Механическое оборудование и технологические комплексы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования 
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ

Москва  2017

2-å èçäàíèå (ýëåêòðîííîå)

УДК 666.9: (621.7(8, 92) +666.7 +691.3(4, 5))
ББК 38.6-5
М55

Рецензенты:
кандидат технических наук Л. Н. Беккер, директор ООО «СКТБ МПСМ»;
доктор технических наук, профессор, заслуженный строитель 
Российской Федерации Ю. А. Минаков, 
Поволжский государственный технологический университет;
доктор технических наук, профессор Е. М. Кудрявцев,
заведующий кафедрой СиПТМ ФГБОУ ВПО «МГСУ»
Авторы:
С. М. Пуляев (гл. 1—4); М. А. Степанов (гл. 5—8);
Б. А. Кайтуков (гл. 6—10, 12, 14); Н. А. Лукьянов (гл. 6—8);
Н. А. Дьяконов (гл. 9, 11, 13, 15, 16—20); П. Д. Капырин (гл. 20)

М55
Механическое оборудование и технологические комплексы 
[Электронный ресурс] : óчебное пособие / С. М. Пуляев, 
М. А. Степанов, Б. А. Кайтуков [и др.] ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — 2-е изд. 
(эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 481 с.). — М. : 
Изд-во ÌÈÑÈ—ÌÃÑÓ, 2017. — Систем. требования: Adobe 
Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10".

ISBN 978-5-7264-1640-3
Изложены основные теоретические сведения, основы расчета и проектирования машин и оборудования; дано описание конструкций машин 
и оборудования, принципа их действия; предложен выбор и расчет технологических линий и комплексов оборудования.
Для студентов бакалавриата всех форм обучения по направлению 
08.04.01 «Строительство», профилю «Механическое оборудование и технологические комплексы для производства строительных материалов, 
изделий и конструкций».

УДК 666.9: (621.7(8, 92) +666.7 +691.3(4, 5)) 
ББК 38.6-5

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Механи- 
ческое оборудование и технологические комплексы : óчебное пособие / 
С. М. Пуляев, М. А. Степанов, Б. А. Кайтуков и др. ; М-во образования 
и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — М. : 
Èçä-âî ÌÈÑÈ—ÌÃÑÓ, 2014. — 480 с. — ISBN 978-5-7264-1001-2.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-7264-1640-3
© Национальный исследовательский 

Московский государственный 
строительный университет, 2014

ПРЕДИСЛОВИЕ

Производство строительных материалов и изделий из них является одной из важнейших составляющих современной экономики 
развитого государства. Естественно, что на современном этапе технического развития этот процесс невозможен без средств механизации и соответствующего оборудования.
Для лучшего понимания назначения того или иного оборудования необходимо знать технологические процессы, которые происходят при производстве строительных материалов, изделий и конструкций, а также их основные свойства и характеристики. Номенклатура производимых материалов, а также изделий и конструкций 
весьма обширна, поэтому в рамках данного издания приводятся 
лишь основные сведения о части используемых в строительстве 
материалов.
При изложении материала авторы придерживаются положений 
и указаний, содержащихся в ГОСТах и СНиПах, в которых сформулированы основные требования, правила использования и производства строительных материалов. Правомерность использования этих документов ограничилась 2010 г. После принятия Федерального закона от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом 
регулировании» эти положения должны быть заменены на правовые документы европейского типа, однако в настоящее время этот 
процесс затягивается. 
В учебном пособии приводится материал, необходимый и достаточный для практических и лабораторных занятий, курсовых и 
дипломных проектов.

Глава 1

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ

1.1. Общие сведения

Единой, всеобъемлющей классификации строительных материалов не существует. Была сделана попытка составить по аналогии 
с периодической таблицей химических элементов Менделеева периодическую таблицу строительных материалов, которая не увенчалась успехом.
В настоящее время строительные материалы чаще всего классифицируются по назначению, исходя из условий работы материала в сооружении. Так, материалы делятся на две группы: конструкционные и специального назначения.
К конструкционным материалам, которые воспринимают различные нагрузки (от собственной массы, от массы установленного 
оборудования, снеговые, ветровые и т.д.) и используются для несущих конструкций, относятся:
1) природные каменные;
2) вяжущие;
3) искусственные каменные, получаемые:
а) омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетоны,
растворы);
б) спеканием (керамические материалы);
в) плавлением (стекло, ситаллы);
4) металлы (чугун, сталь, алюминий, сплавы);
5) пластмассы;
6) древесина;
7) композиционные (асбестоцемент, стеклопластики, бетонополимеры).
К материалам специального назначения, название которых говорит об их функции, относятся:
1) теплоизоляционные;
2) акустические;
3) гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие;
4) отделочные;

5) химстойкие;
6) антикоррозийные;
7) огнеупорные;
8) материалы для защиты от радиационных воздействий и др.
Каждый материал обладает комплексом разнообразных свойств.
Свойство — способность материала определенным образом реагировать на отдельный или чаще всего действующий в совокупности с другими внешний или внутренний фактор.

