Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Использование торфа как сырья для производства строительных материалов Ю
1.1. Отраслевая классификация торфа с учетом минералогического состава 12
1.2. Применение легковесных теплоизоляционных материалов на основе торфа 16
1.3. Технологические особенности производства торфоблоков 29
1.4. Выводы по первой главе и постановка задач исследования 40
Глава 2. Характеристики исходных материалов и общая методология исследования 42
2.1. Характеристики вяжущих веществ 48
2.2. Свойства гипсового вяжущего 53
2.3. Шунгит как заполнитель для производства строительных материалов
2.4. Сырьевые компоненты для изготовления строительных материалов из торфа 60
2.5. Методика определения физико-химических и теплофизических свойств торфяного композита 63
2.6. Выводы по второй главе 67
Глава 3. Разработка композиционных материалов на основе торфа и гипса 68
3.1. Разработка технологических параметров получения торфогипсовой смеси "8
3.1.1. Исследование влияния интенсивности перемешивания торфогипсовой композиции на процесс структурообразования 70
3.1.2. Исследование метода формования торфогипсовой смеси
3.2. Исследование процесса структурообразования торфяного композита 76
3.3. Исследование свойств торфогипсовой композиции 79
3.4. Исследование процесса тепловой обработки торфогипсовых изделий 87
3.5. Выводы по третьей главе 93
Глава 4. Разработка и исследование торфоцементных строительных материалов 94
4.1. Разработка состава строительного материала из торфоцемента 95
4 1 1 Исследование водостойкости торфоцементных изделий 101
4.1.2. Определение морозостойкости торфоцемента ЮЗ
4.1.3. Определение плотности торфоцемента 105
4.2. Повышение огнестойкости композиционных материалов на основе торфа
4.2.1. Определение плотности торфошунгитовых образцов 111
4.3 Повышение огнестойкости строительных материалов 119
4.4. Выводы по четвертой главе 121
Глава 5. Разработка технологической схемы производства 123
5.1. Описание технологической схемы производства 130
5.2. Разработка производственной программы 133
5.3. Выводы по пятой главе 139
Основные выводы и результаты работы НО
Библиографический список 142
- Технологические особенности производства торфоблоков
- Шунгит как заполнитель для производства строительных материалов
- Исследование метода формования торфогипсовой смеси
- Повышение огнестойкости композиционных материалов на основе торфа
Введение к работе
Актуальность темы. Проблема производства строительных материалов с улучшенными физико-механическими и теплофизическими свойствами с использованием в качестве сырьевых компонентов некондиционных веществ и отходов промышленности была и остается объектом исследований видных ученых как нашей страны, так и зарубежных. Большинство материалов, применяемых в качестве теплоизоляции, производятся на основе полимеров. Полимерные теплоизоляционные материалы обладают рядом недостатков: невысокая долговечность при эксплуатации, невысокая адгезионная способность, они выделяют токсичные вещества при разложении и горении, а также имеют невысокую прочность при изгибе и при сжатии.
При создании строительных материалов многофункционального назначения мало внимания уделяется их экологической безопасности. Однако, этот показатель является одним из важнейших при возведении зданий жилищного назначения. Учет экологической безопасности строительных материалов на стадиях их производства и эксплуатации, должен быть определяющим фактором. Наиболее предпочтительным сырьевым компонентом для производства экологически безопасных строительных материалов с высокими теплофизическими характеристиками является торф. Строительные материалы из торфа обладают рядом положительных свойств и могут с успехом применяться в строительстве. Непереработанный торф, торфяная крошка, а также торфяные гранулы используются в качестве заполнителя для получения легких бетонов. При изготовлении стенового материала для малоэтажного строительства – саманный камень, кирпич, теплоизоляционные перегородки – в качестве заполнителя также используется торф. Торф применяется для изготовления вяжущих веществ в качестве активного наполнителя. Сотрудниками Томского государственного архитектурно-строительного университета разработан торфодревесный теплоизоляционный строительный материал на основе активированного низинного торфа с пенообразующими и армирующими добавками. Но наиболее распространенным способом применения торфа в нашей стране является изготовление торфяных теплоизоляционных изделий в виде плит, скорлуп и сегментов, используемых для теплоизоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре от -60 до +100 о С, а также в строительных конструкциях зданий-холодильников. Теплоизоляционные материалы на основе торфа применялись и применяются при строительстве жилых, общественных и промышленных зданий в городской и сельской местностях. Это плиты торфяные теплоизоляционные по ГОСТ 4861-74 (отменен), а также очень популярные в нашей стране торфодревесные блоки «Геокар». Анализ свойств торфа и строительных изделий на его основе показал перспективность применения этого природного материала в качестве сырья для производства. Расширение области применения торфа в качестве основного компонента при производстве строительно-теплоизоляционных материалов многофункционального назначения определило актуальность дальнейших исследований в данной области.
