Активация цементов и прочность пенобетона. Активированный цемент


Активация цемента в производстве строительных материалов

Машиностроительное предприятие «ТЕХПРИБОР» проектирует, производит и реализует полный ассортимент машин и агрегатов активации цемента и тонкого помола инертных составляющих.

Проблемы увеличения прочности теплоэффективных строительных материалов (пенобетон, поробетон, полистиролбетон), сокращение времени выдержки материала в формах, снижение расхода высокомарочного цемента без отрицательных последствий для качества выпускаемой продукции особенно остро стоят перед предприятиями строительной отрасли.

Заметим, что выпуск таких материалов как пенобетон и полистиролбетон сопряжен с достаточно высоким расходом высокомарочного цемента и предъявляет особые требования к гранулометрическим характеристикам инертного заполнителя (песка, шлака, золы). Зачастую получение некоторых видов теплоэффективных строительных материалов низкой плотности невозможно без дополнительного измельчения (помола) инертных компонентов смеси.

В тоже время прочность пенобетона, а также полистиролбетона, объемной массой около 600 кг/м3 не превышает 25 кг/см2 , а время выдержки материала в формах, даже с использованием прогрева изделий  и применением ускорителей твердения, редко бывает ниже 10 часов. Такой длительный период выдержки изделий резко снижает оборачиваемость формующей оснастки на производстве. Заметим, что основная масса теплоэффективных материалов в нашей стране производится именно по литьевой технологии и оборачиваемость формующей оснастки, как и время выдержки материала в формах, зачастую определяет общую эффективность данного производства.

Машиностроительное предприятие «ТЕХПРИБОР», занимаясь проблемами получения теплоэффективных строительных материалов и производством машин и механизмов для строительной отрасли, предлагает несколько основных методов активации цемента, а также инертных составляющих бетона. Для предлагаемых методов активации компонентов характерна низкая себестоимость работ при относительно небольшой установленной мощности используемого технологического оборудования.

Условно агрегаты активации цемента можно разделить на три группы:

Группа 1. Машины виброактивации, типа: «Фагот» и «Вектор-Вибро» предназначены для приготовления водоцементного раствора заданной подвижности. Для машин виброактивации характерна наиболее низкая себестоимость работ по активации материалов. Так, для увеличения прочности бетона на сжатие на 10% расходуется всего 1.1кВт электроэнергии. Производительность машин виброактивации - от 1 до 4м3 водоцементного раствора в час. Машины виброактивации компонентов - идеальный вариант для предприятий по выпуску пенобетона и полистиролбетона различных плотностей, а также заводов ЖБИ и К. Применение на производстве машин виброактивации позволяет увеличить прочность бетона на сжатие в первые сутки твердения на 68%! Увеличение прочности материалов в первые сутки твердения позволяет существенно повысить оборачиваемость формующей оснастки, что положительно сказывается на общей динамике производства. Использование машин виброактивации компонентов позволяет сократить расход цемента на производстве на 17%.

Группа 2. Измельчители-дезинтеграторы серии «Поток М» предназначены для тонкого помола цемента и инертных составляющих бетона. Активация цемента на машинах-дезинтеграторах основана на увеличении удельной поверхности цемента. Увеличение удельной поверхности  резко повышает активность цемента, что оказывает положительное влияние на увеличение марочной прочности бетона и изделий из него. При производстве пенобетона или полистиролбетона, помимо качества используемого цемента, существенную роль играет гранулометрический состав инертного заполнителя. Тонкий помол песка, шлака либо иного применяемого материала способствует увеличению прочности теплоэффективных строительных материалов (пенобетон, полистиролбетон) при значительной экономии цемента. Для измельчителей-дезинтеграторов серии «Поток М» характерна низкая себестоимость работ по активации цемента и других компонентов бетона. Так для тонкого помола одной тонны цемента расходуется всего 4.3 кВт электроэнергии. Производительность измельчителя-дезинтегратора серии «Поток М» по цементу — 3 тонны в час. Измельчители-дезинтеграторы серии «Поток М» могут применяться на предприятиях по выпуску сухих строительных смесей, когда предъявляются особые требования к гранулометрическому составу используемых материалов, на призводствах пенобетонных и полистиролбетонных блоков и панелей, когда необходимо повысить прочность выпускаемого материала, либо снизить расход цемента, на заводах ЖБИ и К для ускорения оборота формующей оснастки, а также снижении расхода цемента.

Группа 3. Комплексы глубокой активации на основе совмещения методов тонкого помола цемента с последующей вибро и гидроактивацией. Для комплексной активации характерно наибольшее увеличение вяжущих свойств цемента. Соответственно, марочная прочность бетонных изделий на основе активированных материалов будет значительно выше, а экономия цемента на производстве будет максимальной. Комплексная активация цемента включает в себя как работы по увеличению удельной поверхности цемента, либо иного вяжущего компонента, так и последующую гидроактивацию материала в смесителе-активаторе. Полученный активированный водоцементный раствор может быть использован для производства различных бетонных изделий и конструкций. Особенно актуально использование комплексов активации материалов в производстве пенобетона и полистиролбетона. При производстве пенобетона и полистиролбетона применение комплексной активации позволяет получать материал увеличенной прочности (до + 85% от прочности контрольных образцов), значительно сократить сроки выдержки материала в формах, тем самым резко увеличить оборот формующей оснастки на производстве, сократить процент повреждения изделий при распалубке (кассетные формы) либо резке (резательные комплексы). И, наконец, применение комплексной активации цемента позволяет значительно сократить расход высокомарочного цемента. Использование комплексной активации компонентов делает возможным применение для выпуска пенобетона либо полистиролбетона низкомарочного цемента, посредственного качества, превратив его в материал с отличными эксплутационными характеристиками, и выпуская на его основе теплоэффективные строительные материалы, полностью отвечающие требованию ГОСТа!

