Методическая разработка открытого занятия по междисциплинарному курсу МДК 01.01 Проектирование зданий и сооружений на тему "Портландцемент"

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

«ЛУГАНСКИЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

ИМЕНИ АРХИТЕКТОРА А.С. ШЕРЕМЕТА»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ОТКРЫТОГО ЗАНЯТИЯ

по междисциплинарному курсу

МДК 01.01 Проектирование зданий и сооружений

Специальность 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений

Тема: «Портландцемент»

2024

Методическая разработка открытого занятия по междисциплинарному курсу МДК 01.01 Проектирование зданий и сооружений на тему: «Портландцемент»» составлена для преподавателей специальности 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений.

Организация – разработчик: ГОУ СПО ЛНР «Архитектурно-строительный колледж имени архитектора А.С. Шеремета».

Разработала: преподаватель высшей квалификационной категории, преподаватель профессионального цикла Сереженко Т.Д.

Рассмотрено и одобрено

на заседании цикловой комиссии

автодорожных, теплотехнических и

общетехнических дисциплин

Протокол от 16 апреля 2024г. № 8

Председатель комиссии

_____________Сереженко Т. Д.

АННОТАЦИЯ

Методическая разработка предназначена для преподавателей колледжа, работающих с применениемэлементов инновационных технологий по специальности 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений. В методической разработке представлено открытое занятие по междисциплинарному курсу МДК 01.01 Проектирование зданий и сооружений на тему: «Портландцемент». Занятие отражает проблемно-ситуативное обучение с использованием кейсов. На протяжении всего занятия решается обозначенная проблема на основе принципов перспективности применения материалов в строительстве.

Методика проведения занятия меняет традиционную систему отношения студентов к учебе. Студенты приобретают умения: работать с учебной литературой и информацией, получать новые знания и систематизировать их; оперировать основными понятиями; решать производственныезадачи; логично выстраивать устные ответы.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня перед профессиональным образованием стоит проблема подготовки специалиста качественно нового уровня. Специалист «на выходе» должен соответствовать определенным требованиям рынка труда, быстро адаптироваться к изменяющимся условиям и демонстрировать навыки в профессиональной деятельности.

Данным требованиям соответствует технологияпроблемно-ситуативное обучение с использованием кейсов.

В методической разработке предлагается методика проведения лекционного занятия с анализом проблемных ситуаций. Для создания проблемных ситуаций, для нахождения путей их решения, используются различные приёмы.

Важным элементом по изучаемой теме является самостоятельная подготовка студентами рекомендаций по эффективным способам производства портландцемента, слайдов, презентации, видеофильма. Работы студентов рассматриваются и анализируются во время проведения занятия.

Проведение занятия требует использование современных средств обучения, демонстрационного оборудования.

Применение элементов технологии проблемно-ситуативного обучения способствует лучшему усвоению новых знаний и закреплению базовых знаний по междисциплинарному курсу, формированию общих и профессиональных компетенций, побуждает студентов к самостоятельным действиям поискового характера, активизирует их мыслительную деятельность и вызывает интерес к изучению нового материала.

Материал данной методической разработки отражает современный подход к организации учебного процесса, тесную связь обучения с производством.

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1.ПЛАН ЗАНЯТИЯ

Тема: «Портландцемент»

Вид занятия: лекция с элементами беседы на основе ранее полученных знаний и анализа проблемных ситуаций.

Тип занятия: ознакомление с новым материалом.

Формируемые компетенции:

ОК1. Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности применительно к различным контекстам.

ОК2. Осуществлять поиск, анализ и интерпретацию информации, необходимой для выполнения задач профессиональной деятельности.

ОК3. Планировать и реализовывать собственное профессиональное личностное развитие.

ОК4. Работать в коллективе и команде, эффективно взаимодействовать с коллегами, руководством, клиентами.

ОК7. Содействовать сохранению окружающей среды, ресурсосбережению, эффективно действовать в чрезвычайных ситуациях.

ПК.1. Подбирать наиболее оптимальные решения из строительных конструкций и материалов, разрабатывать узлы и детали конструктивных элементов зданий и сооружений в соответствии с условиями эксплуатации и назначениями.

