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1、2023/9/1,1,第三章 建筑材料生产与气象,2023/9/1,2,概述,建筑材料工业包括水泥及其预制品、砖瓦、平板玻璃、建筑陶瓷、石棉等行业，主要用于建筑的非金属材料厂矿和非金属材料加工；有相当部分作业是在野外大气环境中进行的，生产过程受大气环境制约，而且原料制备和焙烧过程产生大量有毒、有害气体和粉尘造成大气污染。,2023/9/1,3,本章主要内容,1 砖瓦生产与气象,2 水泥及其预制件生产与气象,2023/9/1,4,本章重点、难点,本章重点：,砖瓦生产安全期、砖坯自然干燥周期、干燥极限速度、水泥预制件养护周期、砖坯冻害、气象条件对水泥预制品质量的影响等分析。,本章难点：,物料和坯体
2、干燥原理,2023/9/1,5,物料和坯体的干燥原理,一、物料或坯体的水分和结合形式,物料或坯体的水分（根据其结合方式分）,化学结合水,物理结合水,大气吸附水,自由水,2023/9/1,6,物料和坯体的干燥原理,特点：此水在一般干燥温度下不可能从物料或坯体中排出，只能在烧成窑的预热中达其分解温度时才可能排出，不属于干燥范围。泥料在排除化学结合水后，永远失去可塑性，脱去化学水不产生应力，可很快进行而不开裂、此时坯体尺寸不缩小，重量减至最小，气孔率达最大。,化学结合水指包括在物料或泥料矿物组成中的水分。,2023/9/1,7,物料和坯体的干燥原理,自由水（收缩水，机械结合水）包括渗透结合水和大毛细
3、管水，由泥料直接与水接触而吸附。由内聚力和物料结合。,特点：1）与泥料结合松弛，很易排除，排除过程中，泥料固体颗粒互相靠拢，产生收缩，其收缩体积约等于失去的自由水体积。2）易使坯体开裂变形。,高干燥敏感性指数粘土,2023/9/1,8,物料和坯体的干燥原理,大气吸附水指牢固地附着于物料或坯体微毛细管中及分布于物料或坯体颗粒表面的水。,特点：对粘土物料，在排除大气吸附水阶段不产生收缩，不产生应力，干燥速度可尽量加大而不会开裂。,当坯料所吸附的水分至一定程度与外界条件达到平衡时，该水分叫平衡水。I,2023/9/1,9,物料和坯体的干燥原理,物料或坯体的含水率表示方法：,相对含水率=坯体内所含水分
4、坯体湿重,2023/9/1,10,物料和坯体的干燥原理,干燥过程,干燥过程的主要特征是物料或坯体中排出水分，表现为干燥介质中物料或坯体表面水分蒸发，内部水分由温度梯度和水分梯度引起的内扩散作用移向表面，经汽化后再从表面扩散至附近气流中（外扩散），包括热交换和质传递的综合作用。,因水分移动的动力不同分为：湿传导和热湿传导,2023/9/1,11,物料和坯体的干燥原理,在实际干燥过程中，干燥条件在不断变化。,干燥条件,物料或坯体的含水量，大小、码坯的方式、干燥介质的温度、湿度和气流速度。,2023/9/1,12,物料和坯体的干燥原理,在稳定的干燥条件下：,干燥过程可分为：,等速干燥阶段,减速干燥阶