www.tpribor.ru

Способы активации цемента .: Статьи промышленность .: eCraft.ru

Способы активации цемента

Способы активации цемента от ООО ИТЦ Байкал

 

ООО ИТЦ БАЙКАЛ  предлагает оборудование для активации низкомарочного и просроченного портландцемента, а так же активации портландцемента с шлаком доменных печей или золой-уноса, что позволит получить экономию портландцемента до 50%.

 

         Техническая и технологическая обоснованность метода базируется на известных свойствах цементного клинкера и на действующем оборудовании в смежных областях промышленности.

В основе метода лежат исследования о гранулометрическом и химико-минералогическом составе цемента и зависимости прочностных параметров цементного камня от соотношения фракций размером 0-40мкм и 40-80мкм и более - в производимом по традиционной технологии цементе имеются частицы размером и в 200мкм. Опыты показали, что при затворении цемента в раствор переходят мелкие

фракции, а более крупные остаются в цементном тесте и после его превращения в цементный камень в виде инертного наполнителя, т.е., по существу, около 50% цемента не используется по своему прямому назначению. Причиной такого положения является несовершенство помольных агрегатов (шаровых мельниц) на цемзаводах.

Суть предлагаемой технологии заключается в так называемом домоле (активации) низкомарочного цемента с добавлением золы-уноса ТЭЦ или песка до тонины помола 4000-4500 см2/гр.,

получения высокомарочного качественного цемента и таким образом экономии на производстве бетонов до 50%

Для активации цементов предлагаются помольные комплексы производительность 8, 15 и 25 тонн в час.

 

Мельничный комплекс TGM

Технические характеристики:

 

____Тип____

TGM 100

TGM 130

TGM 160

Максимальная крупность питания, мм

< 25

< 30

<30

Размер получаемого продукта (мм)

1,6-0,045

1,6-0,045

1,6-0,045

Скорость вращения вала, об/мин

130

103

82

Вальцы

кол-во,  шт.

4

5

6

Нар. диаметр, мм.

320

410

440

Высота, мм

200

240

270

Кольца

Вн. диаметр, мм.

980

1280

1600

Ширина (мм)

200

240

270

Эл. двигатель

модель

Y255M-4

Y280S-4

Y135M1-4

Мощность, кВт

45

90

132

Скорость, об/мин

1480

1480

1480

Производительность, т/ч

3-8

6-15

9-22

габаритные размеры, мм

9910х5365х8310

7910х7000х9645

12550х5700х8355

Масса, т

16

26.1

35

Цена, USD (EXW)

92500,00

157000,00

230000,00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Комплектация:

Модель

Дробилка щековая

Элеватор

Вибрационный питатель

Эл. Шкаф

TGM 100

РЕ200х350 (1шт.)

Т240х8м (1шт.)

(1шт.)

(1шт.)

TGM 130

РЕ250х400 (1шт.)

TD315 (1шт.)

(1шт.)

(1шт.)

TGM 160

РЕ250х750 (1шт.)

TD315 (1шт.)

(1шт.)

(1шт.)

 

 

ecraft.ru

Портландцемент. Ударная активация.

Рассматривается технология увеличения активности цемента и снижения его расхода в строительстве.

Вопросы экономии, рационального использования энергетических и материальных ресурсов, снижения издержек производства в настоящее время приобретают особую актуальность и требуют грамотного решения.

Инновационные технологические схемы, позволяющие максимально полно использовать достижения научно-технического прогресса в деле оптимизированного пользования материальными и энергетическими ресурсами в строительстве, являются залогом успеха как отдельных предприятий, так и экономики страны в целом.

Сегодня строительная индустрия является одной из крупнейших отраслей народного хозяйства, и проблемы экономии ресурсов представлены здесь особенно остро. Следствием сложившейся ситуации являются высокое материалопотребление отечественного строительства, его высокая себестоимость и зачастую низкое качество.

Вместе с тем, существующие методы интенсификации производства материалов строительного назначения позволяют обеспечить существенный рост объёмов полезных результатов на фоне относительной стабильности материальных затрат.

Бетонные изделия и железобетонные конструкции являются в буквальном смысле основой современного строительства. Бетон прочно занимает ведущее положение по сравнению с другими строительными материалами.

Надёжность и долговечность бетонных и железобетонных конструкций, стойкость к воздействию агрессивных сред, относительно простая технология производства, возможность регулирования основных технико-эксплуатационных показателей и физико-механических характеристик, наконец, практически неисчерпаемая сырьевая база для производства вяжущих материалов и заполнителей — всё это объясняет широкое распространение бетона и позволяет рассматривать его как основной компонент капитального строительства не только настоящего, но и будущего.

