Закономерности полусухого прессования кирпича и пустотелых камней

Формование сырца силикатного и глиняного кирпича полусухого прессования является основным технологическим переделом, в значительной мере обусловливающим качество изделий. Однако изучению закономерностей этого процесса не уделяется должного внимания, а недостаточность достоверной информации затрудняет разработку исходных требований для создания новых высокопроизводительных и экономичных прессов. Развитие теории прессования строительного кирпича имеет существенное значение для совершенствования конкретных технологических процессов на действующих предприятиях.

Для изучения процесса прессования могут быть успешно применены принципы физико-химической механики и закономерности поверхностных свойств дисперсных систем. В результате механической работы из рыхлой сырьевой смеси образуется прессовка — твердое тело, прочность которого обусловлена сближением и когезионно-адгезионным взаимодействием тонкодисперсных частиц и зерен смеси. Прочность сформованного тела пропорциональна числу контактов и силе взаимодействия в зоне контакта, которая определяется наличием на поверхности частиц заряда в виде остаточных молекулярных сил, дефектов структуры, разорванных связей, радикалов и особенно ОН-групп. Последние, легко образуя с водой водородные связи, придают системе эластичность. позволяющую существенно уменьшить силы трения при прессовании.

Выбор оптимальных параметров прессования возник в связи с необходимостью создания новых высокопроизводительных прессов для силикатных и керамических изделий. Существовало мнение, основанное якобы на зарубежном опыте, о необходимости прессования силикатного кирпича при удельном давлении 40—50 МПа, при этом фактору Еремени прессования должного внимания не уделялось. Однако испытания ряда современных зарубежных прессов (Дорстеиер 106/206, ПА-550. Крупп-Пнтертехник) показали другую картину. Установлено , что, обеспечивающие хороший внешний вид, высокую прочность кирпича и возможность формования высокопустотных изделий, эти прессы работают при удельном давлении в пределах 14—22 МПа. Время прессования для механических прессов составляет около двух секунд, а для гидравлических прессов от 3,5 до 8 с. Тот же параметр для отечественных прессов СМ-816 и СМС-152 равен 0,6— 0,7 с.

Длительность приложения нагрузки при прессовании и одновременное увеличение производительности прессов обеспечиваются применением многогнездовых пресс-форм (от & до 16 одинарных кирпичей и 5 или 10 камней двойного формата, прессуемых одновременно). Таким образом, конструирование прессов с повышенным удельным давлением (40—50 МПа) признано ошибочным.

Применение Ауд обеспечивает объективную характеристику процесса прессования и прессового агрегата вне зависимости от вида и размера изделий, их расположения и количества в пресс- форме.

Собственно процессу прессования предшествует засыпка формовочных коробок пресс-форм сырьевой смесью, хорошо дозированной и гомогенизированной, обладающей стабильными свойствами. В этой операции основным является обеспечение равномерной засыпки всех формовочных коробок сырьевой смесью, что достигается путем применения засыпных устройств с мешалками различных конструкций. Наиболее удачными оказались мешалки рамочного типа. Хорошие перспективы имеют устройства для заполнения пресс-форм с использованием вибродобудителей, в том числе и вибрация штампов в период заполнения.

В результате изучения процесса прессования кирпича и камней на гидравлическом прессе (максимальное усилие 6000 кН) с применением методики автоматической записи диаграмм давление — время и осадка — время установлена целесообразность выделения четырех этапов прессования, обладающих индивидуальными характеристиками (рис. 1).

Первый этап — интенсивная осадка смеси при движении штампов в пресс- форме, при этом происходит выравнивание плотности заполнения, что особе важно при применении штампов с пустотообразователями, и уплотнение смеси в коробках. На этом этапе происходит выход основного количества воздуха из смеси (75—80%), он характеризуется небольшим, ко все возрастающим расходом энергии.