Цели занятия:

образовательная:сообщение новых знаний о производстве и технических характеристиках портландцемента;

методическая: совершенствование методики проведения теоретических занятий за счёт внедрения в учебный процесс элементов современных образовательных технологий;

дидактическая: формирование у студентов практических умений и навыков, необходимых в последующей профессиональной деятельности; 

развивающая: способствовать развитию логического и аналитического мышления при решении проблемных ситуаций и кейсов, развивать интерес к специальности через практическую направленность;

воспитательная: формирование профессиональной мотивации у студентов в процессе изучения темы испособности адекватно оценивать проблемные ситуации.

Методы обучения по источнику передачи знаний:

• словесные (беседа, объяснение, выводы);

• наглядные (презентация);

• практические (выполнение заданий).

Междисциплинарные связи:

обеспечивающие:учебные дисциплиныЕН.02. Информатика и ЕН.03
Экологические основы природопользования.обеспечиваемые: профессиональный модуль ПМ.02 Выполнение технологических процессов на объектах капитального строительства.

Прогнозируемый результат.

Студенты будут уметь:

• анализировать проблемные ситуации.

Студенты будут знать:

• сырье и производство портландцемента;

• технические характеристики портландцемента.

Материально-технического обеспечение и дидактические средства:ноутбук, мультимедийный проектор, экран, презентации.

Структура занятия

1. Организационная часть.

2. Ознакомление с темой и проблемой занятия.

3. Мотивация учебной деятельности.

Значение материала для изучения профессионального модуля ПМ.02 Выполнение технологических процессов на объектах капитального строительства, в практической деятельности на производстве и в быту.

1. Актуализация опорных знаний с применением классического описательного кейса.

2. Ознакомление с целью, вопросами лекции, литературой.

3. План лекции

6.1. Сырье и производство портландцемента.

6.2. Химический и минералогический состав клинкера.

6.3. Технические характеристики портландцемента.

1. Рефлексия.

8. Подведение итогов занятия

Литература:

1. Красовский П.С. Строительные материалы. − М.: Инфра-М, 2021, с.98-106.

2. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия. − М.: Альянс, 2022, с.159 -165.

2.2. План конспект открытого занятия

І. Организационная часть.

ІІ. Ознакомление с темой и проблемой занятия.

Тема занятия: «Портландцемент». На протяжении всего занятия решается обозначенная проблема: достаточно ли перспективен портландцемент в будущем строительстве?

Лекция предусматривает элементы совместной работы преподавателя и студентов; применяются базовые знания, полученные раннее по междисциплинарному курсу.

У студентов имеется уникальная возможность убедиться в практической значимости наработанного ими самостоятельно материала.

Эпиграфом к занятию служат слова: «Опыт предков – достояние потомков» (академик, историк В. Каргалов).

ІІІ. Мотивация учебной и познавательной деятельности.

Знания по данной теме необходимы для дальнейшего изучения тем «Бетоны», «Железобетон», «Строительные растворы»; для изучения материала по профессиональному модулю ПМ.02Выполнение технологических процессов при строительстве, эксплуатации и реконструкции строительных объектов.

Полученные знания востребованы при прохождении учебных и производственных практик, в профессиональной деятельности и в быту.

.

ІV. Актуализация опорных знаний.

Фронтальная беседа (кейсовыйметод)

Кейс 1

«Этому продукту – широкая будущность, он сделает будущие постройки более прочными более дешевыми и легчайшими. Этот продукт составляющий одно из важнейших изобретений к потребностям жизни, есть строительный материал будущего, есть драгоценное вещество, применение и

удовлетворение которого в России желательно развивать всеми возможными способами».

Д.И. Менделеев«Письма о заводах

журнал «Новь» 1885г.»

Вопросы

1. О каком материале идет речь?

2. Кто первый внес важнейший вклад в развитие цементной промышленности?

3. Из какого сырья и каким способом получили цемент?

4. Почему полученное вещество назвали портландцементом?

5. Когда был построен первый цементный завод в России?

6. Назовите производителей цемента в России 2023 году?

7. Назовите объемы производства цемента в России за 2023 год.

8. Укажите мирового лидера по производству цемента.

9. Где применяют цемент в строительстве?

V. Ознакомление с целью занятия, планом лекции, литературой.

Цель занятия: освоение новой информации, углубление знаний с базовых понятий, развитие познавательной активности и умение высказывать свою мысль с обозначенной проблемы.

План лекции

1. Сырье и производство портландцемента.

2. Характеристика химико-минералогического состава портландцемента.