Потребности массового жилищного строительства в эффективных утеплителях необходимо удовлетворять продукцией отечественных производителей. Госстроем России в рамках Федеральной целевой программы «Жилище» 2002-2012 определена следующая потребность в эффективных теплоизоляционных материалах для строительства: при объемах нового строительства 80 млн. м2 жилой площади в год и реконструкции 20 млн. м2 понадобится около 18 млн. м3 теплоизоляционных материалов.
Тематика исследования данной работы соответствует перечню приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации от 20.05.2011 г. раздел «Рациональное природоиспользование». Реализация этого направления позволит повысить уровень и качество жизни населения за счет увеличения уровня экологической безопасности, восстановления и рационального использования ресурсов.
Цель работы. Разработка эффективных строительных материалов на основе торфа с улучшенными теплотехническими характеристиками, позволяющими применять их при возведении зданий жилого назначения.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- создание композиционного материала на основе торфа с высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками путем введения вяжущих веществ и заполнителей, обеспечивающих получение легких теплоизоляционных изделий плотностью не выше 500 кг/м3 и прочностью при сжатии не менее 5 МПа, а также конструкционно-теплоизоляционных изделий плотностью не выше 900 кг/м3 и прочностью при сжатии не менее 10 МПа с коэффициентом теплопроводности не более 0,08 Вт / м К и классом горючести не ниже Г2;
- исследование свойств строительных теплоизоляционных материалов на основе торфа, подбор состава и технологических параметров получения мелких и штучных изделий, с применением природных вяжущих веществ и заполнителей;
- изучение физико-механических характеристик полученных строительных материалов и изделий: средняя плотность, прочность при сжатии и при изгибе, теплопроводность, морозостойкость и водопоглощение;
- исследование влияния добавок, повышающих физико-технические свойства изделий из торфа. Повышение температуры воспламенения путем введения шунгита в состав композита;
- разработка технологической схемы и технических условий производства теплоизоляционных строительных материалов и изделий из торфа для возведения зданий жилого назначения;
- расчет экономической эффективности при выпуске продукции;
- внедрение результатов теоретических и экспериментальных исследований в производство и выпуск опытной партии строительных материалов из торфа.
Научная новизна
- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность создания строительных материалов и изделий из торфа;
- исследовано влияние технических параметров компонентов и технологии изготовления на физико-механические свойства готовых изделий на основе торфа с целью их прогнозирования;
- научно обоснована целесообразность использования вяжущих – гипса и цемента и заполнителя - шунгита для получения композиционных материалов на основе торфа с высокими строительно-эксплуатационными свойствами – прочностью, морозостойкостью, водопоглощением, огнестойкостью;
- исследована структура разработанных композиционных материалов на основе торфа с целью прогнозирования физико-технических показателей (прочность, морозостойкость, водопоглощение).
Практическая ценность
- разработан высокоэффективный экологически безопасный и трудносгораемый теплоизоляционный строительный материал на основе торфа, обладающий плотностью не более 500 кг/м3, прочностью при сжатии не менее 5 МПа, который может быть использован в качестве утеплителя при возведении зданий жилого и сельскохозяйственного назначений, а также конструкционно-теплоизоляционный материал плотностью не выше 900 кг/м3, прочностью при сжатии не менее 10 МПа, коэффициентом теплопроводности до 0,08 Вт / м К, классом горючести Г 2, маркой по морозостойкости F15 и низким водопоглощением (коэффициент размягчения 0,5), который может быть использован в качестве стенового ограждения малоэтажных зданий;
- предложены составы композиций для производства строительных изделий конструкционно-теплоизоляционного назначения из торфа с использованием в качестве вяжущих веществ гипса и цемента, а в качестве заполнителя – шунгита, который позволяет повысить огнестойкость материалов;
- разработана технология производства торфяных штучных теплоизоляционных материалов с подбором необходимого оборудования для их выпуска, которая внедрена на существующей производственной базе ОАО «Южа – Торф» и позволяет получать материал с заранее заданными свойствами.