5、段,平衡阶段,临界点,临界含水量Wc,升速干燥阶段,2023/9/1,13,物料和坯体的干燥原理,升速阶段 坯体在温度较高而相对湿度小于的空气中，在很短的时间内，坯体表面被加热到等于干燥介质的湿球温度的温度，水分蒸发速度也很快地增大。升速阶段很短，所以在这一阶段排除的水量不多。,2023/9/1,14,物料和坯体的干燥原理,等速干燥阶段 在此阶段，坯体表面蒸发掉的水分，由其内部向坯体表面源源补充，坯体表面总是保持湿润的。干燥速度与坯体表面和周围介质的水蒸气浓度差或分压差或温度差有关，其差愈大，则干燥速度也大。增大坯体表面的空气流动速度可以将坯体表面的空气膜厚度减薄，便于坯体与介质间的蒸气扩散和
6、热交换，从而提高干燥速度。,2023/9/1,15,物料和坯体的干燥原理,降速干燥阶段 坯体内部水分扩散速度小于表面蒸发速度，坯体中的水分不能全部湿润表面，因此，潮湿的表面就逐渐减少，干燥速度也逐渐降低。平衡阶段 坯体干燥到表面水分达到平衡水分时，干燥速度降为零。此时坯体与周围介质达到平衡状态。,2023/9/1,16,物料和坯体的干燥原理,收缩：仅发生在排除自由水阶段。,物料或坯体在干燥中的收缩与变形,变形：由于坯体中水分分布不均匀，不同部位收缩不一致，造成收缩力。表面、棱角等处比内部干燥快，可产生较大收缩。内部水分排出滞后于表面，收缩比表面少，这就阻碍了表面的收缩，此时在表面产生张应力，在
7、内层产生压应力，形成一对剪应力；当它超过材料强度极限时就造成坯体开裂或变形。,2023/9/1,17,1 砖瓦生产与气象,砖瓦生产与天气气候的关系,砖瓦生产干燥工序气象服务,坯体防冻害气象服务,砖瓦生产的气象服务指标和开、停机日期预报,砖瓦厂大气污染防治,http:/,2023/9/1,18,砖瓦生产与气象,一、砖瓦生产与天气气候的关系,自然干燥是我国砖瓦工艺的传统干燥方法。这种方法是在露天坯场上或半遮盖、全遮盖的干燥棚内进行的，主要利用太阳的热能和坯场或干燥棚周围的流动空气来干燥坯体，受天气变化影响大，干燥周期长，而且在有冰冻的地区不能进行全年生产。,2023/9/1,19,砖瓦生产与气象,
8、砖瓦生产的有利天气：,包括连续晴天，日照长，高温，湿度小，伴有适当风力（风力3级有利于脱水干燥）。,砖瓦生产的不利的天气：,包括连阴雨，雾或相对湿度90%，突发性阵雨，风力4级，低温冻害。,2023/9/1,20,砖瓦生产与气象,砖瓦生产的安全期,一般把85%保证率的气温稳定通过0的初日和终日之间作为砖瓦生产的安全期。,具体开、停机时间：春季开机-气温稳定通过3，日最低气温-4结束时；冬季停机-气温-3结束时，日最低气温-2 的初日。,2023/9/1,21,砖瓦生产与气象,由于降水对砖坯干燥具有影响，当日降水量2mm时，干砖坯可受降水影响，故实际生产周期：F=365-nd-nR nd为低温期
9、日数；nR为大于2mm的降水日数,调整：,根据新坯脱水在棚架需7-10d，野架需5-6d，提前或推后，以估计新坯刚好脱水时间，作为开停机的最佳时机。,2023/9/1,22,砖瓦生产与气象,二、砖瓦生产干燥工序气象服务,目的：保证坯体干燥质量，缩短干燥周期，提高坯场土地利用率，降低干燥成本。,要求：必须掌握天气变化规律，针对不同土质、不同季节的温、湿度、风向风速等要素，制定合理的操作规程，充分利用有利的干燥条件，避开不利天气。,2023/9/1,23,砖瓦生产与气象,露天坯场-根据本地区常年风向，确定坯埂方向，使之与常年风向一致。,一般性护晾操作-归纳为“三勤”“十放”，即勤揭、勤盖、勤检查；