3.Технические характеристики портландцемента.

Литература

1. Красовский П.С. Строительные материалы. − М.: Инфра-М, 2021, с.98-106.

2. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия. − М.: Альянс, 2022, с.159 -165.

VІ. Изучение нового материала.

1.Сырье и производство портландцемента.

Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, изготовленное путем совместного помола клинкера, гипса и некоторых добавок.

Клинкер получают путем обжига до спекания (1450…1500С) сырьевой смеси требуемого состава. В качестве минерального сырья применяют известняковые породы (известняки, мрамор, ракушечник) и глинистые породы (глины, глинистые сланцы), мергель.

Портландцемент – наиболее распространенное вяжущее вещество,

являющееся одним из основных строительных материалов. Без цемента невозможно получить бетон, железобетонные конструкции, а также строительные растворы и сухие растворные смеси.

Вторую часть вопроса, производство портландцемента, рассмотрим используя мини – кейс инцидент.

Кейс 2

Проблема

Более 50% заводов России производят цемент мокрым способом. При данном способе наблюдаются затраты топлива и электроэнергии, которые влияют на стоимость цемента. Производители цемента понимают, что стабильность качества цемента формируется на всех стадиях технологического цикла: от добычи и переработки сырья до хранения и отгрузки цемента. Модернизация технологии является эффективным средством снижения стоимости и улучшения качества цемента.

Задание

Изучить проблему и оказать помощь производителям цемента выбрать высокоэффективные технологии, позволяющие улучшить качество цемента и снизить стоимость.Выявить потенциальные последствия решения и обосновать.

Данный мини-кейс был выдан в виде самостоятельной работы­,к нему прилагается аннотация, в которой указаны источники информации, консультации для решения проблемы изложенной в кейсе.

Задания будет выполнено в полном объеме, если кратко рассмотрено производство цемента мокрым способом (презентация мокрого способа производствапортландцемента).

Производство портландцемента мокрым способом

Мягкие горные породы (глину и мел), применяемые в качестве сырьевых компонентов, предварительно дробят в валковых дробилках и измельчают в специальных бассейнах-болтушках в присутствии 36-42% воды по массе. Суспензия глины и мела в заданных соотношениях поступает в шаровые мельницы для тонкого измельчения.

Смесь известняка, глины и воды проходит через все камеры мельницы, выходит из неё в виде сметанообразной массы – шлама.

Шлам перекачивают насосом в цилиндрические шламбассейны для корректировки его состава. При корректировке устанавливают химический состав шлама. Скорректированный шлам перекачивают в шламбассейны для хранения. В этих бассейнах шлам постоянно перемешивают. По мере необходимости шлам насосом подают на обжиг.

Сырьевую смесь обжигают во вращающихся печах, представляющих собой цилиндр диаметром 4-5м и длинной 150-185м, футерованный изнутри огнеупорным материалом. Печь расположена под небольшим уклоном к горизонту и медленно вращается вокруг своей оси.

Шлам омывается горячими газами и подсушивается, образуя гранулы серо-зеленого цвета (клинкер) размером 15-25мм.

Клинкер охлаждают до 80-100⁰С, направляют в холодильник, откуда он поступает на склад, где его выдерживают в течении 1-2 недель. В результате вылеживания содержащийся в клинкере в небольшом количестве свободный оксид кальция гасится влагой воздуха, а также уменьшается твердость зёрен клинкера.

Клинкер измельчают в многокамерных шаровых мельницах при температуре 1250-1450⁰С. В процессе помола к нему добавляют 2-5% гипсового камня для регулирования сроков схватывания портландцемента и различные, предусмотренные технологическим процессом, добавки.

Обучающиеся сами находят информацию для модернизации мокрого способа производства цемента, предлагают решение проблемы (презентации модернизация технологий производства цемента мокрым способом).

Проблемный вопрос. Обеспечивает существование портландцемента в будущем модернизация технологии?

Ответ. Современные энергосберегающие и природоохранные технологии позволяют существовать портландцементу в будущем.

2. Характеристика химико-минералогического состава портландцемента

В природе редко встречаются горные породы, химический состав которых после обжига соответствовал бы требуемому химическому составу портландцемента. Поэтому при получении портландцемента сырьевую смесь составляют из двух и более исходных материалов.