Реализация результатов
Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также техническое задание и технологическая схема с подбором необходимого оборудования внедрены в производство на ОАО «Южа - Торф» а также в ОАО институт «Ивановопроект» и ЗАО «Ивановский Проектный институт по градостроительству, промышленности и изысканиям №6», диссертант награждена дипломом IV Ивановского инновационного салона «Инновации – 2007».
На защиту выносятся
- результаты теоретических и экспериментальных исследований структурной модификации строительных материалов многофункционального назначения на основе торфа с использованием вяжущих веществ и заполнителей;
- результаты исследования влияния состава торф - минеральное связующее - активный заполнитель на свойства строительных изделий конструкционно-теплоизоляционного назначения;
- технологическая схема производства строительных материалов и изделий из торфа с подбором необходимого оборудования методом полусухого прессования без последующей термической обработки;
- новый состав строительных материалов повышенной огнестойкости на основе торфа плотностью не более 900 кг/м3 и прочностью при сжатии до 10 МПа.
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях: XI Международная научно –техническая конференция «Информационная среда вуза», г. Иваново 2005 г., XV Международная научно – техническая конференция «Информационная среда вуза», г. Иваново 2008 г., XVII Международная научно – техническая конференция «Информационная среда вуза», г. Иваново 2010 г., XVIII Международная научно – техническая конференция «Информационная среда вуза», г. Иваново 2011 г., V научая конференция аспирантов и соискателей ИГАСУ, г. Иваново, 2007.
Публикации
По результатам диссертационной работы опубликовано 14 печатных трудов, включая материалы вузовских, международно-технических конференций, а также 3 статьи в изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определенных ВАК РФ.
Структура и объем работы
Технологические особенности производства торфоблоков
Легковесными строительными материалами называются изделия с плотностью не более 1800 кг/м . Наряду с низкой плотностью такие строительные материалы обладают достаточно малой теплопроводностью, что обеспечивает целесообразность их применения в качестве теплоизолирующих. Кроме того, строительные материалы на основе торфа обладают удовлетворительными прочностными свойствами и долговечны. Высокая долговечность строительных материалов из торфа должна быть обеспечена на стадии их проектирования и изготовления путем правильного выбора всех исходных сырьевых компонентов.
Долговечность строительных материалов на основе торфа также можно повысить, учитывая условия их работы в зданиях и сооружениях [52, 57, 64, 65]. В свою очередь, долговечность обусловлена составом и свойствами исходных компонентов (вяжущее, добавки, заполнители), а также технологическими приемами обработки смеси в условиях последующего твердения. При получении строительных материалов на основе торфа особую роль играет структура этого материала. В этой связи особое значение приобретает изучение физико-химических явлений в процессе деформирования и разрушения материалов. Следует отметить, что физико-химическая механика является научной основой для оптимизации технологии получения различных строительных и конструкционных материалов, а также высокоэффективных солеустойчивых гидротермальных растворов, пластичных дисперсных систем, высокопрочных металлов и так далее [84]. Высокостойкие строительные материалы на основе полимеров с высокодисперсными заполнителями находят широкое применение во многих отраслях промышленности.
Для получения дисперсных структур, твердых тел и материалов с заранее заданными свойствами первостепенное значение имеет определение механизма образования внутренних связей в исходном материале. В физико-химической механике различают жидкообразные структурирования и твердообразные условно мастичные коагуляционные структуры, а также конденсационно-кристаллизационные, когезионные, адгезионные структуры срастания и переплетения [109, ПО]. Управление структурой при получении строительного материала позволяет прогнозировать свойства конечного продукта.
