XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
"Попкорн" из глины
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Мой папа работает в большом строительном холдинге начальником карьера Южноуральского месторождения керамзитовых глин и часто рассказывает мне по вечерам о своей работе. Однажды я у него поинтересовался, для чего они её добывают и куда потом используют. Папа ответил, что они добывают глину для изготовления "попкорна". Его слова меня очень поразили, и я стал задавать ему много вопросов, чтобы понять, как получается несъедобный "попкорн" из глины. Оказалось, что "попкорном" папа назвал керамзит из глины ввиду его сходства со съедобным попкорном. Но в чем же заключается это сходство? Это и предстоит нам выяснить в ходе работы.
Актуальность моего исследования заключается в том, что в наше время большой застройки городов новыми районами здания и дома должны быть не только высокими и красивыми, но и качественными, безопасными. Для сохранения тепла в строящихся объектах строительные организации нашего города используют высокопрочный керамзит. Керамзит имеет отличные теплоизоляционные свойства и является одним из самых экологически чистых материалов, так как изготавливается из глины. Керамзит, кроме современного домостроения, часто используют и в декоративных целях. В домашних условиях керамзит используют при выращивании домашних растений, так как он легко впитывает воду, но плохо её отдает, чем не даёт испаряться влаге, тем самым контролируя водный баланс растения.
Цель работы: исследование процесса изготовления керамзита посредством выявления его сходства с попкорном.
Задачи исследования:
рассмотреть состав, свойства и сферу применения керамзита;
изучить процесс получения керамзита на керамзитовом заводе;
определить на основе эксперимента в домашних условиях сходства и различия в процессе изготовления керамзита и попкорна.
Объект исследования - керамзит.
Предмет исследования – процесс изготовления керамзита.
Мы выдвинули гипотезу: если процесс изготовления керамзита и попкорна проходит одинаковые этапы, то керамзит можно изготавливать в домашних условиях.
Методы исследования: изучение познавательной литературы, интервьюирование, наблюдение, эксперимент, сравнение, фотографирование.
Новизна в том, что до меня исследованием такого строительного материала, как керамзит, никто не занимался. Мне стало интересно, и я выбрал данную тему, потому что, во-первых, она показалась мне достаточно интересной, реализуемой и близкой к нашей семье; во-вторых, объект исследования – это самое полезное в строительстве вещество, но «продукты», получаемые из глины, до конца не исследованы.
Глава 1. Керамзит – «обожженная» глина
Еще до школы я решил, что хочу стать строителем, потому что моё самое любимое занятие - это сборка конструктора. В свободное от учебы время я также люблю придумывать и проектировать с помощью карандаша разные здания и дома, поэтому, когда я узнал, что есть профессия архитектор, я решил всеми путями добиться этой цели. Я стал изучать литературу и интересоваться, как и из чего строят дома.
Прочитав книгу "Как устроен город", я узнал, что важно строить дома и здания из долговечных и экологически чистых материалов. (Фото 1) Из энциклопедии я узнал, что есть такие полезные ископаемые, к которым относится и глина. А процесс добычи глины я увидел своими глазами в единственном подобного рода карьере Оренбургской области.
Затем мне стало интересно, что такое керамзит, или "попкорн" из глины, как назвал его папа. На сайте wikipedia.org. я узнал, что само слово
"керамзит" в переводе с греческого языка обозначает " обожженная глина".[4] Уже из этого названия понятно, что для получения керамзита глину нужно обжечь. Добыча глины ведётся на открытом карьере при помощи специальной техники (Фото 2)
Обжиг глины производится в металлических барабанах-печах на специальном керамзитовом заводе. Барабаны (вращающиеся печи) устанавливаются под небольшим углом, гранулы керамзитового полуфабриката засыпаются в верхнюю часть печи, под воздействием силы тяжести они скатываются к нижней части, где установлена форсунка для сжигания топлива. Время пребывания гранул в печи около 45 минут.
Керамзит - это один из самых востребованных строительных материалов широкого спектра применения. Почему? Он отлично сохраняет тепло в любом помещении и при этом никоем образом отрицательно не влияет как на здоровье человека, так и на состояние окружающей среды, т.е. экологически чистый строительный материал. Долговечный, морозоустойчивый, огнеупорный, относительно дешевый.Керамзит популярен во всем мире. В настоящее время работают более 270 заводов в 50 странах мира , которые ежегодно производят порядка 73 млн м³ строительных изделий из керамзитоблока.
Область применения керамзита благодаря его качествам достаточно большая: как в строительстве, ремонте помещений, сельском хозяйстве, садоводстве и выращивании комнатных растений в горшках. (Фото 3)
Глава 2. «Попкорн» из глины – продукт керамзитового завода
Чтобы изучить процесс получения керамзита, мы отправились с родителями на глиняный карьер, а потом и на керамзитовый завод, находящийся недалеко от нашего города.
Наша экскурсия началась с поездки на глиняный карьер, где папа показал мне, как устроен карьер и как ведётся в нем добыча глины. Со слов папы, это месторождение относится к морскому происхождению. Карьер - это открытая территория, где находится месторождение полезного ископаемого- керамзитовой глины, где при помощи экскаваторов или бульдозера сначала снимается верхний слой почвы- чернозем, а затем уже начинается добыча полезного ископаемого т.е. глины путем разбивки очищенного участка на ряд горизонтальных слоев которые разделяют наклонными въездами. Каждый такой слой называют уступом, на котором и работает экскаватор для загрузки автосамосвалов глиной.
