NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ GẠCH ĐỎ XÂY DỰNG.DOC

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ GẠCH ĐỎ XÂY DỰNG

Lời mở đầu

Chơng I: những vấn đề chung về gạch đỏ xây dựng 1.1 Các tính chất của vật liệu

1.1.1 Đất sét:

Trong sản xuất gạch ngời ta sử dụng chủ yếu là nguyên vật liệu đất sét dễ cháy; khoáng đất sét, đá phiến sét(aciglit), á sét( sét pha) và đất hoang thổ v vv

Trong kĩ thuật cần hiểu rằng đất sét là loại đa khoáng hợp lại, có độ phân tán cao nó đợc tạo nên do sự phong hoá của các mảnh vỡ quặng trầm tích và thuộc loại hydrôalumôsilicát, có khả năng khi nhào trộn với nớc hình thành khối vữa dẻo, khối vữa này duy trì đợc hình dáng của mình sau khi ngừng tác dụng lực, có đợc độ bền nhất định sau khi sấy và có các tính chất nh đá sau khi nung.

Nguyên liệu sét là sản phẩm phong hoá của các khoáng đá trầm tích; bao gồm chủ yếu từ các khoáng sét nh : caolinnít, môntmôrilônhít, mômôtermit, thủy mica, galuadít v v

Đất sét đợc tạo nên do quá trình phân huỷ vỏ trái đất, là sản phẩm phân huỷ và tác động tơng hỗ với nớc của nhóm khoáng fenspat (granít, đá nai, focfia) và của một số khoáng khác( tro núi lửa) Sự phân huỷ đó xảy ra do tác động nhiều năm của tác nhân khi quyển( không khí, ma gió, mặt trời, băng tuyết v vv), lý hoá, sinh hoá xảy ra trên bề mặt quả đất có thể biểu diễn đơn

Ngời ta thấy rằng thành phần vật chất của đất sét gồm có sự tham gia của vật chất sét và các tạp chất.

+ Thành phần hạt - của đất sét đợc gọi là phần trăm hàm lợng các hạt có

trị số khác nhau trong các khoáng đất sét.

- Thành phần hạt của đất sét thờng sử dụng trong công nghệ gốm sứ nói chung và gốm sứ xâydựng nói riêng bao gồm sáu loại cỡ hạt kích thớc khac trầm tích của khoáng nguyên sinh (quắc, trờng thạch mi ca v vv) Cỡ hạt 10 ữ 5àm cũng là các sản phẩm trầm tích của khoáng nguyên sinh đồng thời cũng là sản phẩm trầm tích của khoáng thứ sinh với số lợng ít hơn ; các cỡ hạt nhỏ hơn 5àm phần lớn ở dạng khoáng sét (caolinnít, môntmôrilônhit) và các loại khoáng thứ sinh khác Trong đất sét phần vật chất sét thờng là khoáng thuộc nhóm môntmôrilônhit, chúng có độ phân tán mịn hơn so với caolinnít.

- Nếu hàm lợng của Al2O3 và Fe2O3 tăng thì hàm lợng của SiO2 giảm Nếu tiếp tục phân chia các hạt đất sét thì các phần hạt nhỏ hơn 1àm thờng chứa lợng Al2O3 và Fe2O3 với số lợng hầu nh bằng nhau Trong những nhóm hạt

có kích thớc nhỏ hơn nữa hàm lợng Fe2O3, K2O và các chất mùn tăng lên do hàm lợng CaO và N2O giảm.

- Các hạt kích thớc nhỏ hơn 5àm là phần vật chất sét, chúng quyết định các tính chất cơ bản của nguyên liệu sét Tăng hàm lợng của những hạt có kích thớc nhỏ hơn 1àm làm cho đất sét khó tan rữa trong nớc, độ dẻo và độ nhạy khi sấy tăng, độ co không khí và co toàn phần tăng Với các loại đất sét này ngời ta thờng đa vào những vật liệu gày - cát, samốt v vv Hàm l-ợng vật chất sét trong nguyên liệu để sản xuất các loại khối đá gốm không đợc nhỏ hơn 30% Tăng hàm lợng của các nhóm hạt bụi trong đất sét làm tăng độ nhạy của đất sét đối với quá trình sấy và nung, làm giảm độ bền của sản phẩm.