В качестве основных сырьевых материалов применяют все виды карбонатных пород. Вторым компонентом является глина, с которой вводятся кремнезем SiO2, глинозем Al2O3 и оксид железа Fe2O3.

При правильно рассчитанной и тщательно подготовленной к обжигу сырьевой смеси, клинкер не должен содержать свободный оксид кальция СаО. Пережженная (при температуре около 1500С) известь очень медленно гасится, увеличиваясь в объеме, что может привести в последующем к растрескиванию уже затвердевшего бетона.

Портландцемент характеризуется постоянством химического состава. Содержание оксидов изменяется в небольших пределах: 63-68% СаО; 4-8% Al2O3; 19-24% SiO2; 2-6% Fe2O3.

Минералогический состав клинкера − одна из наиболее полных и надежных его характеристик. Установлено, что почти все строительные свойства портландцемента зависят от минералогического состава клинкера. Именно он дает возможность прогнозировать свойства портландцемента и спроектировать его состав для бетона, работающий в конкретных эксплуатационных условиях.

Минералогический состав клинкера портландцемента.

Клинкер состоит преимущественно из силикатов кальция CaOSiO2 (70…80%).

В результате процессов, протекающих при получении клинкера, образуются 4 основных минерала, преимущественное содержание которых определяет название цементов.

Алит (3CaOSiO₂, сокращенно C₃S) − трехкальциевый силикат, в цементе его более 60%. Алитовый цемент быстро набирает прочность с выделением тепла, поэтому его целесообразно применять в холодное время года, но нельзя использовать в массивных конструкциях (во избежании трещинообразования).

Белит (2CaОSiO₂, сокращено C₂S) − двухкальциевый силикат, в цементе его более 37%. Белитовый цемент медленно схватывается и твердеет, особенно при температуре ниже +10 С, выделает мало тепла.

Алюминат (3CaOAl₂O₃, сокращено C₃A) − трехкальциевый алюминат; в цементе его до 15%. Алюминат быстро схватывается и набирает прочность, при твердении выделает много тепла.

Целит (4CaOAl₂O₃Fe₂O₃, сокращено C4AF) − четырехкальциевый алюмоферрит, в цементе его 10…20%. Твердеет достаточно быстро, дает высокую прочность и выделяет мало тепла. Не оказывает существенного влияния на свойства портландцемента.

Качество клинкера определяет главные свойства цемента: прочность и скорость ее увеличения, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.

Для получения клинкера исходные сырьевые материалы берут примерно в соотношении 1:3, т.е. на 1 массовую часть глины приходится 3 массовые части известняка. К такому составу очень близок мергель – осадочная горная порода, представляющая собой природную смесь известняка с глиной. В сырьевую смесь вводят корректирующие добавки. При этом недостаток кремнезема компенсируют введением диатомита, трепела, опоки; содержание оксидов железа увеличивают добавкой руды или колчеданных огарков.

Проблемный вопрос. Что дает корректировка состава клинкера?

Ответ. Корректировка состава дает возможность создать новые виды цементов, значит принцип обновления материала выполняется.

3. Технические характеристики портландцемента

С 01 марта 2017 года российские цементные заводы перешли на производство цемента по межгосударственному стандарту 31108-2016.

 Стандарт распространяется на цементы, изготовляемые на основе портландцементного клинкера и устанавливает требования к цементам и компонентам вещественного состава этих цементов.

По вещественному составу цементы подразделяют на пять типов:
- ЦЕМ I - портландцемент;
- ЦЕМ II - портландцемент с минеральными добавками;
- ЦЕМ III - шлакопортландцемент;
- ЦЕМ IV - пуццолановый цемент;
- ЦЕМ V - композиционный цемент.
По содержанию портландцементного клинкера и добавок цементы типов ЦЕМ II - ЦЕМ V подразделяют на подтипы A, B и C.

Свойства портландцемента зависят от минерального состава и тонкости помола клинкера. При взаимодействии с влагой воздуха активность портландцемента падает, поэтому его предохраняют от воздействия влаги. К основным характеристикам портландцемента относятся истинная и насыпная плотность, тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания, равномерность изменения объема при твердении, прочность затвердевшего цементного камня.

Средняя плотность портландцемента в зависимости от вида и количества добавок составляет 2900-3200 кг/, насыпная плотность в рыхлом состоянии – 1000-1100 кг/.

