Вступление

В этом реферате приведены основные направления снижения энергетических затрат при производстве стали, цемента, сборного железобетона. Также описаны: основные источники потерь цемента при его производстве, транспортировке, применении; эффективные направления снижения расхода металла в железобетонных конструкциях; проблемы экономного расходования лесоматериалов.

Пути экономии

При изготовлении большинства строительных материалов основная часть затрат падает на сырье и топливо. На производство строительных материалов и конструкций ежегодно расходуется около 50 млн. т условного топлива. В табл. 1 приведен расход условного топлива на производство основных видов неметаллических строительных материалов и изделий. Наибольшая доля затрат на топливо характерна для себестоимости металлов, цемента, пористых заполнителей, керамических стеновых материалов, стекла.

Экономия топлива достигается интенсификацией тепловых процессов и совершенствованием тепловых агрегатов, снижением влажности сырьевых материалов, применением вторичного сырья, промышленных отходов и других технологических приемов. При производстве стали наиболее эффективной в тепловом отношении является кислородно-конвертерная плавка, основанная на продувке жидкого чугуна кислородом. Коэффициент использования теплоты в кислородных конверторах достигает 70%, что намного выше, чем в других сталеплавильных агрегатах. Применение кислорода позволяет уменьшить на 5—10 % расход топлива и при мартеновском способе. Более полно используется теплота отходящих газов в двух ванных мартеновских печах. Прогрессивным способом является получение стали прямым восстановлением из руд, минуя доменный процесс. При этом способе отпадают затраты на коксохимическое производство, являющееся основным при доменном процессе.

В цементной промышленности снижение затрат топлива достигается обжигом клинкера по сухому способу, получением многокомпонентных цементов, применением .минерализаторов при обжиге клинкера и различных типов теплообменных устройств, обезвоживанием шлама, низкотемпературной технологией, полной или частичной заменой глины такими промышленными отходами, как золы, шлаки и др. Один из главных резервов снижения расхода топлива в производстве цемента — уменьшение влажности шлама. Каждый процент снижения влажности шлама позволяет уменьшить удельный расход топлива на обжиг клинкера в среднем на 117—146 кДж/кг, т. е. на 1,7—2 %. Удельный расход теплоты на обжиг при сухом способе составляет 2900—3750 кДж/кг клинкера, а при мокром в 2—3 раза больше. При введении в сырьевой шлам доменных шлаков или зол ТЭС расход топлива снижается на 15—18%. При выпуске шлакопортланд-цемента экономия топлива дополнительно составляет в среднем 30—40 % по сравнению с чисто клинкерным портландцементом.

В нашей стране разработана технология низкотемпературного синтеза клинкера с использованием в качестве каталитической среды хлористого кальция. Эта технология обеспечивает снижение затрат теплоты на обжиг и помол клинкера на 35—40 % и такое же повышение производительности печей.

К энергоемким отраслям промышленности строительных материалов относится и производство сборного железобетона. На 1 м3 сборного железобетона в среднем расходуется более 90 кг условного топлива. До 70 % теплоты идет на тепловую обработку изделий. Тепловую эффективность производства сборного железобетона можно существенно повысить, снизив тепловые потери, связанные с неудовлетворительным состоянием пропарочных камер, тепловых сетей, запорной арматуры и средств контроля расхода пара.

Непроизводительные потери теплоты уменьшаются при повышении теплового сопротивления пропарочных камер с помощью различных теплоизоляционных материалов и легких бетонов. Более экономичными по сравнению с наиболее распространенными явными пропарочными камерами являются вертикальные, туннельные, щелевые, малонанорные камеры. В последних, например, расход пара на 30—40 % ниже, чем в ямных.

Наряду с уменьшением тепловых потерь важнейшее значение для экономии топливно-энергетических ресурсов в производстве сборного железобетона приобретает развитие энергосберегающих технологий: применение высокопрочных и быстротвердеющих цемситов, введение химических добавок, снижение температуры и продолжительности нагрева, нагрев бетона электричеством и в среде продуктов сгорания природного газа и др. Ускорению тепловой обработки способствуют способы формования, обеспечивающие применение более жестких смесей и повышение плотности бетона, использование горячих смесей, совмещение интенсивных механических и тепловых воздействий на бетон. Ускорение тепловой обработки достигается при изготовлении конструкций из высокопрочных бетонов. Длительность тепловой обработки бетонов марок М 600—М 800 можно снизить с 13 до 9—10 ч без перерасхода цемента. Эффективной технологией ускоренного твердения является бескамерный способ, основанный на создании искусственного массива бетона пакетированием. Перспективны способы тепловой обработки бетона в электромагнитном поле и с применением инфракрасных лучей. В южных районах страны удельные затраты теплоты на ускорение твердения бетона можно существенно снизить, используя солнечную энергию.