И всё же, несмотря на многие замечательные качества и доступность сырьевых компонентов, бетон относится к весьма энергоёмким строительным материалам. При этом наиболее дорогостоящим компонентом бетона является цемент. И хотя цемент — это дорогой и дефицитный материал, его перерасход в строительстве поистине огромен. Нехватка качественных заполнителей для бетона, несоответствие фактической и заявленной марки цемента, низкая культура производства бетонных изделий, пренебрежительное отношение к правилам подбора состава бетонной смеси, грубые нарушения правил транспортировки и хранения цемента — все эти факторы самым негативным образом влияют на качество и себестоимость бетона.

Так, использование песчано-гравийных смесей без корректировки фракционного состава вызывает перерасход цемента до 100 кг/м3. Только при таком расходе цемента удаётся получить запроектированную марку бетона по прочности и обеспечить нужную пластичность бетонной смеси. Только для ускорения набора распалубочной прочности бетона на предприятиях ЖБИиК расход цемента увеличивают на 20–25 % от количества достаточного для получения материала заданной прочности. Низкая изначальная активность цемента или её катастрофическое снижение в результате неправильного складирования, небрежного транспортирования и частых перегрузок также вызывает его перерасход.

Принимая во внимание, что, на фоне настоятельной необходимости снижения удельного расхода дорогостоящих компонентов, современное строительство особенно остро нуждается в высокопрочных, быстротвердеющих бетонах, становится совершенно очевидно, что практическое воплощение ресурсосберегающих технологий невозможно без проведения целого комплекса работ по увеличению активности цемента и снижению его расхода в строительстве.

Хорошо известно, что основные свойства цемента, в том числе его активность и скорость твердения, определяются не только химическим и минералогическим составом клинкера, формой и размерами кристаллов алита и белита, наличием тех или иных добавок, но и, в большей степени, тонкостью помола продукта, его гранулометрическим составом, а также формой частичек порошка.

Существует богатый научно-производственный опыт получения высокоактивных, быстротвердеющих цементов путём домола рядового цемента. Большое число исследований посвящённых данной проблеме было проведено советскими учёными в 50–60 годах XX века. Тогда же был заложен фундамент сегодняшних знаний о теории и практике увеличения полезных свойств минеральных вяжущих веществ. Были исчерпывающе полно изучены особенности производства и применения цементов повышенной активности, разработаны рекомендации для их изготовления — с учётом минералогического состава цементного клинкера, оптимальных дозировок гипса, необходимой тонкости помола, возможности введения минеральных добавок и целого ряда других параметров.

Вопросами производства и промышленного применения активированных цементов занимались такие известные советские учёные, как Б. Г. Скрамтаев, В. Н. Юнг, С. М. Рояк, Ю. М. Бутт, А. Е. Шейкин, Г. М. Рущук, М. И. Стрелков и многие другие. Несмотря на то, что результаты работ отдельных учёных и целых научных школ несколько отличались друг от друга, в обобщённом виде их можно представить следующим образом. Клинкер для производства высокоактивных цементов должен содержать повышенное количество быстротвердеющих клинкерных минералов. Оптимальная дозировка гипса зависит от минералогического состава клинкера, тонкости его помола, содержания стекловидной фазы и т. д. Тонкость помола быстротвердеющих высокоактивных цементов должна быть выше, чем у рядовых цементов.

На основании теоретических изысканий и натурных экспериментов были сделаны выводы о том, что увеличение тонкости помола цемента сказывается на его прочности и скорости твердения гораздо сильнее всех остальных рассматриваемых мероприятий. Поэтому для получения высокоактивного быстротвердеющего цемента необходимо увеличение тонкости помола с обычных 2000–3000 см2/г до 3500–4500 см2/г. Также отмечалось, что увеличение удельной поверхности цементного порошка сверх 6000 см2/г нецелесообразно. При изменении показателей удельной поверхности рядового цементного порошка возможно получение цемента марок 600, 700 и 700 БТЦ. При этом минералогия и химический состав клинкера остаются неизменными.

На основании полученных результатов в короткое время было разработано необходимое технологическое оборудование средней и малой мощности, предназначенное для домола рядового цемента. Началось активное внедрение технологии активации на предприятиях по выпуску бетонных изделий и конструкций. Количество вибропомольных узлов стремительно росло, но спустя короткое время интерес к активации цемента стал постепенно угасать, вплоть до практически полного забвения. Более того, тема изготовления быстротвердеющих, высокоактивных вяжущих материалов на заводах ЖБИ, т. е. в непосредственной близости от места изготовления бетона, была забыта настолько, что академическая наука не возвращалась к ней на протяжении нескольких десятилетий.

Но как могло произойти, что перспективнейшее направление, обещающее многомиллионную экономию и кардинальное улучшение основных характеристик цемента, после того, как были получены впечатляющие результаты, налажен промышленный выпуск оборудования, запущены экспериментальные участки и крупнотоннажные производства, было совершенно забыто?

Причина этого, казалось бы, парадоксального факта на наш взгляд заключается в экономической несостоятельности предлагаемого метода активации, что обусловлено неверно выбранным способом измельчения цементного зерна. Или, иными словами, многочисленные попытки внедрения активации цемента на местах его использования не привели к желаемым результатам, т. к. эффект повышения вяжущих свойств цемента не покрывал расходов на её осуществление.