В торфяных системах коагуляционные структуры образуются на обломках переплетения узлов, состоящих из остатков волокон растений-торфообразователей, а также их надмолекулярных образований (ассоциатов) продуктов распада [72,108]. В торфе взаимодействие между элементами пространственной сетки осуществляется непосредственно через функциональные группы за счет водородных связей. Этот процесс может протекать также через молекулы воды и ионы многовалентных металлов. Роль фазовых контактов непосредственно в связи со слабо выраженной гетерогенностью торфяных систем несущественна [68, 80, 86]. Из торфа изготавливают настилочные материалы для полов во влажных помещениях, используя его гидрофобизирующие свойства. Гидрофобизирующее действие торфа обеспечивается веществами, имеющими ярко выраженное ассиметрично-полярное строение. Торф в качестве гидрофобирующей добавки вводится в состав цемента в процессе помола. Гидрофобизирующее действие торфа, используемого в качестве добавки, объясняется тем, что в нем молекулярно ориентированы собственные полярные группы по отношению к частицам вяжущего вещества, например, цемента, и зернам заполнителя, которые адсорбируются ионами кальция. В свою очередь, гидрофобные углеводородные радикалы обращенные наружу, при взаимодействии с цементом, улучшают его свойства. Частицы цемента обволакиваются водоотталкивающим молекулярным «ворсом», и смачиваемость его водой значительно уменьшается [29].
Разработан новый способ гидрофобизации минеральных вяжущих материалов, из которых можно изготавливать строительные изделия [119]. Суть способа заключается в том, что в материал вводятся соединения, выделяемые из торфяного сырья, а затем для придания минеральному вяжущему составу максимального водоотталкивающего эффекта производится активация органоминеральной смеси. При такой обработке на внешней поверхности цементных частиц образуется защитная водоотталкивающая пленка. Подобный способ обработки позволяет придать влагостойкость и другим дисперсным сыпучим вяжущим материалам (известь, гипс, песок и так далее).
Полученные таким образом строительные материалы обладают высокой степенью смачивания. Этот показатель не оказывает влияния на эффективность процесса перемешивания при изготовлении бетонов и растворов на основе цемента. После интенсивного механического перемешивания происходит нормальное твердение, а сроки схватывания не нарушаются. Отмечено, что при приготовлении строительных растворов или бетонов целостность гидрофобной пленки нарушается, так как в процессе перемешивания гидрофобная пленка распределяется по всему объему материала, создавая тем самым так называемый «защитный барьер» от проникновения влаги внутрь цементного камня. Эффективность гидрофобизирующего барьера зависит от того, насколько равномерно и упорядоченно гидрофобная пленка распределяется в объеме раствора. При вибрационном уплотнении бетона основная часть добавок перемещается в верхние слои, что еще больше увеличивает водоотталкивающие свойства поверхности бетона. Вода на поверхности строительных материалов может находиться длительное время в свободном виде, не проникая в уже затвердевший цементный камень.
Водоотталкивающие етроительные материалы на основе таких цементов могут быть применены для строительства зданий и сооружений во влажных климатических условиях [48].
Предложен способ получения легковесных пустотелых заполнителей для производства легких бетонов на основе торфа и глины [65, 66, 133]. Технологическая схема получения пустотелого глинистого заполнителя на основе торфа представлена на рис. 1.1.
Приблизительно по такой же технологии можно получить торфяные гранулы для адсорбирования нефтепродуктов. При обжиге находящийся в шарообразных капсулах торф выгорает. В результате такого высокотемпературного обжига получаются высокопористые сферические частицы крупностью от 10 до 20 мм (рис. 1.2). Из полученных пустотелых заполнителей можно получать различные композиционные материалы. Так, например, получают легкие бетоны (рис. 1.3).
Шунгит как заполнитель для производства строительных материалов
Следует отметить, что этапы представленной схемы не следуют один за другим в строгой последовательности, а происходит их наложение.
Водопотребность гипсовых вяжущих веществ зависит от способа их получения, формы и размеров кристаллов, плотности сростков, тонкости помола, наличия примесей и так далее. Количество воды затворения колеблется в пределах 50.. .70 %, для гипса, применяемого в строительстве 30... 40 %. Для гидратации полу водного гипса с переходом в двухводный необходимо 18,6 % воды от его массы. Избыточное количество воды накапливается в порах затвердевшего гипсового камня, а затем испаряется. В результате этого, затвердевший гипс имеет пористую структуру, которая составляет 40...60 %. В соответствии с этим механизмом твердения, плотность полученных гипсовых изделий зависит от количества воды затворения.