- Đặc trng của nguyên liệu sét phụ thuộc vào hàm lợng của các nhóm hạt sét, hạt bụi, hạt cát đợc giới thiệu trong bảng 5

- Đất sét hoang thổ, các loại đất sét dạng hoang thổ và các loại á sét (sét pha) là các dạng khác nhau của nguyên liệu sét, trong đó nhóm hạt dạng bụi chủ yếu là ôxyt silic, cácbonát, canxi, ôxyt sắt Vì cấu trúc của các loại đất dạng hoang thổ (cấu trúc hạt, cấu trúc tập hợp và cấu trúc hạt - tập hợp)

hoang thổ thờng chứa các phần sét, chúng phân bố thành màng mỏng (2 ữ 30àm) trên bề mặt các hạt Các loại đất sét hoang thổ chứa các phần vật chất sét là caolinnít, chúng có cấu trúc hạt, độ rỗng cao khối lợng thể tích nhỏ, dễ tan ra trong nớc, các loại đất hoang thổ phần vật chất hạt sét là môntmôrilônhít, chúng có cấu trúc tập hợp và đôi khi co cấu trúc hạt - tập hợp Chiều dày của màng sét là 2 ữ 10àm Các vi tập hợp kích thớc 500 ữ 5àm bền nớc hơn Các loại đất sét hoang thổ, phần hạt sét chủ yếu là mica, ngoài ra còn có chứa caolinnít và môntmôrilônhít thì có cấu trúc hạt cũng nh cấu trúc hạt - tập hợp Các khoáng sét và các ôxyt sắt tham gia vào thành phần của đất hoang thổ và các nhóm hạt mịn 5 ữ 1àm.

- Độ ẩm tự nhiên của các loại đất hoang thổ và các loại đất sét dạng hoang thổ từ 6 ữ 12%, các loại đất sét thờng các loại á sét và cát pha - dới 18%, của các loại đất sét dạng dải liên kết kém chặt chẽ - dới 35%

- Các vật liệu sét có khôi lợng thể tích dao động lớn đáng kê từ 11000 đến 2000 kg/m3 độ dẫn nhiệt từ 0,2326 đến 0,818 W/m.°C, nhiệt dùng dao động từ 0,7536 đến 0,9211 KJ/kg.°C.

- Các vật liệu sét để sản xuất gạch và khối đá gốm cần có tính tạo hình tốt (trị số dẻo không nhỏ hơn 7), phải đảm bảo sấy và nung không bị biến dạng và nứt có độ co không khí không lớn hơn 6% đối với đất sét gầy, 6 ữ 10% đối với đất sét dẻo và lớn hơn 10% đối với đất dẻo cao (trị số dẻo 15ữ25), phải đảm bảo sau khi nung sản phẩm có độ rỗng xốp theo yêu cầu và các tính chất khác của sản phẩm (theo các yêu cầu của tiêu chuẩn chất l-ợng

1.1.2 Vật liệu phụ gia

- Trong sản xuất sản gạch, ngoài nguyên liệu sét, ngời ta còn sử dụng các loại vật liệu phụ gia, chúng đợc chia ra các loại:

+ Các loại phụ gia cải thiện tính chất tạo hình của phối liệu (đất sét có độ dẻo cao, các chất hoạt tính bề mặt);

+ Các loại phụ gia cải thiện điều kiện nung (tro, nhiệt điện, xỉ, than đá) ; + Các loại phụ gia cải thiện tính chất sấy (samốt, cát, đất sét khử nớc, mùn ca).

+ Các loại phụ gia làm tăng độ bền cơ cho sản phẩm (mảnh vỡ thuỷ tinh, quặng pyrit, quặng sắt.

+ Các loại phụ gia có ý nghĩa chuyên dùng để cải thiện màu sắc của sản phẩm, ngăn cản quá trình bạc màu, làm trung hoà ảnh hởng của các tạp chất tự nhiên có trong đất sét những chất nhuộm màu thuỷ tinh lỏng v vv )