Тонкость помола характеризуется количеством цемента, проходящим через сито с сеткой № 008 и его удельной поверхностью. По ГОСТу через сито с сеткой № 008 должно проходить не менее 85% цемента, при этом удельная поверхность обычного портландцемента должна быть в пределах 200…3000 /г, у быстротвердеющего портландцемента 350...5000 /г.

Прочность−  важнейшая характеристика цемента выражается маркой (или классом – по новому ГОСТу). Марка −  средняя величина прочности стандартных образцов, изготовленных и твердевших в условиях, указанных в ГОСТе.

Марку цемента определяют при выходе его с завода. Как уже отмечалось, со временем (уже через месяц даже при правильном хранении) прочность цемента снижается из-за того, что частицы порошка гидратируются влагой воздуха, а также наблюдается слеживание (слипание частиц) вследствие большой поверхностной энергии. Поэтому, если цемент не используется непосредственно после изготовления и доставки, надо определять «остаточную» марку, которую называют активностью цемента.

Марка цемента выражает прочность стандартных образцов при сжатии в кгс/см². Для перевода в МПа, если требуется большая точность, надо марочную прочность умножать на 0,0981. Так, например, марке 300 соответствует прочность 29,4 МПа, марке 400 – 39,2 МПа и т.д. В большинстве случаев достаточно округленных значений, т.е. можно считать, что 1 МПа соответствует 10 кгс/см². Тогда прочность при марке 300, например, считаем равной 30 МПа.

По новому стандарту введены классы цемента по прочности. Класс −  это прочность, гарантированная с вероятностью 95 % (при уровне значимости 0,05). Класс по прочности составляет примерно 0,8... 0,85 (80... 85 %) от марочной прочности, выраженной в МПа. Класс предполагает некоторый «запас прочности» на случай отклонений цемента от марочной прочности в сторону уменьшения.

По ГОСТУ 31108-2016 цементы по прочности на сжатие в возрасте 28 суток подразделяют на классы 32,5; 42,5 и 52,5. По прочности на сжатие в возрасте 2 (7) сут цементы подразделяют на подклассы Н (нормальнотвердеющие), Б (быстротвердеющие) и М (медленнотвердеющие). Подкласс М применяют только для цементов ЦЕМ III/B и ЦЕМ III/C.

Классы цементов производимых в мире не превышают 52,5. Впервые в мире русские ученые произвели цемент классов по пригодности 72,5-92,5.

Водопотребностьпортландцемента определяется количеством воды (в %), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты, т. е. заданной стандартной пластичности.

Повышение водопотребности плохо сказывается на свойствах цемента: уменьшаются прочность и морозостойкость, увеличиваются усадочные деформации и т.д. Снижают водопотребность цемента добавки-пластификаторы.

Нормальной густотой цементного теста считается его консистенция, при которой пестик прибора Вика, погружаясь, не доходит до дна (стекла) кольца на 5-7 мм. Водопотребность портландцемента обычно колеблется в пределах 22-26% и зависит от минералогического состава и тонкости помола.

Сроки схватывания цементного теста нормальной густоты определяют на приборе Вика по глубине проникания иглы.

Начало схватывания должно наступить не раннее чем через 45 мин, а конец схватывания – не позднее 10 ч от начала затворения. У портландцемента обычно начало схватывания наступает через 45 мин, а конец схватывания – не позднее 10 ч от начала затворения. На сроки схватывания портландцемента влияют его минералогический состав, тонкость помола и другие факторы. Равномерность измерения объема цемента устанавливают на образцах-лепешках, изготовленных из цементного теста нормальной густоты, при кипячении их в воде и выдерживании над паром. Цемент считают качественным, если на лицевой стороне лепешек, подвергнутых испытаниям, нет радиальных, доходящих до краев трещин или сетки мелких трещин. Одна из причин неравномерного изменения объема цементного камня при твердении является наличие в цементе свободных СаО и MgO, которые гидратируются с увеличением объемов, затвердевшем цементном камне, разрушая его.

Проблемный вопрос. Какое влияние оказывает изменение свойств на портландцемент?

Ответ. Это дает возможность обновитьпортландцемент.

VІІ. Рефлексия

«Лист самооценки».

VІІІ. Обобщение и систематизация знаний

Главный проблемный вопрос: портландцемент является основой будущего строительства?

Ответ. Сегодня принципы перспективности материала выполняются. В своем предвидении гениальный химик Д. И. Менделеев был прав. Цемент есть материал будущего.Cегодня благодаря современным технологиям можно «получить то, что нужно».

