Тема уроку: «Портландцемент. Виготовлення та застосування».
Мета уроку:
навчальна: розглянути послідовність та особливості виготовлення портландцементу трьома способами, застосування цементу в будівництві.
розвивальна: освоїти репродуктивне уміння комплексного планування професійних дій, вибору найбільш раціонального їх поєднання і чергування з урахуванням виду роботи, розвивати професійну самостійність і творчий пошук у ході виконання завдань.
виховна: сформувати відповідальне ставлення до професійних обов'язків, впевненості в собі, сприяти створенню атмосфери взаємодопомоги, виховування в учнів охайності, дбайливого ставлення до матеріалу, інструменту.
Засоби навчання: ІКТ (презентація, відео), роздатковий матеріал, підручники.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
Форма уроку: бесіда, дискусія.
Міжпредметні зв’язки: охорона праці, спецтехнологія, хімія.
Хід уроку:
1.Організаційна частина: перевірка явки учнів, готовності до уроку.
2.Повторення пройденого матеріалу.
Викладач усно дає запитання учням, застосовуючи презентацію, активізує і заохочує учнів до роботи смайликами за кожну правильну відповідь (додаток1). В кінці уроку смайлики підраховуються і виставляється відповідний бал.
1.Що називають в’яжучими речовинами?
2.Яку функцію виконує в’яжуче у будівельному розчині?
3.Що називають будівельним розчином?
4.Як класифікують в’яжучі матеріали в залежності від умов тужавіння?
5.Які в’яжучі відносяться до повітряних? Умови їх тужавіння? Де застосовуються?
6.Які в’яжучі відносяться до гідравлічних? Умови їх тужавіння? Де застосовуються?
7.Які в’яжучі відносяться до в’яжучих автоклавного твердіння? Умови їх тужавіння? Де застосовуються?
8. Що називають повітряним будівельним вапном?
9.Що називають гідравлічним вапном?
10.Якими способами подрібнюють грудкове негашене вапно (кипілку)?
11.Що називають гіпсовим в’яжучим?
12.Які бувають гіпсові в’яжучі в залежності від температури випалу? Яка температура випалу?
13.Де застосовують низько- та високовипалювальний гіпс?
14.Який буває гіпс в залежності від крупності помелу? Як визначають крупність помелу?
15.Марки гіпсу на стиск? Визначення марок гіпсу?
16.Як класифікують гіпс в залежності від термінів тужавіння?
17.Що являє собою прилад Віка? Для чого призначений?
Паралельно по одному учню з кожного ряду працюють над тестовими завданнями (додаток2)
3.Подача нового матеріалу.
Викладач пояснює нову тему, ведучи дискусію з учнями з уже відомих їм питань, використовуючи презентацію (додаток 3).
Сучасне будівництво неможливо уявити без застосування цементу. Це – обов'язковий компонент різних розчинів та сумішей; він використовується для виготовлення бетонів, для штукатурних, мурувальних розчинів, розчинів для плиткового облицювання, сухих будівельних сумішей різного призначення і навіть для виготовлення цементних фарб. Ви не знайдете жодної сучасної будівлі, побудованої без застосування цементу. Чому ж ця суха суміш користується таким успіхом? (учні розмірковують і дають відповідь).
Учні записують визначення: портландцемент – це гідравлічна в’яжуча речовина, результат тонкого подрібнення випаленого до спікання ( при 1450 °С) мергелю певного складу або штучної суміші, що складається з вапняку (75%) і глини (25 %), які забезпечують в утвореному продукті переважання силікатів кальцію (70-80%).[1, 103]. Спечений продукт, з якого виготовляють портландцемент, називають клінкером. Хімічний склад клінкеру – чотири головні оксиди, %: СаО – 63-67, SіО2 -20-24, Аl2О3-4-9, Fе2О3-2-4. Вміст мінералів-силікатів у клінкері становить майже 75%, а решта 25%-проміжна речовина, яка заповнює об’єм між кристалами аліту і баліту (аліт С3S – найважливіший мінерал клінкеру, який визначає швидкість твердіння, міцність та інші властивості цементу; біліт С2S – другий за важливістю і вмістом мінерал клінкеру) [1, 104]
У виробництві цементу використовуються переважно легкоплавкі глини, аргіліти і глинисті сланці, що складають частину цементної шихти. Другою основною її складовою є карбонатні породи (вапняк, крейда). Сировиною для виробництва цементу служать вапняк і глина, які змішують у певному співвідношенні (75—80 % вапняку і 20— 25 % глини). Цій суміші близький за складом природний мергель (вапняно-глиниста порода). Цемент можна отримати трьома способами: мокрим, сухим та комбінованим.
У випадку з мокрим способом, всі види сировини, після їх подрібнення дробленням, змішують, після цього піддають розмелюванню у водному середовищі в спеціальних кульових млинах. Отриманий шлам (густа суспензія), яка містить 35-40 % води, поступає у великі басейни, де старанно перемішується. Випалювання цементної суміші проводиться в обертовій печі у вигляді барабана з листової сталі довжиною до 185 метрів, діаметром до 5 метрів. Всередині барабан викладений вогнетривким матеріалом. Шлам безперервно подається в піч. Противотоком рухаються розжарені гази, які утворюються при згорянні палива. Завдяки нахилу і повільному обертанні печі вихідна суміш переміщується на зустріч полум'ю. При випалі висхідної суміші карбонат кальцію розкладається на оксид кальцію і вуглекислий газ. Проходить і процес розкладу глини. Оксид кальцію при температурі 1500 °C вступає у взаємодію із складовими частинами глини з утворенням силікатів, алюмосилікатів, алюмінатів кальцію і ін. продуктів. Продукт випалу — клінкер — після випалу дроблять, подрібнюють разом з гіпсом у спеціальних циліндричних кульових млинах наповнених сталевими кулями. Так отримують порошок, який називають цементом.