1.2. Связь состава, структуры, строения и свойств 
материалов

Свойства материалов взаимосвязаны с их составом, структурой 
и внутренним строением.
Если для природных материалов (каменные материалы, древесина) возможно только частичное изменение их свойств, например, 
пропитка древесины антисептиками, которые препятствуют гниению древесины, то при получении искусственных материалов технологию следует рассматривать с точки зрения ее влияния на строение, структуру и, как следствие, на получение материалов с заданными свойствами.
Строительные материалы характеризуются химическим, минеральным и фазовым составами.
По химическому составу материалы делятся на органические 
(древесина, битум, полимеры) и минеральные, т.е. неорганические 
(природный камень, кирпич, бетон), а также металлы (чугун, сталь, 
алюминий). Органические материалы горючи, а минеральные нет.
Химический состав некоторых материалов иногда выражают 
количеством содержащихся в них оксидов. Оксиды, химически 
связанные между собой, образуют минералы, которые характеризуют минеральный состав материала. Варьируя содержание и количество минералов, можно получить материалы с разными свойствами (например, портландцемент, быстротвердеющий и сульфатостойкий цемент и т.д.).
Фазовый состав — это соотношение между твердым каркасом 
материала и порами. Фазовый состав, а также фазовые переходы 
воды в порах материала взаимосвязаны со всеми свойствами и поведением материала при эксплуатации.
Свойства материала взаимосвязаны с его структурой. При изучении структуры материала различают макро- и микроструктуры.

Макроструктура — это строение, видимое невооруженным глазом. Микроструктура — строение, видимое под микроскопом.
Материалы могут иметь следующую макроструктуру:
1) рыхлозернистую — состоящую из отдельных не связанных 
друг с другом зерен (песок, гравий, цемент);
2) конгломератную — когда зерна прочно соединены между собой (бетон, керамические материалы);
3) ячеистую — которая характеризуется большим количеством 
равномерно распределенных по объему материала макро- и микропор (ячеистые бетоны, пеностекло);
4) волокнистую (древесина, минеральная вата);
5) слоистую (фанера, текстолит).
Волокнистой и слоистой структурам присуща анизотропия, т.е. 
различие свойств в различных направлениях (например, прочность 
вдоль и поперек волокон).
Внутреннее строение материалов изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т.д. По взаимному расположению атомов и молекул материалы могут быть кристаллическими и аморфными. Неодинаковое строение кристаллических и аморфных материалов определяет и различие их свойств. 
Материалы аморфного строения химически более активны, имеют 
меньшие прочность и теплопроводность, чем кристаллические такого же состава.

1.3. Физические свойства

Истинная плотность — это масса единицы объема материала в 
абсолютно плотном (т.е. без пор) состоянии:

3
3
, г / см ; кг / м ,
a

m
V
ρ =

где m — масса материала; Va — объем материала без пор.
Истинная плотность — физическая константа, которая не может 
меняться без изменения химического состава или внутреннего строения материала.
Средняя плотность — это масса единицы объема материала в 
естественном (т.е. вместе с порами) состоянии:

3
3
г / см ; кг / м ,
m
e

m
V
ρ
=

где m — масса образца материала; Ve — объем образца материала.
Средняя плотность строительных материалов может меняться 
в широких пределах: от 10…20 кг/м3 для самых легких пенопластов 
до 7850 кг/м3 для стали. Даже один вид строительных материалов 
в зависимости от технологии получения, структуры и назначения 
имеет разную среднюю плотность. Например: кирпич полнотелый — 1600…1900 кг/м3, тяжелый бетон — 1800…2500 кг/м3, пенопласты — 10…200 кг/м3 и т.д.
В последующем средняя плотность будет именоваться просто 
плотность.
Насыпная плотность — масса единицы объема материала в насыпном состоянии. Определяется для сыпучих материалов (цемента, песка, щебня и т.п.).
Абсолютное большинство материалов имеют в своем объеме 
поры, поэтому у них истинная плотность всегда больше средней. 
Степень заполнения объема материала материалом называется коэффициентом плотности, который рассчитывается по формуле

пл
K
100 %.
m
ρ
= ρ

Степень заполнения объема материала порами называется пористостью. В сумме Kпл и пористость составляют 1, или 100 %.
Пористость определяется по формуле

П
1
100 %
m
ρ
⎛
⎞
=
−
⎜
⎟
⎝
⎠
ρ

и может колебаться в широких пределах: от 0,2…0,8 % у гранита и 
свыше 90 % у пенопластов. Размеры пор могут быть от миллионных 
долей до нескольких миллиметров. По характеру поры могут быть 
сообщающимися или замкнутыми.
Пористость — важнейшая характеристика материала, связанная 
с рядом других свойств. От величины пористости, характера и размера пор зависят средняя плотность, прочность, теплопроводность, 
морозостойкость, долговечность, гигроскопичность и водопоглощение, водопроницаемость и др.