Цемент раскрывает свой потенциал на 20%. Это та часть цемента, которая дает прочность в бетоне. Вся остальная масса цемента расходуется бессмысленно. Сегодня ученые работают над раскрытием потенциальных возможностей цемента. Поэтому у цемента есть будущее.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе проведения занятия приобретаются новые знания, повторяется базовый объем изученного материала, идет глубокая подготовка студентов к учебной и производственной практикам. У студентов развивается интерес к специальности, осваиваются компьютерные технологии, нарабатываются навыки общения. Работают на занятии все студенты, даже неуверенные в своих знаниях.

Работа студентов на занятии позволяет:

• обосновать использование теоретических знаний;

• использовать технологию анализа для определения прогрессивной технологии производства цемента;

• сформировать у студентов профессиональные навыки для прохождения практик;

• повысить мотивацию к обучению.

Подготовка к такому занятию развивает ответственность у студентов за результаты своего труда, нацеливает и подготавливает к будущей профессиональной деятельности.

Новизна данной работы в том, что студенты сам в процессе обучения включается в учебный процесс, исследует прогрессивные технологии производства цемента, знакомится с технологией производства цемента в современных условиях. Рекомендации по внедрению прогрессивных технологий на цементном производстве подготовлены студентами самостоятельно. Прослеживается связь полученных теоретических знаний с практической направленностью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ковалев Я.Н. Дорожно-строительные материалы и изделия. − М.: Инфра-М, 2013, с 128-155;

2. Красовский П.С. Строительные материалы. − М.: Инфра-М, 2021, с.98-106.

3. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия. − М.: Альянс, 2022, с.159 -165.

5. ПРИЛОЖЕНИЯ

5.1. Приложение А

Кейс 1

«Этому продукту – широкая будущность, он сделает будущие постройки более прочными, более дешёвыми и легчайшими. Этот продукт один из важнейших приобретений к потребностям жизни, есть строительный материал будущего, есть драгоценное вещество, применение и удовлетворение которого в России желательно развивать всеми возможными способами».

Д. И. Менделеев «Письма о заводах»

Журнал «Новь» 1885г.

Вопросы к кейсу

1. О каком материале идет речь?

2. Кто первый внес важнейший вклад в развитие цементной промышленности?

3. Из какого сырья и каким способом получили цемент?

4. Почему полученное вещество назвали портландцементом?

5. Когда был построен первый цементный завод в России?

6. Назовите производителей цемента в России 2023 году?

7. Назовите объемы производства цемента в России за 2023 год.

8. Укажите мирового лидера по производству цемента.

9. Где применяют цемент в строительстве?

5.2. Приложение Б

Кейс 2

Проблема

Более 50% заводов России производят цемент мокрым способом. При данном способе наблюдаются затраты топлива и электроэнергии, которые влияют на стоимость цемента. Производители цемента понимают, что стабильность качества цемента формируется на всех стадиях технологического цикла: от добычи и переработки сырья до хранения и отгрузки цемента. Модернизация технологии является эффективным средством снижения стоимости и улучшения качества цемента.

Задание

Изучить проблему и оказать помощь производителям цемента выбрать высокоэффективные технологии, позволяющие улучшить качество цемента и снизить стоимость.Выявить потенциальные последствия решения и обосновать.

5.3. Приложение В

Рекомендации по внедрению в производство цемента нанотехнологий

Модернизация в цементной отрасли может позволить сэкономить до 10 млрд руб. на топливо и 1,8 млрд руб. на электроэнергию.

Технология производства наноцемента разработана учеными Московского института материаловедения и эффективных технологий в 1987г. Данная технология долго находилась в секрете и использовалась в военном строительстве.

Технология заключается в получении наноцемента путем модификации портландцемента.

Слайд

Клинкер поступает в дробилку, после измельченный в виде порошка клинкер поступает в шаровую мельницу, где к нему присоединяются минеральные и полимерные добавки.

В шаровых мельницах каждое зерно цемента покрывается сверхтонкой полимерной нанооболочкой в течение 20 – 60 мин.

Толщина этой нанооболочки 20 – 50 нанометров, 1 нанометр – это 1 млн. метра.

Фильм

Реализация данной технологии позволит:

• улучшения свойств портландцемента в 2 раза.