При виробництві цементу сухим способом, подрібнену сировину (мергель) випалюють до спікання при температурі близько 1450 °C. Випалювання проводять у спеціальних циліндричних печах, викладених всередині вогнетривким матеріалом. Печі встановлюють дещо нахиленими. Шихту завантажують у верхній кінець печі. Піч повільно обертається, і завантажений матеріал, пересипаючись, рухається до нижнього кінця, назустріч розжареним газам — продуктам горіння палива (розпиленого вугілля або горючих газів).
При обпаленні в цементному матеріалі послідовно відбуваються такі головні хімічні перетворення. При 100—120°С випаровується волога. При 500 °C вигоряють органічні домішки. При 800—1000°С розкладається вапняк:
CaCO3 = CaO + CO2 ↑
При 1000—1300°С оксид кальцію взаємодіє з діоксидом силіцію SiO2 і Al2O3 з глини з утворенням силікатів і алюмінатів кальцію:
3CaO + SiO2 = 3CaO • SiO2 (Ca3SiO5)
2CaO + SiO2 = 2CaO • SiO2 (Ca2SiO4)
3CaO + Al2O3 = 3CaO • Al2O3 (Ca3(AlO3)2)
При 1300—1450°С відбувається спікання утворених силікатів і алюмінатів кальцію.
Куски спеклої цементної маси, яку називають клінкером, вивантажуються з нижнього кінця печі і після охолодження розмелюються, внаслідок чого утворюється сіро-зелений порошок, який і називають цементом.
Комбінований спосіб виробництва полягає в тому, що сировинні матеріали переробляються мокрим способом в шлам і потім перед надходженням в піч зневоднюються в шлам фільтрах до залишкової вологості 16-19%. Відфільтрований «сухар» змішується з пилом, уловленого з пічних газів, для того щоб запобігти злипання «сухаря». Суміш сухаря і пилу розпушують і подають з вологістю 12-13% в піч для випалу. До комбінованого способу виробництва відносять також випалення сировинного шламу в обертових печах, оснащених концентраторами. Шлам підсушується в запечний концентраторах відходять газами обертових печей до залишкової вологості 6-10% і потім надходить майже сухий в піч для випалу.
Склад цементу виражають звичайно процентним вмістом CaO, SiO2, Al2O3 і Fe2O3. До складу цементу як домішки входять і інші речовини. Звичайний, або так званий силікатний, цемент містить: CaO (60—67 %); SiO2 (17—25 %); Al2O3 (3—8 %); Fe2O3 (0,3-6 %).) [2]
Виходячи з печі клінкер охолоджують до 100-200 °С у барабанних рекуператорах та холодильниках, звідки клінкер надходить на склад, де його витримують 1-2 тижні для гашення решти вільного вапна та його карбонізації. Клінкер перемелюють з добавками і зберігають в силосах, пакують у багатошарові паперові мішки [1, 105]
4.Закріплення матеріалу.
Учням пропонується переглянути відео (додаток 4) і дати відповідь на запитання після його перегляду (знову за правильну відповідь отримують смайли):
1.Який спосіб виробництва цементу ви побачили на відео?
2.Що є сировиною для виготовлення цементу?
3.Де подрібнюється сировина?
4.У якій печі випалюють цемент?
5.При якій температурі випалюють цемент?
6.Скільки часу витримують клінкер, перш ніж почати його подрібнення?
7.З чим подрібнюють клінкер?
8.Де застосовують цемент?
9.До яких в’яжучих відноситься цемент, в залежності від умов тужавіння?
5.Заключна частина.
Домашнє завдання: П.В.Кривенко, В.Б.Барановський, Б.Я.Константинівський «Матеріалознавство для будівельників» - опрацювати ст.103-107.
Використані джерела:
1.П.В.Кривенко, В.Б.Барановський, Б.Я.Константинівський «Матеріалознавство для будівельників», Київ, В. «Техніка», 1996.
2.https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82
Додаток 1
Тестові завдання
1.Які матеріали належать до повітряних в’яжучих: а) гіпс, б) цемент, в) гідравлічне вапно.
2.Який вид цементу найбільш розповсюджений: а) шлакопортландцемент, б) портландцемент, в) глиноземистий цемент.
3.Яке в’яжуче застосовують для штукатурення цоколя: а) вапно, б) цемент, в) гіпс.
4.Які матеріали належать до повітряних в’яжучих? а) гіпс, б) цемент, в) гідравлічне вапно.
5. Що є сировиною для виготовлення гіпсових в’яжучих: а) кальцієвомагнієві гірські породи, б) гіпсовий камінь, в) вапняк, г) крейда.
6. Будівельний гіпс належить до: а) високовипалюваних гіпсів, б) низьковипалюваних гіпсів.
7.Яка функція в’яжучого в розчині: а) зменшує витрати заповнювача, б) зв’язує між собою частинки заповнювача, в) зменшує усадку розчину.
8. Чи подрібнюють грудкове вапно гашенням обмеженою кількістю води: а) так, б) ні
9.В залежності від строків тужавіння гіпсові в’яжучі поділяються на: а) швидкотверднучі, б) повільнотверднучі, в) крупнотверднучі, г) І сорту.
10.Виділяють 12 марок гіпсу за міцністю на стиск: а) так, б) ні.
11.На скільки сортів поділяють повітряне будівельне вапно за вмістом активних речовин: а) три сорти, б) не поділяють, в) чотири сорти.
12.Повітряне в’яжуче, що виготовляють з напівводного гіпсу чи ангідриту: а) вапно, б) гіпс, в) рідке скло, г) портландцемент.