10、先放夜风，早晚风，背风，小风，背阳，后放日风，正风，大风，正阳，最后揭盖放风太阳晒。,2023/9/1,24,砖瓦生产与气象,高塑性或高敏感性泥料制坯时的护晾操作-采用三段护晾操作,第一阶段：湿坯成型上架后1-3d，此为干燥过程的“平衡期”，应以防护为主，适当采用放夜风；,第二阶段：从坯体上架1-3d至花架时止，此为干燥过程中的危险期，应晾、护兼顾，初期以放夜风为主，逐步过渡到放日风；,第三阶段：从花架至入窑码烧，为干燥过程中的安全期，以晾为主，可由放大风过渡到晒阳，但要防止坯体回潮和雨淋。,2023/9/1,25,砖瓦生产与气象,干燥棚-主要用于瓦坯和空心砖坯的干燥。棚内温湿度和风速较易控制
11、，还可适当采用加热和机械通风方法加速坯体干燥。,人工干燥室-利用具有一定温湿度的干燥介质的流动，使坯体脱水。,隧道式,室式,2023/9/1,26,中低温隧道窑,2023/9/1,27,中低温隧道窑,2023/9/1,28,砖瓦生产与气象,三、坯体防冻害气象服务,1、湿坯冻害的气象指标和防御对策,湿坯冻害的气象指标：砖坯受冻害温度为-1，气温预报达1时，坯场应采取防冻措施。,防御办法：坯体温度较高时采取密封保温措施；砖坯覆盖熏烟加温防冻。,2023/9/1,29,砖瓦生产与气象,四、砖瓦生产的气象服务指标和开、停机日 期预报,砖瓦生产的气象服务指标：当日降水量达2mm，风力4级，应采取覆盖防雨
12、加固防大风措施。,日降水量2mm，干坯受损；日降水量4mm，半干坯受损；日降水量10mm，湿坯受损，次 品率高。,2023/9/1,30,砖瓦生产与气象,开、停机日期预报,气温指标：春季开机-气温稳定通过3，日 最低气温-4结束时；冬季停机-气温-3结束时，日 最低气温-2 的初日。,坯受冻害的温度指标还随土壤性质和砖坯含水率而变化。,2023/9/1,31,砖瓦生产与气象,塑性指数较低的土壤：,受冻害温度指标：T2 3,塑性指数较高的土壤：,受冻害温度指标：T1 2,新坯当含水率为17-19%时，若坯垛最低气温降至4，冻害时间超过2小时，常使砖坯冻坏。一般无阴雨天气，湿坯在5天后，含水率降至
13、17%左右，故成坯后57天是受冻关键时期。,2023/9/1,32,砖瓦生产与气象,开、停机日期预报的一般原理和方法：,预报因子的选取,定性预报,定量预报,效果检验，修正,2023/9/1,33,实例1 华池县遭遇寒潮气象预报指导砖瓦生产,受北方强冷空气影响，甘肃省华池县近日遭遇寒潮袭击，2009年11月2日最低气温达到零下11.5。华池县气象局10月29日发布重大气象信息专报和砖瓦生产停工专题预报，提前预报寒潮天气，并建议砖瓦厂暂停生产。各砖瓦厂根据气象预报改变原有生产计划，只对已经生产完成的砖坯进行烧制，来不及烧制的新砖坯进行保暖防冻处理。华池县城关和悦乐两个砖瓦厂，由于提前采取防护措施，
14、减少损失6万多元。悦乐砖瓦厂厂长说：“砖瓦生产什么时候停工，我们说了不算，气象说了算。”,2023/9/1,34,砖瓦生产与气象,五、砖瓦厂大气污染防治,污染物-大量含氟、SO2等有毒有害气 体和粉尘。,防治措施-逐步取消土窑、代之以轮窑、隧道窑、进行密闭焙烧，同时 应采取除尘措施；保证相应的烟囱高度。,2023/9/1,35,实例2：砖瓦生产的气象条件分析,砖瓦生产大都在露天进行，气象条件与砖瓦生产的关系极为密切。湖北武昌县通过对比分析，归纳出砖瓦生产的最佳气候月为：雨量小于110毫米，雨日低于10天，干燥度大于1.2，日照率大于40。如果不受月界限制，则砖瓦生产的最佳时段为：以晴或少云为主