Строительный гипс является воздушным вяжущим, его не применяют при возведении зданий, находящихся в сырых климатических условиях. При соприкосновении с водой происходит растворение двухводного гипса, что приводит к разрушению кристаллической решётки. На гипсовый камень отрицательно влияет попеременное замораживание и оттаивание. Причиной небольшой водостойкости гипсовых изделий является так называемое расклинивающее действие водных плёнок, разъединяющее отдельные элементы его кристаллической структуры. В последние годы появились различные способы повышения водостойкости гипсовых строительных материалов и изделий [18, 88, 99] путем введения различных добавок. Благодаря этим приёмам, гипс и строительные материалы на основе гипсового вяжущего приобретают водостойкость.
Производство гипсовых вяжущих веществ, по сравнению с другими, является экологически эффективным [146]. Эффективность производства этого вяжущего проявляется и в экономическом плане. По отношению к основному вяжущему (цемент), гипс обладает высокими технологическими и эксплуатационными свойствами для производства номенклатуры строительных материалов и изделий.
Современный взгляд на экологическую обстановку окружающей среды и среды обитания человека обнаруживает у цементных вяжущих ряд существенных недостатков. К ним относятся значительное потребление природных ресурсов, высокотемпературная технология, энергоёмкость производства, загрязнение окружающей среды продуктами выбросов и ряд других факторов.
Несмотря на перечисленные недостатки, цементное вяжущее обладает и рядом преимуществ, свойственных только этому, широко применяемому в строительстве материалу.
Материалы, изготовленные с применением гипсового вяжущего, обладают целым комплексом положительных свойств. К ним относятся поддержание равновесной влажности воздуха и воздушной среды в помещении, способность при нагреве затвердевшего гипса выделять примерно 10 % химически связанной воды, тем самым предотвращая возгорание материала. Химические свойства двугидрата сульфата кальция являются основой для получения из него изделий с неизменной кристаллической решёткой, то есть: Т1 10... 180 1,5Н20 CaS042H20 CaS040,5H2O — CaS042Н20, (2.2) где первое - гипсовый камень, второе - вяжущее вещество, а третье -гипсовое изделие. При производстве строительных материалов и изделий особое внимание уделяется экологии, так как ж ильё являет ся средой обитания человека. Экологическая безопасность строительных материалов является важнейшим фактором при возведении зданий как жилищного, так и промышленного назначения. В этой связи актуальными становятся вопросы производства строительных материалов, обеспечивающих максимально комфортные условия для проживания человека. Тем более, что изделия на основе гипса и торфа относятся к возобновляемым. Гипс является прекрасным материалом с точки зрения утилизации, так как, пройдя предварительную термическую обработку, он приобретает свои первоначальные вяжущие свойства. Современная экологическая ситуация в России заставляет нас задуматься над проблемой рационального использования природного потенциала и искать возможности утилизации больщинства строительных материалов с целью их воспроизводства.
Одним из перспективных видов сырья для производства эффективных заполнителей является шунгитовый сланец. Применение шунгитового сланца в качестве сырья для производства, например, шунгизитового гравия как заполнителя бетонов позволило решить проблему крупнопанельного домостроения для ряда районов, богатых этим минералом. Шунгитовые сланцы имеют высокие коэффициент вспучивания (3,5. ..10) и механическую прочность.
Шунгит представляет собой композит, в состав которого входят окислы различных веществ (табл.2.3).
Как видно из табл.2.3, химический состав щунгита зависит от его месторождения и отличается содержанием основных компонентов Si02, FeO, +Fe20з. Эти соединения оказывают существенное влияние на эффективность вспучивания шунгита при обжиге. Они также влияют на процессы порообразования, структурную прочность шунгизитового гравия, а также на температурный интервал вспучивания.