В производстве керамических стеновых материалов и пористых заполнителей эффективным направлением экономии кондиционного топлива является применение топливо содержащих отходов промышленности. Так, применение в качестве топливо содержащей добавки отходов углеобогащения позволяет экономить при получении стеновых керамических изделий до 30 % топлива, исключает необходимость введения в шихту каменного угля.

Наряду с экономией топлива снижение материалоемкости строительных изделий в большой мере достигается рациональным использованием исходных компонентов и в особенности таких, как цемент, сталь, древесина, асбест и др. Экономия этих материалов достигается на всех этапах их производства и применения.

Основным источником потерь цемента при его производстве является вынос в результате несовершенства пылеулавливающих устройств помольных агрегатов. Перевозка цемента должна осуществляться в специализированных транспортных средствах. При транспортировании в цементовозах потери цемента при погрузочно-разгрузочных работах в среднем в 10 раз меньше, чем в крытых вагонах, в 40 раз меньше, чем в открытом подвижном составе. Одна из причин перерасхода — смешивание используемых цементов различных марок и видов при отсутствии достаточного количества емкостей для их хранения. В этих случаях вынужденно применяют расходные нормы для худшего из смешанных цементов, что приводит к их перерасходу на 6—8 %. Важное значение имеет применение кондиционных заполнителей бетона. Каждый процент загрязненности щебня равнозначен дополнительному расходу примерно 1 % цемента. В табл.2 приведено возможное снижение расхода цемента при обогащении мелкозернистых песков укрупняющими добавками.

Нерационально применение цемента марки 400 для изготовления бетонов марок М 100 и М 150, а также растворов марок 50 и 75. В этих случаях значительное снижение расхода цемента можно достичь введением в бетонные и растворные смеси минеральных дисперсных добавок, например, золы-уноса ТЭЦ.

Большое значение для экономного использования цемента имеет обоснованный выбор области наиболее эффективного применения цемента с учетом его минералогического состава и физико-механических характеристик. Например, для сборного железобетона, подвергаемого тепловой обработке, наиболее пригодны цементы с содержанием СзА до 8%. Расход цемента увеличивается по мере роста его нормальной густоты (табл.3), поэтому желательно его применение с минимальной нормальной густотой.

На предприятиях по производству бетона и сборного железобетона значительная экономия цемента может быть достигнута при оптимизации составов бетонов, применением смесей повышенной жесткости с уплотнением на резонансных и ударных виброплощадках, предварительным разогревом бетонных смесей и выдерживанием изделий после тепловой обработки, увеличением продолжительности тепловой обработки, расширением объема изготовления конструкций с минусовыми допусками, совершенствованием технологического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры.

Одно из наиболее перспективных направлений снижения расхода цемента — применение химических добавок. Такие традиционные химические добавки, как СДБ, позволяют снижать расход цемента на 5—10%. Возможное снижение расхода цемента при применении новейших добавок суперпластификаторов составляет 15-25'%.Дополнительный источник экономии цемента при высоком качестве бетона — применение статистического контроля прочности. Назначение требуемой прочности бетона с учетом его однородности обеспечивает при повышенной культуре производства снижение расхода цемента на 5—10 %.

Экономия металла — важнейшая народнохозяйственная задача. В настоящее время в строительстве ежегодно используется 31—33 млн. т. черных металлов, из которых 12—13 млн. т. расходуется на арматуру для железобетонных конструкций, около 8 млн. т. на фасонный и листовой прокат для изготовления металлоконструкций и опалубочных форм и 11—12 млн. т. на трубы.

Самое эффективное направление снижения расхода металла в железобетоне—применение для арматуры высокопрочной стали. Арматурная сталь разных классов и видов является в известных пределах взаимозаменяемой. Количество стали любого класса (Т) может быть выражено в условно эквивалентном по прочности приведенном количестве стали класса А - I (Т')

где Кпр—коэффициент приведения стали данного класса к стали класса А-1.

В табл.4 приведены значения коэффициента приведения и экономии металла при использовании арматурной стали различных классов.

Значительный резерв по экономии металла обеспечивается при изготовлении напряженной арматуры из высоко прочной проволоки и канатов. Экономия металла достигается также при более точных расчетах конструкций в соответствии с действительными условиями их работы под нагрузкой, приближением армирования к требованиям расчета, оптимизацией конструктивных решений.