• в 10 раз увеличить сроки хранения цемента.

• из 1 т. клинкера получать 2 т. цемента.

• избавить окружающую среду от огромного количества выбросов СО₂ (углекислого газа), тепла, пыли.

• утилизировать десятки млн. т. невостребованных отходов – шлаков, зол, и т.д.

В данной ситуации наиболее подходящей является технология производства наноцементов.

По нанотехнологии со временем будет работать весь мир. Она не только резко снизит энерго и теплозатраты, но и позволит включить в состав цемента дешевые кремнеземистые добавки – вулканические породы, пески, шлаки, золы. Это путь к эффективной переработке сотен миллионов тонн промышленных отходов в сегодняшних условиях при высокой стоимости электроэнергии и топлива использовать альтернативное топливо.

Рекомендации по внедрению в производство цемента альтернативного топлива, замкнутого цикла помола

В России для производства клинкера во вращающейся печи используют природный газ. В Китае ТБО во вращающейся печи заменяют от 20% до 75% основного топлива для обжига клинкера. Сжигание альтернативного топлива позволяет понизить потребление основного топлива, газа либо угля. При сжигании альтернативного топлива в клинкерных печах, в следствии высокой температуры, не образуются производственные отходы, в том числе и диоксины; уменьшаются выбросы парниковых газов, тяжелые металлы при этом связываются в неагрессивные химические соединения с минералами клинкера.

Слайд.

Модернизация помольных отделений с переходом на замкнутый цикл помола цемента позволяет увеличить производство цементных мельниц, уменьшить удельный расход электроэнергии, а также выпускать новые виды цемента, особенно с содержанием добавок (золы, шлака и др.)

Слайд

В условиях, когда цены на газ и топливо постоянно увеличиваются, а реконструкция заводов требует больших инвестиций решением наиболее подходящим в данной ситуации является использование альтернативного топлива и замкнутого цикла помола.

Рекомендации по внедрению в производство цемента «сухого» способа

.Сегодня на многих цементных заводах устарела техника, 64% российским заводам более 30 лет, 30% заводов построены 1900 - 1950 годах. Затраты на замену производства цемента «мокрым» способом на «сухой» способ составляют 64 млрд. рублей, затраты на строительство новых цементных заводов составляют 120 млрд. руб.

Слайд

Самый дешевым считается цемент импортируемый с Китая, стоимость 1т данного цемента полученная «сухим» способом составляет 1600 руб. Сегодня в России 1т цемента, полученная «мокрым» способом стоит 2400 руб, а «сухим» способом 2000 руб.

Слайд

При сухом способе производства, после мельницы устанавливают циклонные теплообменники – сырьевая мука нагревается и попадает в декарбонизатор, где сжигается 50% топлива и завершается разложение СаСО₃. Подготовленная сырьевая мука подается в печь.

Фильм

Слайд

Слайд

Преимущества «сухого» способа производства:

• снижаются топливно – энергетические ресурсы на 40%;

• упрощается технология производства;

• улучшается компоновка заводов;

• увеличиваются объемы производства.

Реализация такой технологии при постоянном росте цен на топливо и электроэнергию становится жизненно необходимой.

Рекомендации по производству механоактивированного цемента

В России цементная промышленность потребляет 3% газа от общего количества. Такой высокий уровень потребления топлива из-за 50% производства цемента «мокрым» способом. Затраты на строительство новых заводов составляет 115 млрд. рублей.

Затраты на внедрение в цементное производство технологии механоактивированного цемента составляют 5000 млн.рублей. Данный цемент производят цементные заводы в Москве, Самаре, Иваново. При использовании технологии механоактивированного цемента можно сэкономить 1/5 часть топлива и 1/6 часть электроэнергии.

Слайд

В результате механохимической активации комплекса: одной тонны клинкера, модификатора и добавок (кварцевого песка, золошлаковых отходов и других минеральных веществ) поступающих в шаровую мельницу получается 2-4 тонны цемента классов 22,5-62,5.

Преимущества:

• снижаются топливно-энергетические ресурсы;

• улучшаются прочностные характеристики цемента в 2 раза;

• упрощается технология производства цемента.

При кризисном состоянии промышленности, данная технология является более подходящей. Без строительства новых дорогостоящих цементных заводов, только за счет расширения мощности помольных отделений, можно увеличить производство и снизить стоимость цемента.