15、，日平均气温在20以上，相对湿度不大于60，日平均风力为23级。砖坯在露天晾干过程中，受多种不利气象因素影响，其中主要有冰冻、长连阴雨、热雷雨、晴转雨、暴雨涝灾等。冰冻是由寒潮天气引起的，当日最低气温降到-12时，砖坯即可发生冻害。其防御办法是在寒潮来临之前，用草帘塑料布覆盖坯垛。一般情况下，加盖一层草帘和塑料布，可提高膜内温度23。,2023/9/1,36,实例2：砖瓦生产的气象条件分析,长连阴雨会延长砖坯的晾干时间。在此天气情况下，砖坯制作要偏干，晾坯时要加大坯垛间和砖坯间隙，雨停日出时要及时揭盖晾晒，以缩小晾干周期。热雷雨是夏季突发性的阵雨降水，由于它来势猛，雨滴大，常常风雨交加，容易使
16、砖坯受损。因此，夏季生产砖坯，要特别留意午后，一旦有热雷雨发生的征兆，就要及时覆盖砖坯，同时还要加牢覆盖物，以免被大风卷走。晴转雨，特别是久晴之后的夜间转雨，往往使砖瓦厂家猝 不及防。特别是突发性降水，时间虽短，往往可使砖坯全部报废，为此，夜间的天气预报不可忽视。砖瓦厂建在江河湖边或地势低洼地带，易受暴雨洪涝灾害影响，造成备土淹没，砖垛倒塌、熄火停产等损失。长期取土用料，使砖瓦场地势变低。易受暴雨涝渍。为了避免涝渍灾害，砖瓦场地应选择在地势较高，排水畅通的地方。,2023/9/1,37,水泥及预制件生产与气象,水泥原料：粘土、石灰石、石膏等；设 备：回转窑普通水泥成份：硅酸三钙（3CaO Si
17、O2）硅酸二钙（2CaO SiO2）铝酸三钙（3CaO Al2O3）用 途：水泥砂浆、混凝土、预制件,基 础 知 识,http:/,http:/,2023/9/1,38,水泥及预制件生产与气象,水 泥 生 产,工艺过程：由生料制备、熟料煅烧、水泥制成 三个生产过程组成，即所谓的“两 磨一烧”。生产环节：包括矿山开采，原料烘干，粉磨，热料煅烧，半成品，成品匀化，储 藏包装等，均可产生大气污染。,http:/,2023/9/1,39,2023/9/1,40,水泥及预制件生产与气象,生料制备：将石灰石和粘土及其它辅料按一定 比率混合，磨细，分为湿法、干法 和半干法。,湿法：加水磨制，含水率32%-3
18、8%的料浆，在回转窑中烧成水泥熟料，其扬尘少，易调匀，熟料质量高，但因蒸发水分多，耗能大，产量低。干法：生料经干燥烘干粉磨，扬尘多，调和困难，但耗能低，先进的干法窑已成为当代水泥工业主流。半干法：生料加水（12%-16%）成球后入窑煅烧，单机产量高，热耗较低。占我国水泥产量80%的立窑也属半干法，虽投资比回转窑省，热效高，但生产水平比较低下。,2023/9/1,41,水泥及预制件生产与气象,100时，生料中的水分蒸发。600时，粘土脱水，块状的生料碎成粉料。900时，CaCO3分解，生成的CaO和粘土组分中的SiO2 和Al2O3开始发生固态反应。1400时，窑内的物料部分熔化，生成的3CaO