Грузовики перевозят добытую глину на завод по изготовлению керамзита. Из интервью с папой и мастером смены на керамзитовом заводе, я узнал, что в его карьере добывают именно ту глину, которая подходит для производства керамзитового гравия. Она легкоплавкая и содержит много железа, поэтому хорошо вспучивается, благодаря чему керамзит получается воздушный и легкий. (Фото 4)
Как только завод получает такую глину, рабочие сразу приступают к ее переработке. Мастер завода Сергей Иванович рассказал мне, что сначала уделяют вниманиеразогреву печи, а уже после этого отправляют глину в печь диаметром 2-4 метров, где и происходит процесс вспучивания т.е.превращения глины в керамзит путем обжига во вращающейся печи при температуре от 900 до 1200 градусов Цельсия в течение 45 минут. После печи керамзит попадает в холодильник, где остывает до определенной температуры и отправляется по ленточному транспортеру на сортировку, т.е. деление на фракции (размер) После сортировки уже готовый керамзит отправляется в бункеры для хранения и транспортировки.(Фото 5-12)
Глава 3 Эксперимент в домашних условиях
Так на каких основаниях керамзит можно называть «попкорном»? Для этого мы с родителями решили провести небольшой эксперимент в домашних условиях: сравнить процесс производства "попкорна" из глины с обычным и всеми любимым попкорном из зерен кукурузы.
Попкорн (англ. popcorn, от англ. popped corn — (дословно) «стреляющая кукуруза» или воздушная кукуруза — представляет собой зёрна кукурузы, раздувшиеся изнутри при нагревании. Обычно подаётся подсоленным или подслащенным.Попкорн изготавливался тысячелетиями древними индейцами Америки, которые обнаружили разновидность маиса, способного вздуваться при нагревании. Это свойство объясняется особым строением зерна, в котором находится капелька крахмала, содержащая воду. При нагревании вода вскипает, пар взрывает оболочку и зерно раскрывается, увеличиваясь в объёме. [4]
Для этого мы при помощи попкорницы (это наш мини-завод) приготовили попкорн, и я понял, что во время приготовления попкорна зерна кукурузы при нагревании попкорницы до +220 -240 градусов по Цельсию, тоже раздувались и получались пористые шарики попкорна, очень похожие на керамзита. После этого я понял, почему папа привел мне такое сравнение попкорна из зерен кукурузы и "попкорна" из глины. Это произошло не только из-за внешнего сходства, но и из-за процесса производства. (Фото 13,14)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В строительстве керамзит используют для изготовления керамзитоблоков, из которых , в свою очередь, строят высотные дома и здания, которые получаются по своим характеристикам долговечными, имеют хорошую тепло-и шумоизоляцию, устойчивы к холоду и неогнеопасны, а самое главное его преимущество - это экологичность и чистота т.е. жить в доме, построенном из керамзитоблоков, будет не только комфортно, но и безопасно. Несмотря на то что этот строительный материал относительно дешевый, засыпать им весь дом (особенно частный) обойдется дорого. Но, изучив процесс получения керамзита на заводе, мы убедились, что в домашних условиях получить керамзит из глины невозможно, так как нужны печи с очень высокими температурами ( 900-1200 градусов по Цельсию) и определенные условия для охлаждения и транспортировки керамзита. Поэтому придется закупать керамзит на заводах.
Таким образом, гипотеза нами опровергнута. Цель работы достигнута. Задачи решены.
Выполняя данную работу, нам было очень интересно. Безусловно, материал нашей работы будет интересен не только будущим строителям, но и всем людям, живущим в новостройках. Все должны понимать, что дома, школы, детские сады или поликлиники должны строиться из экологически чистых и долговечных материалов, в основе которых керамзит.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И
ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСОВ
1. Матц Вэнблад Как устроен город. От водопровода до транспорта. - СПб.: Питер, 2020. -С. 47
2.Почему и отчего?: энциклопедия для любознательных: пер. с англ. -М.: АСТ: Астрель, 2009. -С. 52.
3.Секанинова Ш. Большая книга подземного мира; Пер. с англ. - М.: Альпина Паблишер, 2018. -С. 56.
4. https://ru.wikipedia.org/wiki Керамзит. Попкорн.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ъ
Ф ото 1. За чтением книги Фото 2. За чтением книги Фото 3. Посадка цветка М.Венблад " Как устроен Секанинова Ш. "Большая город" книга подземного мира"
Фото 4. Карьер по добыче глины. Погрузка глины.
Фото 5. Знакомство с мастером смены. Фото 6. Глинозапасник
Фото 7. Глиноразрыхлитель Фото 8. Ленточный транспортер
Фото 9. Глиномешалка Фото 10. Глиняные гранулы
Фото 11. Этап просушки и подогрева глины
Фото 11. Печь для обжига глины Фото 12. Охлаждение, хранение готового керамзита
Фото 13. Процесс приготовления попкорна из кукурузных зёрен
Фото 14. Сравнение "попкорна" из глины и попкорна из кукурузы.