Исследование метода формования торфогипсовой смеси
С увеличением содержания торфа снижается прочность композиции, что объясняется меньшей связанностью волокон торфа. Из-за недостатка гипсового вяжущего уменьшается количество непосредственных контактов частиц торфа в композиции. Система композита становится подвижной, что способствует развитию дефектов в объёме затвердевшего образца. При повышении плотности за счёт увеличения количества вяжущего наблюдается возрастание связанности структуры, то есть повышение прочности. Возникающие при этом усадочные напряжения невелики и компенсируются прочностью пространственного каркаса из вяжущего.
Введение заполнителя в гипсовый камень оптимального фазового состава, например, золы ТЭС, приводит к снижению прочности. Если же фазовый состав заполнителя не является оптимальным, то вначале механическая прочность торфогипсового камня возрастает до некоторого максимума, а затем снижается. Чем менее плотным является заполнитель, тем интенсивнее происходит снижение прочности торфогипсового композита. Таким образом, была установлена строгая взаимосвязь между составом и свойствами данного материала. Изменение состава композита приводит к структурным преобразованиям, возникающим под влиянием внутренних и внешних факторов.
Существенное влияние на физико-механические свойства композита оказывает гранулометрический состав фрезерного торфа. В обычных бетонах гранулометрический состав заполнителя влияет на количество воды затворения, необходимое для получения его соответствующей удобоукладываемости. Рост доли мелкой фракции заполнителя требует повышения расхода воды и, как следствие, расхода вяжущего вещества. Это является необходимым условием для получения заданных класса и марки бетона. Поэтому, для заданной удобоукладываемости, раз меры кусков крупного заполнителя и их содержание в заданной смеси должны быть максимально оптимальными.
Этот принцип справедлив также для торфогипсовой композиции. Однако, в данном случае следует учитывать ряд дополнительных факторов, таких как плотность и прочность частиц фрезерного торфа, а также модуль деформации. Эти показатели снижаются при уменьшении крупности частиц фрезерного торфа. Применение крупных фракций фрезерного торфа снижает прочность композиционного материала. Это объясняется тем, что крупные частицы торфа способствуют получению пористой матрицы.
Наличие мелких частиц, размеры которых ниже предельного значения, также приводит к уменьшению прочности композита. Однако, существует некоторое значение поликомпонентных частиц по размерам, при котором повышается прочность композита с одновременным ростом его плотности.
Обычные теплоизоляционные и конструкционно-теплоизоляционные бетоны изготавливаются на пористых заполнителях с предельной крупностью кусков до 40 мм. При предельной крупности заполнителя (размер частиц до 10 мм) получаются мелкозернистые бетоны. Из таких бетонов изготавливаются несущие конструкции ограждающих элементов, а также они используются при заделке швов зданий и сооружений.
Для высокопрочных лёгких бетонов предельный размер крупного заполнителя не должен превышать 20 мм [66, 103, 156]. Вместо крупных фракций в лёгких бетонах допускается использовать заполнитель с размерами частиц 3... 10 мм.
Результаты экспериментальных исследований показали, что для достижения необходимых физико-механических свойств торфогипсового композита следует применять частицы торфа размерами до 5 мм. Увеличение размеров торфяного заполнителя больше указанного приводит к резкому снижению прочностных характеристик конечного продукта. Это объясняется перераспределением внутренних усилий в композите, который в значительной мере зависит от соотношения жесткостей или модулей деформации его компонентов. Частицы торфяного заполнителя менее жёсткие, чем обволакивающая их гипсовая матрица. Если модуль деформации частиц торфа ниже модуля затвердевшего гипсового камня, то торфогипсовый композит практически не может достичь прочности вяжущего. Следовательно, с увеличением модуля деформации торфяного заполнителя, возрастает прочность изготовленного на его основе композиционного материала. Гранулометрический состав фрезерного торфа в зависимости от степени разложения и разрабатываемого слоя залежи может в значительной мере изменяться. Гранулометрический состав торфа также зависит от типа уборочной машины, которую используют в карьерах его добычи. Ниже приводится гранулометрический состав торфа в зависимости от применяемого типа уборочной машины (табл. 3.6).