Для того чтобы понять, насколько практическая эффективность активации цемента зависит от требуемой дисперсности продукта и выбранного типа помольного механизма, необходимо коротко остановиться на основных способах измельчения твёрдых тел.

Итак, под измельчением твёрдых тел мы понимаем направленное уменьшение их первоначальных размеров в результате механического или иного воздействия. В производстве цемента применяется измельчение или диспергирование (от лат. dispergo — рассеиваю, рассыпаю) твёрдых тел, приводящее к образованию дисперсных систем или порошков. Разрушение твёрдых тел может производиться различными способами, наиболее распространённые из которых представлены на рис. 1.

Рис. 1

Обычно в размольных машинах или мельницах разрушение твёрдого тела происходит несколькими способами в результате комбинированного воздействия, но преобладающим является один или два способа. Исходя из физических свойств твёрдого тела выбирается наиболее оптимальный способ его разрушения. Однако помимо физических свойств материала на выбор механизма измельчения, реализующего наиболее оптимальный способ разрушения, оказывает влияние исходный размер твёрдого тела и, в большей степени, требуемый размер частиц продукта измельчения.

Именно требования к дисперсности продукта имеют определяющее значение при выборе типа помольного оборудования и, соответственно, способа измельчения.

В качестве примера, иллюстрирующего связь наиболее рационального, а значит, и наименее энергозатратного, способа измельчения с исходным размером материала, можно привести следующую зависимость. Для среднего и крупного измельчения твёрдых тел используется раздавливание, раскалывание, изгиб, реже — удар (дробилки конусные, щековые, валковые, роторные). В то время как для тонкого измельчения преимущественно используется истирание и удар, либо комбинация этих двух способов (шаровые мельницы различного способа побуждения мелющих тел, струйные мельницы, дезинтеграторы). Напрашивается вывод, что при неизменных физических свойствах твёрдого тела наиболее оптимальный способ разрушения может меняться в зависимости от размера измельчаемой частицы. Если один способ измельчения оправдан при получении частиц относительно большого размера, совершенно не очевидно, что этот же способ окажется эффективным при её дальнейшем разрушении. Напротив, практика использования помольно-дробильного оборудования в различных областях производственной деятельности показывает, что для максимально эффективного измельчения при минимальном расходе энергии с изменением объёма или линейных размеров частицы необходима и смена самого способа измельчения.

Существует чёткая зависимость между размером частицы и расходом энергии на её разрушение. Измельчение требует затрат энергии тем больше, чем выше требуемая степень измельчения. Данная зависимость приобретает особенную наглядность при работе с высокодисперсными системами, к которым относится и цементный порошок.

Все твердые материалы характеризуются присущим им сопротивлением разрушению, причём на разных ступенях тонкого измельчения сопротивление разрушению может существенно различаться. Так, при помоле цемента в шаровой мельнице до удельной поверхности 3000–3500 см2/г её прирост практически пропорционален затраченной работе. Однако при более высоких степенях измельчения дальнейший прирост удельной поверхности сопровождается повышенным расходом энергии, эффективность измельчения снижается.

Таким образом, с точки зрения оптимального соотношения количества затрачиваемой энергии, способа измельчения и дисперсности получаемого продукта, показатель удельной поверхности 2500–3000 см2/г объективно является предпочтительным. Обычно цементный порошок домалывается до означенной цифры и не более того. Происходит это потому, что даже с учётом увеличения активности цемента, повышения его марки дальнейший помол с использованием преимущественно истирающего способа измельчения попросту экономически не выгоден.

В работах по активации цемента путём его домола в основном применяются однокамерные барабанные и вибрационные шаровые мельницы малой и средней мощности. Т. е. для активации цемента используется помольное оборудование, энергоэффективность которого значительно уступает многокамерным барабанным мельницам большой производительности, используемым на цементных заводах. Эксплуатация высокопроизводительного помольного оборудования, применение воздушных сепараторов и замкнутого цикла производства цемента, теоретически обоснованное и подтверждённое многолетней практикой "золотое" соотношение между потенциальными возможностями мельниц данного типа, расходом энергии и оптимальной тониной помола позволяют цементным заводам выпускать большие объёмы рядового цемента при достаточно высоком уровне рентабельности.

Совершенно иная ситуация наблюдается при попытках провести активацию цемента с использованием однокамерных шаровых или вибрационных мельниц небольшой производительности. Данный класс помольного оборудования в целом характеризуется достаточно низким коэффициентом полезного действия. Непосредственно на образование новых поверхностей затрачивается не более 8–10 % от всей подводимой энергии. Удельная производительность (кг/ч) на 1 кВт эффективной мощности многокамерных шаровых мельниц, эксплуатируемых на цементных заводах, существенно выше, чем у помольного оборудования малой мощности.

Таким образом, становится очевидным несоответствие между поставленной задачей и средствами для её решения. Высокопроизводительное помольное оборудование используется для получения больших объемов цемента средней активности, когда затраты энергии пропорциональны увеличению удельной поверхности порошка. В то же время, домол цемента для повышения его активности с применением измельчительного оборудования, характеризующегося крайне низким КПД, предполагает увеличение удельной поверхности порошка сверх энергетического оптимума для данного способа измельчения.