+ Các phụ gia gầy không chứa các hạt lớn (trên 2 mm) và hàm lợng cỡ hạt có kích thớc nhỏ hơn 0,25mm không đợc vợt quá 20% Các nhóm hạt kích thớc 0,3 ữ 1mm cần chiếm khoảng 60% Tốt nhất là chất làm gầy có bề mặt nhám và hình dạng thì không cân đối Sử dụng các hạt nhỏ với việc tăng hàm lợng các nhóm hạt bụi có thể làm tăng khả năng phân lớp của phối liệu Khi đa vào trên 25% cát thì sẽ làm giảm mác của sản phẩm, tăng độ dòn của chúng và đôi khi khả năng bị nứt cũng tăng lên Khi đa vào đất sét độ dẻo thấp trên 18 ữ 0% mùn ca thì độ bền của sản phẩm giảm Khi đa vào những vật liệu có độ ẩm thấp (mảnh vỡ viên mộc đã nghiền, đất sét sấy sơ bộ, đất sét đã khử nớc v vv ) sẽ làm giảm độ ẩm tự nhiên của sản phẩm đem nung Số lợng phụ gia cháy đa vào phụ thuộc vào nhiệt lợng của chúng và có thể chiếm tới 60% hay hơn lợng nhiên liệu cần thiết cho quá trình nung (còn phụ thuộc vào tính chất của nhiên liệu và yêu cầu của sản phẩm).

1.4 Chọn phơng án máy tạo hình.

Máy đùn ép để tạo hình theo phơng pháp dẻo có thể đợc chia ra các nhóm sau (H.1) :

H.1 Sơ đồ các loại máy ép tạo hình gốm xây dựng

H.1a - Máy ép kiểu vít xoắn ( còn gọi là máy ép Lento ).

H.1b - Máy ép kiểu pít tông : Đất sét đợc cho vào xilanh và dùng pít tông đẩy ra qua miệng thu nhỏ dần của xi lanh.

H.1c - Máy dập : Đợc sử dụng chủ yếu để làm ngói.

H.1d - Máy ép Lentô không vít xoắn : Dùng ma sát để chuyền và đùn đất sét qua một miệng thu hẹp dần thiết diện.

-Trong các loại máy kể trên, loại máy ép vít xoắn đợc sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất do chúng có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, cho năng suất cao và cho phép đa dạng hoá đợc nhiều sản phẩm trên một máy bằng cách thay đổi miệng đùn

* Do tính năng u việt và đặc trng chuyên dùng để sản xuất gạch nên em chọn thiết kế máy ép vít xoắn.

1.5 Thiết lập dây chuyền công nghệ và chọn thiết bị.

- Sơ đồ công nghệ

sản xuất gạch theo phơng pháp dẻo :

Lß nung tunen Kho thµnh phÈm M¸y trén hai trôc

- Sơ đồ dây chuyền

- Chọn thiết bị cho dây chuyền :

+ Để chọn thiết bị cho dây chuyền ta phải dựa vào năng suất thực tế của máy ép :

Năng suất theo giờ của máy là: Qh = n.c.η

⇒Năng suất làm việc của máy ép: Qn = Qh n.c.η n: Số ngày làm việc của máy trên năm n = 290 ngày c: Số ca làm việc của máy c = 1,5 ca = 12

Với năng suất tính toán ở trên ta chọn băng tải cho dây chuyền nh sau : +Băng tải vận chuyển than đá ta chọn loại băng tải có :

2.1 sơ đồ chung, nguyên lý làm việc của máy ép vít xoắn

+ Sơ đồ chung máy ép vít xoắn có buồng chân không để sản xuất gạch:

H.2 Sơ đồ cấu tạo máy ép gạch vít xoắn có buồng chân không

Cấu tạo của máy (H.2) có bộ phận chính sau đây: trục dẫn động (1), ly hợp (2), hộp giảm tốc (3), thùng trộn (4), trục trộn (5), cánh trộn (6), buồng chân không (7), trục cấp liệu (8), vít xoắn (9), thân máy (10), đầu ép (11), miệng đùn (12)

+ Nguyên lí làm việc của máy đùn ép vít xoắn :

Đất sét đợc nghiền và trộn kỹ với độ ẩm thích hợp, đợc băng tải cho vào buồng nạp, tại đây các trục nạp liệu sẽ cuốn đất vào trục cánh vít Khi trục quay sẽ làm cho đất chuyển dịch về phía trớc và bị ép chặt lại tại đầu ép và bịo đẩy ra khỏi miệng đùn dới dạng một dải đất liên tục có kích thớc định sẵn.

2.2 Cấu tạo các cụm và bộ phận của máy ép vít xoắn

a) Cấu tạo các bộ phận chính của máy ép vít xoắn có buồng chân không : - Bộ phận dẫn động : Gồm một động cơ dẫn động tới trục trộn và trục vít thông qua bộ truyền đai và hộp giảm tốc.