Повышение огнестойкости композиционных материалов на основе торфа
Мокрый способ производства включает смешивание предварительно измельчённого торфа с большим количеством воды и последующее удаление её в процессе прессования и сушки готовых изделий. Избыток воды придаёт пластичность волокнам торфа, а также способствует образованию равноплотного волокнистого каркаса. Вода также способствует процессу гидролиза углеводов, образующихся в торфе при нагревании. Образующиеся водорастворимые продукты гидролиза повышают вязкость волокон торфа, и тем самым оказывают положительное влияние на прочность отпрессованных изделий.
В технологии производства процесс подготовки сырья является важной операцией, влияющей на качество конечного продукта. Торф-сырец, поставляемый на предприятие с карьера, должен представлять собой однородную массу и характеризоваться необходимой степенью разложения. Для достижения этой цели в сырьевом отделении предприятия-производителя его усредняют путём добавления торфа различных возрастов. Также в сырьевом отделении из торфа удаляют крупные древесные и другие включения. Затем торф измельчают (расчёсывают) для изменения гранулометрического состава и удельной поверхности волокон. Эту операцию проводят в волк-машине, представляющей из себя волновую зубчатую дробилку.
Приготовление торфяной массы включает следующие операции: - затворение с водой предварительно измельчённого торфа в варочном котле при температуре 50.. .55 С (варка гидромассы); - пропитка гидромассы химическими веществами для улучщения качества готовых изделий.
Большое количество воды затворения в торфяной массе (концентрация торфа в гидромассе не более 6%) способствует дополнительному расщеплению волокон. Кроме этого, обеспечивается наибольшая однородность смеси и равноплотность готовых изделий, а также получение мелкопористой структуры готовых изделий. Варка гидромассы заключается в прогреве её острым паром и выдерживании при заданной температуре в течение 20...30 минут. При таких условиях обеспечиваются улучшение процесса расщепления волокон торфа и ускорение процесса свёртывания коллоидов, что существенно облегчает обезвоживание изделий при формовании и сушке.
Для обеспечения качества плит в процессе варки гидромассы в неё вводят гидрофобизаторы (4...5% по массе на сухой торф), антиперены (10... 15%) и антисептики. Формование плит производится в гидравлических прессах. Для прессования изделий применяют металлические формы с дырчатыми поддонами. Удельное давление прессования обычно составляет 1,0 кН. Процесс прессования многостадийный. В начальный момент прессования вся внешняя нагрузка действует на частицы торфа. В конце прессования отжим воды прекращается, и вся внешняя нагрузка воспринимается твёрдой фазой, то есть торфом.
Качество плит зависит от интенсивности прессования. С увеличением продолжительности прессования часть защемлённого воздуха замещается водой, вследствие чего количество газовой фазы в плите уменьшается, а количество свободной влаги увеличивается. Применение интенсивного прессования, непродолжительного по времени, вследствие имеющегося при этом упругого воздействия воздуха, приводит к существенному снижению влажности, что в свою очередь приводит к сокращению расхода тепла на сушку готовых изделий.
Тепловая обработка торфяных плит предназначена для снижения начальной влажности с 80...85 % до 10...20 % путём испарения воды. Предполагается, что отдельные волокна торфа при этом сближаются, склеиваются в местах контакта выделяющимися из торфа смолообразными продуктами.
Сушат готовые торфяные плиты на поддонах в установках туннельного типа при температуре теплоносителя (воздух или газовоздушная смесь) 150... 160 С. Продолжительность процесса сушки плит зависит от их начальной влажности и составляет в среднем 24...32 часа. После сушки плит производится их обработка. Плиты отправляют на склад готовых изделий, где они остывают и приобретают равновесную влажность 12... 15 %. Для изготовления блоков плиты склеивают, нанося на их поверхность расплавленный битум. Таким образом можно получить блоки толщиной 60.. .90 мм.
Сухой способ производства плит торфяных теплоизоляционных коренным образом отличается от мокрого и сводится к процессу прессования. При этом способе производства торф подвергается предварительной подсушке до влажности 40...50 %, а процесс подготовки сырья заключается в усреднении размеров частиц и измельчении. После прессования такой массы, готовые изделия подвергаются сушке в течение 28 суток. Как было ранее отмечено, и сухой и мокрый способы получения материалов из торфа энергоёмки и требуют дополнительной продолжительной сушки.