Потенциальные возможности энергоэффективного измельчения цементного зерна методом истирания оказываются исчерпаны уже на рубеже удельной поверхности в 3000 см2/г. Получение цементного порошка большей дисперсности с использованием однокамерных шаровых мельниц открытого цикла в условиях действующих предприятий ЖБИ попросту экономически не выгодно. И бесплодные, хотя и многочисленные, попытки внедрения данной технологии в производство бетона лишний раз подтверждают это заключение.

Именно из-за несоответствия между результатами активации и затратами на её осуществление перспективное направление было закрыто на десятки лет. Даже сегодня "классическое" бетоноведение с большой настороженностью относится к вопросу увеличения активности цемента на местах его использования. Так много надежд было связанно с "построечной" активацией цемента, и чувство разочарования от её неудачного внедрения ощущается до сих пор.

Но неверной была вовсе не сама идея активации, а её исполнение, аппаратное обеспечение и т. д. Результаты исследований высокоактивных цементов, производственная практика изготовления бетона с использованием быстротвердеющего цемента, наконец, сотни научных работ, авторами которых являются наиболее авторитетные представители отечественной науки, доказывают перспективность и даже насущную необходимость продолжения работ в данном направлении — естественно с учётом прошлого опыта и новых знаний.

Так что же встало на пути перспективной технологии, какие проблемы не удалось решить инженерам и технологам, занятым в работах по активации цемента?

Первая проблема состоит в том, что однокамерные шаровые мельницы, используемые в работах по активации цемента, по основным экономическим, эксплуатационным и техническим показателям проигрывают оборудованию аналогичного назначения, но большей мощности.

Для получения высокоактивного быстротвердеющего цемента необходимо, в частности, увеличить тонину помола рядового цемента. Но используемые в работах по активации шаровые мельницы малой мощности серьёзно проигрывали по части себестоимости помола измельчительному оборудованию, эксплуатируемому на цементных заводах. Попытки увеличить показатели удельной поверхности цементного порошка оборачиваются снижением и без того небольшой производительности маломощных мельниц-активаторов и вызывают катастрофический расход энергии на получение продукта заданной дисперсности. Казалось бы, разорвать замкнутый круг невозможно. С одной стороны дисперсность продукта требуется б?льшая, чем у рядового цемента, с другой — мельницы-активаторы в принципе не могут соперничать с высокопроизводительным оборудованием цементных заводов в плане себестоимости помола. Но выход из создавшейся ситуации всё же есть. Если способ истирающего измельчения, реализуемого шаровыми мельницами, по целому ряду причин не подходит для получения большей тонины помола цементного порошка, то нужно применить другой способ измельчения!

Сырьевые материалы, используемые при изготовлении цемента, характеризуются высокой прочностью на сжатие и относительно малой прочностью на изгиб. Прочность цементного зерна на сжатие в 6–12 раз больше его же прочности на изгиб, растяжение, сдвиг. В шаровых мельницах зёрна цементного порошка подвергаются, преимущественно, действию сжимающих сил с двух сторон, в результате которого в зёрнах возникают напряжения, приводящие к разрыву с образованием более мелких частиц. Такой способ измельчения реализуется в шаровых мельницах различного способа побуждения мелющих тел. До определённой тонины помола данный способ вполне оправдан, т. к. площадь новообразованных поверхностей прямо пропорциональна затраченной работе. Но с увеличением удельной поверхности порошка расход энергии возрастает, а прирост удельной поверхности замедляется. После достижения определённой тонины помола способ измельчения цементного зерна методом сжатия — истирания перестаёт быть оптимальным.

С увеличением требований к тонине помола цементного порошка существенное уменьшение затрат энергии могут дать лишь те способы, при которых материалы измельчались бы под влиянием прямых сдвигающих, разрывающих воздействий на них, а не в результате первоначально сжимающих сил. В струйных мельницах и дезинтеграторах цементные зёрна измельчаются почти исключительно путём свободного удара о помольные органы и (или) взаимного соударение в воздушном потоке при движении. Совокупность таких воздействий вызывает быстрое разрушение цементных зёрен по местам структурных дефектов и позволяет получать продукт, характеризуемый оптимальным гранулометрическим составом и осколочной формой частиц.

Принимая во внимание, что наиболее перспективным направлением снижения материальных и энергетических затрат при активации цемента является понижение энергоёмкости самого процесса измельчения, использование агрегатов свободного удара — дезинтеграторов и струйных мельниц может рассматриваться как практически безальтернативный способ повышения вяжущих свойств и снижения расхода цемента в производстве изделий из бетона. Применение помольного оборудования ударного действия позволяет получать вяжущие вещества и наполнители при минимальных затратах.

Проблема вторая заключается в сам?й необходимости более тонкого помола цементного порошка. Тонкий помол материала является наиболее энергозатратным, а значит, и дорогостоящим переделом в производстве цемента. До 70 % затрат приходится именно на помол. В себестоимости активации помол также является основной статьёй расходов.

Но так ли необходимы высокие показатели удельной поверхности цемента? Имеются ли способы получения высокоактивного цемента без существенного увеличения тонины помола? Такие способы существуют, они хорошо известны и активно применяются уже не один десяток лет.

Выше мы отмечали, что, по данным исследований, повышение тонкости помола — это действенный способ увеличения прочности цемента и скорости его твердения. Но увеличение удельной поверхности цементного порошка, как и его активность, нельзя рассматривать в отрыве от гранулометрических показателей высокодисперсной системы, которой и является цемент.