19、 SiO2 以微小的结晶析出，冷却后成为硬块，叫做 熟料。,熟料煅烧：将生料装入水泥窑，加热。,2023/9/1,42,水泥及预制件生产与气象,水泥制成：在熟料中加入适量的石膏，磨成 细粉，就得到水泥，这种水泥叫 普通硅酸盐水泥。,水泥具有水硬性，在使用时，加水拌和，石膏与水泥中的硅酸三钙、铝酸三钙在水的作用下，凝成凝胶状物质，这个过程发生在水泥颗粒表面，靠水分子通过已生成的胶状物的扩散来继续，是一个缓慢的过程。在此过程中水泥具有可塑性，过一段时间，渐渐变结实，失去可塑性变硬。这个过程在空气中还是在水中都可以发生，因此也适用于水下工程的建筑材料。,2023/9/1,43,水泥及预制件生产与气象
20、,与水泥有关的几个概念：,（1）矿渣硅酸盐水泥：水泥熟料中加入一定的高炉矿渣。（2）沸石岩水泥：水泥熟料中掺入一定量的沸石岩。（3）水泥沙浆：水泥、沙子和水的混合物，用作粘合剂。（4）混凝土：水泥、沙子和碎石按一定比例的混和物硬化后。（5）钢筋混凝土：用钢筋作结构，用混凝土建造建筑物。,2023/9/1,44,水泥及预制件生产与气象,有配料、加工成型、养护、成品检验等四个阶段。每一阶段都和气象条件密切相关，气象条件不仅制约生产周期，而且还影响产品质量，改变配料方法等。,水泥预制件生产,http:/,2023/9/1,45,水泥及预制件生产与气象,1、厂址选择,2、水泥生产的大气污染特征、危害和
21、防治,3、气象因素对生产过程的影响,水泥生产与气象,2023/9/1,46,水泥及预制件生产与气象,避免水害、避开山谷风环流的窝风部位、在夏季主导风的下风侧以及散发烟尘或有害气体工厂的上风侧。若不能满足，必须在它们之间保持充分的卫生防护距离。,1、厂址选择,2023/9/1,47,水泥及预制件生产与气象,2、水泥生产的大气污染特征、危害和防治,主要大气污染物-粉尘、烟尘,治理方法-尽量采用密闭化生产，对不能密闭的扬尘设备，必须采取湿法降尘和通风除尘，其中必须考虑生产环境中的气象因素的作用。,主要危害-肺病、结核、萎缩性鼻炎、慢性咽炎、慢性扁桃体炎、慢性湿疹、皮肤感染、消化道溃疡病；影响作物生长
22、。,2023/9/1,48,水泥及预制件生产与气象,研究表明：不同窑型水泥生产中重金属的逸放污染。无论何种水泥窑,Hg逸放率高达89%96%。Pb、Cd在不同类型水泥窑中其逸放率有明显差别,立窑的逸放率较高,Pb和Cd为84%90%;湿法回转窑次之;新型干法窑的逸放率最低,Pb和Cd为39%57%。随水泥窑烟气逸放的Pb等重金属不仅会对周围环境造成污染,还会对人体健康造成危害。,2023/9/1,49,水泥及预制件生产与气象,3、气象因素对生产过程的影响,入磨物料常含有一定水分，为防止收尘系统堵塞，入磨物料在入磨前视不同气候区特征和物料含湿率大小及生料制备方法，应经过相应较长的储存期或烘干工艺
23、过程。,为了防止结露，应控制系统中的气体温度高于露点温度15-20。,2023/9/1,50,水泥及预制件生产与气象,水泥预制件生产与气象,1、水泥预制件生产不同阶段所需的气象条件,2、气象条件对预制件生产周期和产品质量的 影响,3、建立水泥制品生产专业气象指标,4、建筑施工中混凝土浇注与气象,2023/9/1,51,水泥及预制件生产与气象,1、水泥预制件生产不同阶段所需的气象条件,（1）配料,一般要求日平均气温5，相对湿度70%，避免阳光直射和雨淋，即使小雨也影响预制件配料的水灰比。,未来15天日平均气温5？出现 32以上的高温？未来15天内出现最小相对湿度？,2023/9/1,52,水泥及