1.4. Гидрофизические свойства

Свойства, связанные со статическим или циклическим воздействием воды или водяного пара на материал, называются гидрофизическими свойствами материалов.
Гигроскопичность — способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха. Зависит от величины пористости, характера и размера пор, а также от параметров окружающей среды (температуры и относительной влажности воздуха). 
В самом общем случае — чем больше пористость, тем выше гигроскопичность.
Капиллярное всасывание — способность материала при непосредственном контакте с водой поднимать ее на определенную высоту по капиллярным порам, которые имеют размер от 1000Å до 
10 мкм.
Влажность — это относительное содержание влаги в материале:

вл
c

c
100 %,
m
m
W
m
−
=

где mc — масса материала, высушенного до постоянной массы, г; 
mвл — масса влажного материала, г.
Все материалы имеют ту или иную влажность, которая зависит 
от условий эксплуатации, величины пористости, характера и размера пор материала. Влажность влияет на ряд свойств материалов 
(плотность, прочность, теплопроводность и др.).
Влажностные деформации — увеличение линейных размеров и 
объема материала при его увлажнении (набухание) или уменьшение — при высыхании (усушка). Зависят от строения материала.
Материалы высокопористого и волокнистого строения, способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой 
(древесина 30…100 мм/м; ячеистый бетон 1…3 мм/м), материалы 
с маленькой пористостью — незначительной усадкой (гранит 
0,02…0,06 мм/м).
Водопоглощение — способность материала поглощать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. Количество воды, 
которое поглотил образец, отнесенное к его массе в сухом состоянии, называют водопоглощением по массе Wm, а отнесенное к его 
объему — водопоглощением по объему Wo:

в
c

c
100 %;
m
m
m
W
m
−
=

в
c
o
e
в
100 %,
m
m
W
V
−
=
ρ

где mв — масса материала, насыщенного до постоянной массы, г; 
mс — масса сухого материала, г; Ve — объем материала в естественном состоянии; ρв — плотность воды, г/см3.
Водопоглощение зависит от величины пористости, характера и 
размеров пор.
Между этими водопоглощениями существует взаимосвязь:

o
,
m
m

W
W
= ρ
 откуда Wo = Wm · ρm.

Последняя формула удобна для определения Wo в случае затруднения определения объема материала, когда он имеет неправильную геометрическую форму.
Коэффициент насыщения — степень заполнения пор материала 
водой:

o
н
K
1.
П
W
=
≤

Этот коэффициент позволяет оценить структуру материала. 
Уменьшение Kн при постоянной величине пористости свидетельствует о сокращении открытой пористости.
Водостойкость — способность материала сохранять прочность 
при увлажнении. Характеризуется коэффициентом размягчения

в
p
c
K
1,
R
R
=
≤

где Rв и Rc — пределы прочности при сжатии соответственно водонасыщенного и сухого материала.
Материалы, имеющие Kр > 0,8, считаются водостойкими и их 
разрешается применять в сырых условиях эксплуатации, материалы с Kр < 0,8 — неводостойкими.

Воздухостойкость — способность материала выдерживать многократные циклические воздействия увлажнения и высушивания 
без заметных деформаций и потери механической прочности.
Водопроницаемость — способность материала пропускать воду 
под давлением. В строительстве чаще необходимо противоположное свойство — водонепроницаемость, которая характеризуется 
или периодом времени, по истечении которого проявляются признаки просачивания воды через материал, или величиной давления 
воды, при котором она не проходит через материал. Эти свойства 
зависят от величины пористости, характера и размера пор.
Морозостойкость — способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное замораживание и 
оттаивание без значительных признаков разрушения и существенного снижения прочности. Это свойство взаимосвязано с долговечностью, зависит от величины пористости, характера и размера 
пор, начальной прочности, а также от условий эксплуатации. Характеризуется количеством циклов попеременного замораживания 
при температуре –15...–17 °С и оттаивания в воде при температуре 
+20 °С. Число циклов (марка или класс), которое должен выдерживать материал, в зависимости от его назначения, указывается в 
нормативных документах. Материал считается выдержавшим испытание, если после заданного количества циклов потеря массы и 
снижение прочности не превышают значений, указанных в нормативных документах.

1.5. Теплофизические свойства

Это группа свойств, которые характеризуют отношение материала к постоянному или периодическому тепловому воздействию.
Теплоемкость — свойство материала аккумулировать теплоту при 
нагревании. Теплоемкость С (кДж/кг °С) характеризуется количеством тепла кДж, необходимым для нагревания 1 кг материала на 
1 °С.
Вода имеет высокую теплоемкость (4,2 кДж/кг °С), строительные материалы более низкие величины: лесные материалы 
2,39…2,72 кДж/кг °С, каменные 0,75…0,92 кДж/кг °С, сталь 
0,48 кДж/кг °С, поэтому с увлажнением материалов их теплоемкость 
увеличивается.
Теплопроводность — свойство материала передавать теплоту через свою толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность 
λ (Вт/м °С) характеризуется количеством тепла, проходящим через