Т. к. различные фракции цементного порошка по разному влияют на прочность цементного камня и на скорость его твердения, целый ряд исследователей рекомендуют характеризовать активность цемента не только по удельной поверхности порошка, но и по зерновому составу. Многочисленные исследования, проводившиеся как в нашей стране, так и за рубежом, позволили установить зависимость между количеством зёрен определённого размера, прочностью и скоростью твердения цемента. На основании работ А. Н. Иванова-Городова было установлено, что равномерное и быстрое твердение цемента достигается при следующем зерновом составе: зёрна мельче 5 мкм — не более 20 %, зёрна 5–20 мкм — около 40–45 %, зёрна 20–40 мкм — 20–25 %, зёрна крупнее 40 мкм — 15–20 %. Правильно сформированный гранулометрический состав позволяет получать высокоактивный быстротвердеющий цемент при абсолютно рядовых показателях его удельной поверхности.

Изменение дисперсности цементного порошка при его помоле происходит на фоне изменения и его гранулометрического состава. Однако соотношение различных фракций, близкое к оптимальному при помоле в шаровой мельнице, достигается при получении относительно высоких показателей удельной поверхности. В то время как при использовании дезинтеграторов, струйных мельниц и других агрегатов ударного измельчения оптимизация гранулометрических показателей происходит без существенного изменения дисперсности продукта.

На основании многочисленных исследований было установлено, что гранулометрический состав продукта измельчения зависит от типа помольного механизма. Готовый продукт, полученный с использованием шаровых мельниц, характеризуется широким зерновым составом, а его частицы имеют окатанную форму. Разнообразный зерновой состав представлен как очень тонкими частицами (>5 мкм), так и относительно крупными (>60 мкм), содержание которых, даже в высокомарочных цементах, достаточно высоко. В то же время для ударного измельчения с применением дезинтеграторов и струйных мельниц характерно получение материала узкой гранулометрии, когда зерновой состав цементного порошка близок к оптимальному.

Возможности гранулометрического "обогащения" цементного порошка наглядно демонстрирует представленная таблица. Повышение активности цемента после дезинтеграторного помола достигается при более низких показателях удельной поверхности по сравнению с материалом, измельченным на шаровой мельнице. Таким образом, тонкий помол с получением цементного порошка высокой дисперсности как наиболее энергонапряжённый процесс активации может быть успешно заменён корректировкой гранулометрического состава.

Наименование материала

Удельная поверхность, см2/г

Содержание, %, фракций, мкм

Предел прочности на сжатие через 28 сут., МПа

?5

?10

?20

?30

?40

?50

?60

более60

Исходный цемент

2250

11,07

8,25

14,64

17,97

16,66

13,50

9,36

8,55

39,5

Активированный цемент, домолотый на шаровой мельнице

3200

15,32

7,11

12,54

20,51

19,62

15,03

6,52

3,35

50,9

Активированный цемент, домолотый на измельчителе-дезинтеграторе

2800

12,84

15,22

29,67

24,13

10,58

5,37

2,19

51,3

Таблица 1. Характеристики цементов различного способа измельчения

Ещё одним действенным способом увеличения активности цемента без существенного изменения его дисперсности является изменение формы цементного зерна при его помоле. В зависимости от типа помольного механизма существенно изменяется форма цементного зерна. Так, форма частиц цемента осколочной "щебёночной" формы с острыми углами и сильно развитой конфигурацией взаимодействует с водой более интенсивно, чем частицы цемента округленной, галькообразной формы.

При равных показателях удельной поверхности, равном содержании частиц цемента размерами 0–20 мкм, одинаковом химическом составе прочность цементного камня, состоящего из частиц осколочной формы, будет выше, нежели прочность цементного камня, состоящего из частиц округлой формы. Соответственно и скорость твердения портландцемента с осколочной формой частиц выше, чем с округленной. Исследования Ю. И. Дешко, В. И. Акунова, В. Л. Панкратова и др. (НИИЦемент) показали, что при измельчении цементного клинкера в струйной мельнице получаются цементы, активность которых на 7,5–15,0 МПа выше активности цементов той же тонкости помола, но измельчённых в шаровой мельнице.

Существующая зависимость формы цементного зерна от типа помольного агрегата позволяет сделать выводы о наиболее предпочтительном способе разрушения, обеспечивающем получение частиц осколочной формы.

Таким образом, ударное измельчение цементного порошка позволяет существенно повысить его физико-химическую активность наиболее рациональным способом, в большей мере за счёт корректировки гранулометрического состава и изменения формы зерна.

Сегодня, когда существующие модели помольного оборудования позволяют реализовать наиболее энергопродуктивные способы измельчения, идеи активации цемента на предприятиях ЖБИ получают второе рождение. Ударное дезинтеграторное измельчение, оптимизация гранулометрического состава цементного порошка, позитивные изменения формы цементного зерна являются инструментами экономически оправданной активации. Объединение результатов фундаментальных исследований 50–60 годов и современной концепции рационального использования энергоресурсов вполне возможно, если решить две основные проблемы, которые и явились препятствием к реализации технологии активации рядового цемента на местах его использования.