24、预制件生产与气象,（2）加工成型,要求平均气温5，平均相对湿度80%，不出现降水。,当日平均气温25或最高气温 32，混凝土预制件因模板粘连易变形，强度降低，除在配方上加缓凝剂外，应避开夏季中午的高温事端，并通过覆盖、浇水制造局地适宜小气候条件。,2023/9/1,53,水泥及预制件生产与气象,（3）养护,该阶段对气象要素变化最为敏感。中小型预制件厂多采用自然覆盖养护法。最理想的气象条件是气温24，相对湿度90%。相对湿度对产品质量影响较大，它能改变混凝土的收缩程度。温度影响养护时间的长短并决定养护期内的浇水次数。另外，太阳辐射也对养护有影响。,2023/9/1,54,水泥及预制件生产与气象,
25、（4）产品检验,主要指检验其抗拉、抗压强度。在测试强度时以温度20 3，相对湿度在90%以上，养护28天的构件，单位面积所承受的最大破坏力为标准。,在实际生产中，预制件所达到的强度，为标准强度的70%以上，就列为合格并结束养护阶段。,2023/9/1,55,水泥及预制件生产与气象,2、气象条件对预制件生产周期和产品质量的 影响,主要影响要素气温、日照、湿度、风速、气温波动,2023/9/1,56,水泥及预制件生产与气象,气温：混凝土的水化作用对气温很敏感。气温越低，水化作用和抗压的增长越慢，4 以下水化十分缓慢，0 以下水化作用基本停滞。这时混凝土内部温度增高，表面温度仍很低，形成温差，可产生
26、内应力，且由于水分冻结体积膨胀，引起裂缝。此时应在混凝土中加适量促凝剂，可提高早期强度，并采用蓄热法或加盖草帘养护，以延长其降温阶段，使之在温度降至0 之前就获得所需要的强度。,2023/9/1,57,水泥及预制件生产与气象,日照：自然养护在露天进行，起增温作用，加快增强速率，在低温时作用尤其明显。,湿度：预制件在自然养护时要求表面湿润，若空气湿度小，蒸发快，消耗潜热多，使预制件温度降低。同时若空气干燥，浇水不及时，易导致干缩变形，影响制品质量。,2023/9/1,58,水泥及预制件生产与气象,风速：在低温和空气干燥时，若风速较大，由于湍流增强，热交换充分，常使低层空气温度升高缓慢，风速大又促
27、使蒸发加快，对预制件强度的增长影响甚大，一般风速3m/s时，对制品质量无影响。风速过大要在养护中注意保温保湿。,气温波动：一般气温升降幅度在10 以下，对制品质量无影响。强烈的升温降温，使处于湿润状态下的预制件反复涨缩，同时引起湿度明显变化，会引起制品质量下降。,2023/9/1,59,水泥及预制件生产与气象,3、建立水泥制品生产专业气象指标,有利水泥生产的指标：日平均气温15，同时在养护中采取相应措施改善湿度条件，根据指标提出有利生产期。,生产危险期指标：日平均气温5，根据此指标提出当地的生产危险期。小心气温波动。,2023/9/1,60,水泥及预制件生产与气象,优质水泥预制件气象指标：养护期内日平均气温在18-27，最高气温85%，最小相对湿度50%，风速小于等于3m/s。,2023/9/1,61,水泥及预制件生产与气象,4、建筑施工中混凝土浇注与气象,混凝土浇筑施工期包括投资、备料和推放。主要应考虑月平均气温和气温年较差。施工中涉及混凝土的几个界限温度：气温25 或最高气温32，滑模施工中混凝土易与模板粘连产生拉裂，甚至变形断裂，此时应加缓凝剂。,