При изготовлении арматурных изделий для сборного железобетона экономию стали получают при сварке сеток и каркасов на автоматических линиях с продольной и поперечной подачей стержней из бухт, при расширении всех видов контактной сварки, безотходной стыковке стержней, в том числе разных диаметров, изготовлении закладных деталей методом штамповки.

Существенная экономия металла достигается при рациональном проектировании и использовании стальных форм в промышленности сборного железобетона. На 1 м3 железобетона в год на металлические формы затрачивается 6—35 кг стали. Для интенсификации использования форм необходимо ускорение их оборачиваемости в технологическом потоке.

Освоение бетона высоких марок — еще один важный резерв снижения расхода металла при производстве железобетона. Повышение марки бетона на одну ступень снижает расход стали примерно на 50 кг/м3.

При изготовлении металлических конструкций эффективно применение легированных сталей, экономичных профилей металлопроката. Применение трубчатых профилей в строительных конструкциях по сравнению с уголковыми дает экономию до 30 %.

В строительстве все большее значение приобретает проблема экономного расходования лесоматериалов. Прогрессивной тенденцией является максимальное использование вместо древесины местных строительных материалов, а также карболита, фибролита, древесностружечных, древесноволокнистых плит и др. На современных передовых деревообрабатывающих и лесопильных предприятиях предусматривается максимальная утилизация отходов производства. Для несущих и ограждающих конструкций особенно в условиях агрессивной среды рационально применение клееной древесины. Применение деревянных клееных конструкций в сельскохозяйственных производственных зданиях позволяет в 2—3 раза снизить расход стали и вес зданий. Существенного снижения материалоемкости можно добиться совершенствованием конструктивных решений клееных конструкций, использованием для них элементов из водостойкой фанеры. Применение фанеры позволяет сократить расход древесины на 20—40%, уменьшить потребность в клее в 1,5—2,5 раза.

ТАБЛИЦА 1.

РАСХОД УСЛОВНОГО ТОПЛИВА НА ПРОИЗВОДСТВО ОСНОВНЫХ ВИДОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЯ.

Вид материала и изделий	Расход топлива. кг (в условном исчислении на 1 т продукции)
Керамические камни и глиняный кирпич	50-80
Известь, цемент	115-240
Керамические плитки для полов	200-610
Облицовочные глазурованные плитки	360-1058
Стекло листовое	510-590
Санитарно-строительный фаянс	500-800
Керамзит	200—270

ТАБЛИЦА 2.

СНИЖЕНИЕ РАСХОДА ЦЕМЕН ТА ПРИ ВВЕДЕНИИ УКРУПНЯЮЩИХ ДОБАВОК

Вид и модуль крупности (М) укрупняющих добмок	Среднее снижение расхода цемента при обогащении природного песка с модулем крупности
	1,5-2	1—1,2
Песок природный средний, Мк=2,1—2,5	5	5
Песок природный крупный, Мк=2,6-3,25	15	12
Каменный отсев классифицированный, Мк = 3—3,5	20	15
0тходы горно-обогатительных комбинатов классифицированные, Мк= 2,5-3	8	7
Шлаки ТЭЦ, Мк=2,5-3,5	5	5
Гранулированные шлаки	5	5

ТАБЛИЦА 3.

ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ РАСХОД ЦЕМЕНТА (%) В БЕТОНЕ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ НОРМАЛЬНОЙ ГУСТОТЫ ЦЕМЕНТА

Нормальная густота цемента, %	Относительный расход цемента, %, для бетона марок			Нормальная густота цемента, %	Относительный расход цемента, % , для бетона марок
	М200—М300	М400	М500		М200—М300	М400	М500
24	98	98	98	28	104	109	111
25	100	100	100	29	105	112	115
26	102	102	103	30	107	118	129
27	103	105	107

ТАБЛИЦА 4.

ЭКОНОМИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРЫ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ

Класс арматуры	Коэффициент приведения	Экономия металла, %	Класс арматуры	Коэффициент приведения	Экономия металла, %
А-I	1	0	A-V	2,2	54,7
А-II	1,2	17	A-IV	1,95	48,7
А-III	1,43	30,1	A-V	2,2	54,7
A-IV	1,95	48,7	Ат-VI	2,4	58,4

Литература Г.И. Горчаков, Строительные материалы, Москва, 1986 М.В. Дараган, Сокращение потерь материалов в строительстве,Киев, 1988 А.Г. Домокеев, Строительные материалы, Москва, 1989 А.Г. Комар, Строительные материалы и изделия, Москва, 1988