Литература:1. Бутт Ю. М. Быстротвердеющий портландцемент: Сборник трудов по химии и технологии силикатов. — М., 1957.2. Волженский А. В. Минеральные вяжущие вещества: Учебник для вузов. — Стройиздат, 1986.3. Волженский А. В., Попов Л. Н. Смешанные портландцементы повторного помола и бетоны на их основе. — Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1961.4. Хинт И. А. Основы производства силикальцитных изделий. — Госстройиздат, 1962.

 

Данная статья была опубликована в журнале "Популярное Бетоноведение", №5 (2007)

Журнал Популярное Бетоноведение - всегда свежая и профессиональная информация о производстве и применению бетонов и других строительных материалов, добавках, оборудовании и многом другом. Издание выходит при поддержке Научно-Технического общества строителей Санкт-Петербурга. Распространяется в России, СНГ, за рубежом. Журнал рассчитан на широкий круг читателей - строителей, технологов, проектировщиков.

www.betonmagazine.ru[email protected]Быстрая подписка на журнал (812) 541 91 45 или +7 (905) 230 90 67

 

 

www.allbeton.ru

Способ активации цемента

 

Союз Советскин

Социалистическин

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()833739 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.08.79 (21) 2816499f29-33 (51) М. Кл. с присоединением заявки №вЂ”

С 04 В 15/00

Гееударственнмй квинтет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 30.05.81. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 10.06.81 (53) УДК 666.97..031 (088.8) по делам нзебретеннй н аткрмтнй

Государственныи научно-исследовательс и проектный институт по обогащению руд цветных металлов

«Казмеханобр» (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ АКТИВАЦИИ ЦЕМЕНТА

Пример. Готовят смесь содержащую, вес. ч.:

Песок 3

Цемент 1

Вода 0,5

Перед смешиванием всех компонентов бетонной смеси осуществляют активацию цемента в переменном электромагнитном поле.

Такое .воздействие электромагнитного поля, когда оно накладывается на материал в процессе измельчения, дает значительный 0 прирост прочности бетона по сравнению с последовательно выполняемыми известными операциями (обработка цемента в магнитном поле и последующее доизмельчение или наоборот).

Известен способ приготовления бетонной смеси, по которому с целью повышения прочности бетона вяжущее механически измельчается в вибромельнице (1).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ активации цемента путем мокрого измельчения его в электромагнитном поле (2).

Недостаток т акого способа заключается в невысокой прочности бетона.

Цель изобретения — повышение прочности бетона.

Поставленная цель достигается тем, что в способе активации цемента путем мокрого измельчения его в электромагнитном поле измельчение ведут в переменном электромагнитном поле напряженностью 3 — 7 тыс. Э создаваемом током промышленной частоты.

Изобретение относится к области приготовления низкомароч ного литого бетона и может быть использовано на горнорудных предприятиях, применяющих системы разработки с закладкой выработанного пространства.

15 Эффект измельчения в электромагнитном поле зависит от напряженности поля и его частоты. Наиболее благоприятным для достижения положительного эффекта являются напряженность поля в пределах 3—

7 тыс. Э и промышленная частота 50 Гц.

С увеличением напряженности поля от 1 тыс. до 50 тыс. прочность бетона повышается,а далее. остается на одном уровне. Выше 7—

8 тыс. Э увеличивать напряженность поля

833739

Результаты испытаний прочностий бетонной закладки, приготовленной предлагаемым способом при различной напряженности поля представлены в табл. 1. нецелесообразно, так как прирост прочности незначителем, а расход электроэнергии, обусловленный эффектом насыщения железа, резко возрастает.

Та блица 1

40,2

78,4

92,0

42,4

47,0

51,0

80,0

98,6

103,0

99,3

109,4

116,0

107,2 118,8

7000

50,5

8000

48,7

109,0

119,1

Результаты испытаний прочности бетон- предлагаемым способами, приведены в ной закладки, приготовленной известным и табл. 2.

Таблица 2

48,0 85,0 89,5

51,0 106,0 116,0

Известный

Предла гаемый

Таким образом, измельчение вяжущего в электромагнитном поле является значительным резервом повышения прочности и дает возможность использовать низкомарочные и лежалые цементы в процессе приготовления твердеющей бетонной закладки.

Формула изобретения

Способ активации цемента для бетонной смеси путем мокрого измельчения его в электромагнитном поле, отличающийся

Составитель Г. Ракчеева

Редактор Н. Безродная Техред А. Бойкас Корректор Н. Бабинец

Заказ 3920/28 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 000

5000

40 тем, что, с целью повышения прочности бетона, измельчение цемента ведут в переменном электромагнитном поле напряженностью 3 — 7 тыс. Э, создаваемом током промышленной частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Константопуло Г. С. Механическое оборудование заводов железобетонных изделий и теплоизоляционных материалов. М., «Высшая школа», 1977, с. 120.

2. Авторское свидетельство СССР

Хв 450589, кл. В 02 С 19/18, 1972.

  

www.findpatent.ru

активация цементов и прочность пенобетона

(Все права защищены, публикация данной информации в любом виде, без разрешения владельцев запрещена. С предложениями обращаться [email protected])

Посмотреть все статьи

Одна из наиболее популярных тем на различных Форумах посвященных пенобетону – несоответствие характеристик получаемой продукции с ожидаемой, либо заявленной производителями оборудования. И на первом месте проблемы с прочностью.