- Phần trộn : Là một máy trộn có bộ phận cắt đất ra thành từng viên và lớp mỏng

- Buồng nạp liệu: dùng để hứng đát sét và chuyển dịch tới thân máy Trong buồng, có thể có một hoặc hai trục nạp liệu nhằm kéo đất xuống dới cho cánh vít.

Để kéo đợc đất, phải đảm bảo góc α giữa đờng nối tâm trục nạp và tâm trục cánh vít với đờng nằm ngang Góc α có giá trị:

α≤ 2φ

φ - Góc ma sát.

Thực tế α = 350 ữ 500 Khoảng cách giữa bề mặt của trục nạp với vành ngoài của cánh vít đợc xác định khoảng 2 ữ 3 mm Khi khoảng cách này lớn hoặc góc α nhỏ, đều có thể giảm khả năng kéo đất xuống.

Đờng kính trục nạp bằng 0,7 ữ 0,75 đờng kính ngoài của cánh vít, số vòng quay cảu trục nạp bằng 2 ữ 3 lần số vòng quay của trục cánh vít.

H.3 Sơ đồ cấu tạo các buồng nạp liệu và trục nạp liệu H.3a – Kiểu một trục nạp liệu

H.3b – Kiểu hai trục nạp liệu H.3c – Kiểu trục nạp liệu có cánh

- Thân máy: là bộ phận nối giữa thùng nạp liệu và đầu ép Tại đây đất sét đ-ợc chuyển dịch và đđ-ợc từ từ lèn chặt.

H.4 Các loại thân máy

Cấu tạo của thân máy có thể là hình trụ (H.4a); hình côn (H.4b); hình côn bậc thang (H.4c).

Khe hở giữa các mặt trong của thân máy với cạnh ngoài cùng của cánh vít là 1 ữ 3 mm, nhằm hạn chế sự quay trở lại của đất khi bị ép Trong các loại thân máy trên thì loại hình trụ là phổ biến, dùng cho các loại sét thờng, còn các loại khác có khả năng đảm bảo cho việc ép đợc tốt hơn và hạn chế đợc việc quay trở lại của đất, nhng có cấu tạo phức tạp, ma sát lớn và tiêu hao năng lợng nhiều hơn.

Để hạn chế việc quay của đất theo cánh vít, ở trong thân máy có lớp lót mà trên bề mặt của chúng đợc tạo gân chạy dọc theo thân máy Chính các thân máy đảm bảo cho máy có đợc năng suất cao, giảm năng lợng và tăng chất lợng sản phẩm Gân có chiều rộng là 10 ữ 20 mm; chiều cao 5 ữ 8 mm.

- Trục cánh vít:

d)b)

H.5 Cấu tạo các loại cánh vít

Là bộ phận rất quan trọng của máy ép vít xoắn Khi trục quay, đất đợc đẩy về phía trớc và đợc lèn chặt lại Trục vít có thể các dạng: Vít đứt đoạn (H.5a), vít liền có đờng kính không đổi (H.5b), vít đứt đoạn theo bậc (H.5c), vít liền có đ-ờng kính côn nhỏ dần (H.5d).

Cánh vít đợc lắp với trục bằng nhiều phơng pháp nhằm truyền mô men xoắn từ trục sang cánh vít: dùng then, bu lông, trục vuông.

H.6 Sơ đồ lắp cánh vít với trục

- Đầu ép: Là bộ phận giữa thân máy và miệng đùn, tại vùng đầu ép, đất sét đợc lèn chặt với áp lực cao nhất và vận tốc vận chuyển của các lớp đất nằm ở

khoang cân bằng nhằm hạn chế việc rạn nứt Cũng tại đây, dòng đất sét có thiết diện tròn sẽ đợc thay đổi thành vùng chữ nhật hay các hình khác theo yêu cầu

Đầu ép có dạng hình côn và diện tích thiết diện ở đáy lớn thờng gấp 2 ữ 2,5 lần so với đáy bé Chiều dài đầu ép là 0,15 ữ 0,25 m Đầu ép có thể một hoặc hai cửa ra.

H.7 Cấu tạo của đầu ép một cửa ra

Khi sản xuất gạch có lỗ, ta phải lắp thêm giá tạo lỗ ở vùng cuối đầu ép.