Второй этап — образование сырца- кирпича в результате сближения тонкодисперсиых частиц и зерен смеси, заполнения межзернового пространства мелкими частицами и адгезнонно- когезионного взаимодействия. Этот этап прессования характеризуется дальнейшим ростом осадки Vi2 смеси (до 15), интенсивным ростом потребляемой мощности W, давления Р и работы прессования А. В тонкодисперспых смесях в прессовке происходит защемление и сжатие остаточного воздуха, в дисперсной системе возникают упругие напряжения. На этом этапе проявляется положительная роль воды в смеси— наличие на поверхности частиц пленок воды снижает внутреннее и внешнее трение.

Третий этап — время выдержки при максимальном давлении сырца, в течение которого происходит выход остаточного воздуха, смятие и заклинивание частиц, релаксация упругих напряжений, калибровка сырца. Осадка А3 незначительна—1—-15%, усилие прессования максимальное, желательное время 0,5—2 с, прирост работы прессования А3 является незначительным. Наличие третьего этапа, характеризуемого указанной величиной времени, позволяет получать высокое качество изделий при оптимальных величинах удельного давления прессования, равных 10—20 МПа.

Четвертый этап — сброс давления и выталкивание сырца. При недостаточном по времени третьем этапе возникает опасность возникновения остаточной упругой деформации сырца, а также вспучивание и расслоение в результате выхода сжатого воздуха. Усилие выталкивания зависит от ряда факторов: обшей площади боковых поверхностей изделий, коэффициента внешнего трения, влажности и дисперсности сырья, наличия уклона на футеровочных пластинах.

При образовании сырца в глубине пресс-формы, как это имеет место в прессах СМ-1085 и СМК-301, усилие выталкивания возрастает и возникают деструкционные дефекты в изделии. Поэтому наиболее целесообразным является одностороннее прессование снизу и применение верхнего неподвижного контрштампа. При необходимости двухстороннего прессования, что вызывается при использовании тонкодисперсных смесей, например для керамического кирпича, также рекомендуется применять основной ход штампа снизу, а сверху осуществлять подпрессовку на втором и третьем этапах прессования на глубину 5—10 мм.

Внедрение в пресс-форму верхнего штампа на небольшую глубину (до 10 мм) при двухстороннем прессовании, обеспечивающем более равноплотный сырец, не изменяет обшей картины прессования. Теоретические представ лени я об этапах компрессионного прессования относятся как к силикатному, так и керамическому кирпичу. Тенденции современной технологии строительного кирпича обоих видов способом полусухого прессования сближаются. С одной стороны, возникает необходимость прессования силикатного кирпича из тонкодисперсных смесей (золы ТЭС, кварцевые промышленные отходы), а в технологии керамического кирпича полусухого прессования весьма полезную роль может сыграть введение укрупняющих добавок (фракции 0,35—3 мм) техногенного или природного происхождения.

Рассмотренные этапы прессования наглядно проявляются при растянутом во времени процессе, так, для гидравлического пресса типа «Интертехник» при формовании одинарного кирпича он составляет 3—4 с, а для пустотелых камней 5—8 с. Несомненно, что при более сжатом цикле прессования, как это имеет место для механических прессов, выявленные этапы прессования менее четко выражены и могут частично совмещаться Друг с другом.

Ранее установлено, что линии одинакового давления — изобары — при одностороннем компрессионном формовании имеют куполообразную форму. Давление распространяется в вертикальном направлении, и это приводит к появлению и возрастанию сдвиговых усилий в нижней части изобары. При превышении сдвиговыми усилиями силы внутреннего трения нарушается сплошность сырца и возникает отслоение преимущественно угловых его частей (перепрессовка), то есть Р С Р ВЦ ,-гр.

На перепрессовку оказывают влияние следующие факторы. Увеличение скорости приложения нагрузки на втором этапе прессования увеличивает кривизну изобар и, соответственно, величину сдвиговых усилий. Кривизну изобар увеличивает применение смесей пониженной влажности, что также повышает вероятность перепрессовки. Перепреесовки может возникнуть и при уменьшении внутреннего трения, например при излишней влажности сырьевой смеси.

Учитывая, что для каждого пресса существует максимальная величина прессового усилия, например определяемая прочностью его деталей, можно ввести понятие идеальной диаграммы прессования