заполнитель способствует релаксации (снятию) механических напряжений, возникающих в цементном камне вследствие усадки. Деформации смесей цемента с заполнителем снижаются примерно в 10 раз по сравнению с усадкой цементного камня.

Важнейшими характеристиками заполнителей, используемых в составе строительных сухих смесей, являются:  минералогический состав; зерновой состав, плотность зёрен,  насыпная плотность, влажность, наличие пылевидных и глинистых частиц, глины в комках и различных примесей.

К вредным примесям в песках, используемых в качестве заполнителей, относят аморфные разновидности кремнезёма (халцедон, опал, кремень и др.), сульфиды и сульфаты, слюду, галоидные соединения (NaCl и KCl), уголь и органические примеси.

В составе сухих строительных смесей в основном используются кварцевые пески. Важнейшими характеристиками заполнителей, определяющими технологические и строительно-технические свойства растворных смесей и растворов, являются:  зерновой состав, пустотность, водопотребность,  форма зёрен заполнителя.

Оптимальный, с точки зрения формирования свойств растворных смесей и растворов, гранулометрический состав заполнителя достигается, если его характеристика совпадает с «идеальной» кривой просеивания, соответствующей такому зерновому составу заполнителя, у которого упаковка зёрен наиболее плотная.

С целью улучшения фракционного состава заполнителя вместо того, чтобы увеличивать долю вяжущего, целесообразнее вводить наполнители - тонкодисперсные материалы с размером частиц 0,05-0,16 мм.

К особому виду наполнителей можно отнести волокна, которые могут быть как минерального происхождения (стекловолокна, базальтовые), так и органического (полипропиленовые, целлюлозные и др.). Волокна должны быть устойчивы по отношению к щелочной коррозии. Они вводятся в растворы в количестве до 1-1,5 кг/м3 для придания им увеличенной прочности при изгибе и растяжении, эластичности, тиксотропности и повышения устойчивости при вибрационных воздействиях.

 

Функциональные (модифицирующие) добавки.

На практике (даже при тщательном подборе состава и соотношения вяжущего, заполнителей и наполнителей) не удаётся получить весь комплекс заданных характеристик сухой смеси, и применение функциональных добавок разного назначения становится неизбежным.

Применение функциональных добавок для регулирования свойств растворных смесей и растворов является традиционным научно-техническим направлением в строительном материаловедении.

Основные требования к добавкам для сухих строительных смесей:

- добавка должна быть сухой и негигроскопичной; добавка должна хорошо распределяться в смеси при сухом смешении компонентов и быть к ним химически устойчивой; добавка должна быть быстрорастворимой или быстродиспергируемой: при затворении сухой смеси водой время растворения (диспергирования) добавки не должно превышать для разных составов 2-10 мин (20°С); добавка должна отвечать требованиям нетоксичности, пожаро-, взрыво- и химической опасности.

 

 

5  ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ЕГО ХАРАКТЕ РИСТИКИ

 

 

Отличием предлагаемых установок от существующих аналогов является широкое применение вибрационной техники.

Комплект оборудования производительностью 1 т/ч (4000 т/год) : узел за грузки; питатель шнековый; сушилка вибрационная с комплектом автома тики; элеватор с термостойкой лентой; сито вибрационное СВ2-0,9; дозатор ДВ-500 с комплектом автоматики, 4-мя питателями, шиберами, переход никами; дозатор добавок с комплектом автоматики; смеситель вибрацион ный СмВ-0,4; питатель винтовой ПВ-0,25/2; элеватор ленточный; машина фасовочная МФ; комплект электрооборудования; аэрация бункеров; фильтр; компрессор.

Комплект оборудования производительностью 2 т/ч (8000 т/год) : узел за грузки; конвейер ленточный; сушилка барабанная с комплектами автоматики и пылеочистки; конвейер винтовой; элеватор с термостойкой лентой; сито вибрационное СВ2-0,9; дозатор ДВ-800 с комплектом автоматики, 4 пита телями, шиберами, переходниками; дозатор добавок с комплектом авто матики; смеситель вибрационный СмВ- 0,4; питатель винтовой ПВ-0,25/2; элеватор ленточный ЛГ-125; сито вибрационное СВ-0,9; машина фасовочная МФ; комплект электрооборудования; аэрация бункеров; фильтр; компрессор.

Комплект оборудования производительностью 6 т/ч (20 000 т/год) : узел загрузки; конвейер ленточный; сушилка барабанная; конвейер винтовой (горячий песок) ; элеватор с термостойкой лентой; сито вибрационное СВ-0,75/2; бункер цемента; бункер песка; фильтр для цементного бункера; клапан предохранительный; датчик уровня; затвор шиберный с ручным приводом; питатель винтовой для песка; питатель винтовой для цемента; затвор дисковый с пневмоприводом; дозатор весовой; смеситель на 900 л; бункер готовой смеси; машина фасовочная.

Узел загрузки предназначен для приемки исходного песка, отделения из него кусков, по размеру превышающих 20 мм, и загрузки в бункер шнеков ого питателя. Грохот приводится в движение вибратором, просвет между его колосниками - 20 мм. Песок в приемный бункер засыпается авто погрузчиком. После включения вибрационного грохота мелкая фракция пес ка проваливается сквозь колосники в бункер шнекового питателя, а крупная - скатывается в воронку и далее в контейнер для некондиционной фракции.

 

Технические характеристики

Производительность, т/ч ...............................................................................  6

Вместимость приемного бункера, м³  .....................................................  0,5

Мощность, кВт.........................................................................................  0,37

Частота колебаний, Гц (кол/мин).................................................  23,4 (1400)

Габаритные размеры, мм..................................................  1864х1524х1680

Масса, кг................................................................................................  470

Питатель шнековый ПШ-0,63 предназначен для приемки, промежу точного хранения и последующей равномерной выдачи сыпучих материалов с регулируемой производительностью. Для работы с труднотранспор тируемыми продуктами (сырой песок) питатель снабжен ворошителем, имею щим индивидуальный привод.

Питатель разработан для подачи материалов в вибрационные сушилки СВТ-0,5 и ПЭВ-270. Может применяться в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Состоит из бункера, к нижней части которого прикреплен корпус, содер жащий шнек, установленный консольно в подшипниковом узле. Вращение шнека обеспечивается мотор-редуктором. Производительность питателя регу лируется выносным электронным блоком преобразования частоты. Питатель установлен на раме и снабжен патрубком для подачи материала.

 

Технические характеристики

Производительность при коэффициенте

заполнения, равном 1, м³/ч. .......................................................... 0,26-0,75