- Miệng đùn: Là bộ phận nằm ở phần cuối máy ép, nhằm tạo cho sản phẩm có đợc hình dạng, kích thớc và bề mặt theo yêu cầu và nhằm cân bằng vận tốc giữa các lớp đất sét Miệng đùn có thể làm bằng kim loại hoặc bằng gỗ Với mục đích giảm ma sát và tạo cho bề mặt sản phẩm nhẵn hơn, có thể sử dụng nớc bôi trơn liên tục bề mặt phía trong của miệng đùn.

- Buồng chân không: Tại buồng này phần lớn không khí trong đất đợc hút ra trong quá trình từng viên hoặc lớp đất mong rơi từ máy nhào xuống máy ép Điều này cho phép ta có đợc sản phẩm có độ lèn chặt cao hơn, kích thớc chuẩn

hơn do độ dãn nở của phôi khi ra khỏi miệng đùn ít hơn, do vậy mà sản phẩm sẽ có chất lợng cao hơn Tất nhiên, năng lợng tiêu hao trên một đơn vị sản

K - Hệ số kể đến lợng đất quay lại K = 0,85 ; a - Hệ số giảm thể tích của đất khi bị ép a = 0,45 d - Đờng kính trục vít

D - Đờng kính ngoài của cánh vít ép D = 1,4d n - Số vòng quay của trục n = 0,4 v/s

H.9 Sơ đồ dẫn động riêng của máy ép vít xoắn.

Dẫn động chung và riêng đều có những u và nhợc điểm riêng, trong đồ án này em chọn phơng pháp dẫn động chung vì rất thuận lợi cho việc chọn động cơ, bộ truyền đai, hộp giảm tốc chỉ cần chọn một lần.

H.8 Biểu đồ áp lực ép phụ thuộc vào độ ẩm của đất sét

áp lực p phụ thuộc vào rất nhiều vào độ ẩm của đất cũng nh các thông số hình học của máy, nhìn vào biểu đồ H.8 với độ ẩm trung bình W = 17 % ta lấy p = 0,8.

3.3.1 Tính công suất tiêu hao của máy ép chân không :

a) Công suất tiêu hao trong quá trình ép :

Công suất của động cơ dùng trong máy ép vít xoắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh kết cấu của máy, tính chất cơ lý, độ ẩm của đất ; hình dạng và kích thớc sản phẩm.

Nếu ta coi năng lợng chỉ tiêu hao cho việc đẩy đất qua miệng đùn thì theo các định luật cơ học, công suất đợc tính :

N1 = A.n, (W)

+ A – Công suất để lèn đất sau mỗi vòng quay của trục, (J) ; + n – Số vòng quay của trục, (v/s)

Công A có thể tính

A = S.l = p.F.l = p.V, + S – Lực để di chuyển đất, N

+ l – Quãng đờng mà đất đi đợc sau mỗi vòng quay của cánh vít, m + P – áp lực , (PA)

+ F – Diện tích thiết diện vòng đất (m2)

+ V – Thể tích đất sau mỗi vòng quay, cánh vít đẩy đợc, (m3) Năng suất sau mỗi giây của máy ra :

Ta thấy áp lực p từ đất phản lại cánh có thể phân tích thành:

H.9 Sơ đồ xác định công suất tiêu hao để ép đất - áp lực pháp tuyến vuông góc với mặt cánh vít:

f : Hệ số ma sát giữa đất với mặt cánh vít (0,3ữ0,4) chọn f = 0,4

R, r – Bán kính của cánh vít và của trục, (m) Công suất tiêu hao do ma sát:

D - Đờng kính ngoài của cánh vít D = 0,56 m v1 – Vận tốc dọc trục của đất (m/s)

γ - Trọng lợng riêng của đất, (γ = 16000 N/m3) ;

L - Chiều dài đoạn trục trong thân máy L = m.t = 4.0,35 = 1,4 (m)

d) Công suất tiêu hao để ép chặt đất :

3.3.2 Tính công suất tiêu hao của máy trộn - Máy trộn sử dụng ở đây là loại máy trộn cỡng bức

ω - VËn tèc gãc cña trôc trén, (Rad/s) ; ω = 2.512 (rad/s) rH va rB – B¸n kÝnh ngoµi vµ b¸n kÝnh trong cña c¸nh trén,

ψba = 0,4 ( tra bảng 6.6 sách thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 )

Ka = 49,5 ( tra bảng 6.5 sách thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 với răng thẳng