“…беру цемент, рекомендованный технологическим регламентом, опять же рекомендованный пенообразователь, соблюдаю все дозировки и режимы приготовления, чуть ли не молюсь перед каждым замесом – а на выходе пшик!…..”. Полученный пенобетон: “…разрушается при транспортировке…”, “…. ломается, как только возьмешь в руки…”, “…. протыкается отверткой…”, “….его можно проковырять пальцем ….” и т.д.

Конечно, можно позубоскалить и посоветовать поковырять пальцем в другом месте, — хоть удовольствие получишь, но давайте рассмотрим проблему с научной точки зрения и с учетом методологии планирования эксперимента.

Итак, — имеем классическую системную флуктационную ошибку воспроизводимости эксперимента. Иными словами по необъяснимым причинам результаты проведения эксперимента (в нашем случае это производство пенобетона) носят случайный характер.

Ранее определились, и пусть это проходит по рангу “Дано”, что результат стабильно достижим при выполнении определенных требований. В нашем случае, исходя из типового технологического регламента производства пенобетона, под таковые подпадают и являются главными:

— характеристика вяжущего;

— характеристики заполнителя;

— характеристики пенообразователя;

— характеристики оборудования;

— требования по дозированию, смешению и приготовлению компонентов;

— требования по последующему уходу за пенобетоном на стадии твердения и набора прочности

Если Вы предложите подобные начальные условия любому серьезному экспериментатору он обязательно начнет задавать массу уточняющих вопросов, т.к. данный технологический регламент не способен обеспечить строгую воспроизводимость результатов в принципе.

Возьмем простейшее – почему Вы решили, что используемый пенообразователь абсолютно идентичен исходному, принятому в качестве эталона воспроизводимости? Не будем даже рассматривать недобросовестность производителя пенообразователя – и так хватает случайных факторов. Например, некоторые пенообразователи выпадают в осадок (клее-некалевые и алюмосульфонефтяные), некоторые разлагаются под воздействием ферментов (сапониновый), некоторые подвержены бактериальному разрушению (ГК), некоторые расслаиваются по достижении граничной концентрации (клее-канифольный) и т.д. Как и где он хранился? При какой температуре? И на сколько пьян был, в конце концов, дядя Вася, начерпавший его Вам из бочки. Откуда он черпал? Сверху жижку, или и со дна гущечку захватывал?

Даже при самой строгой постановке условий воспроизводимости эксперимента, тактико-технические и эксплуатационные характеристики дяди Васи в каждый отдельно взятый отрезок времени и пространства из-за их ярко выраженной форс-мажорной природы, конечно, следует исключить – против лома нет приема. Но остальные то мы должны учитывать. И предвосхищать возможные последствия.

На эту тему много говорено-переговорено, но я возьму смелость акцентировать внимание на наименее освещенной – на теме вяжущих. Что обычно у пенобетонщиков подразумевается под вяжущим? – Цемент. Еще иногда уточняется его марочность – М400, М500, М600. Еще более точная характеристика – оговаривается количество минеральных добавок. В ПЦ-500Д0 – их до 5%, в ПЦ-500Д20 – до 20% и т.д. Уже кое-что, но все равно абсолютно недостаточно.

(Здесь и далее, все сказанное абсолютно не относится к цементам некоторых развивающихся стран, которые в погоне за “самостiйнiстю” настолько преуспели в данном начинании, что забежали даже вперед европейского паровоза, и теперь у них и шлакопортландцемент с содержанием шлака до 35%, в пику москалям, гордо именуется портландцементом второй группы эффективности, — это проходит по разряду “дядя Вася”).

При указании применяющегося цемента необходимо обязательно ссылаться на его производителя. В зависимости от особенностей местной сырьевой базы минералогия цементов разных заводов очень сильно разнится. И в первую очередь по алюминатности. Бывают низко-, средне- и высоко- алюминатные цементы. И хоть одинаковые марки этих цементов имеют равную 28-ми суточную прочность, кинетика её набора, а также время схватывания и твердения, особенно под воздействием тормозящего гидратацию цемента пенообразователя, сильно отличаются. Столь же чувствительны разные цементы и к “подстегиванию” их ускорителями. (На примере 7-ми суточной прочности это очень ярко наблюдается в приводимой ниже таблице. Для 3-х суточной и особенно суточной прочности эта закономерность еще разительней).

Абсолютно не учитывается фактор хранения цемента (маганизирования). Любой цемент при хранении теряет 8 – 15 % своей активности за месяц!!!!! Причем меньшие числа относятся к низкомарочным, а большие, – к высокомарочным цементам! Всего через пол года хранения и, хоть М600, хоть М500, хоть М400 одинаково благополучно превращаются в М200, а то и хуже. Процесс идет не только от влаги, но и под воздействием атмосферной углекислоты – а для неё даже битуминизированные шестислойные крафт-мешки помеха не большая. (Проблема серьезная, но решаемая. Более того весьма просто, даже в гаражных условиях, получить цемент, который при хранении не теряет а ….набирает! активность, т.н. эффект автоактивизации цемента. Достаточно подробно эта тема освещена в готовящейся к публикации книге “Забытые Ноу-хау советской строительной индустрии” серии “Эффективное строительство. Секреты мастерства”)

Потеря активности цементов при хранении, а также отсутствие, дороговизна либо дефицитность свежих высокомарочных цементов пригодных для производства качественного пенобетона решаема. Для этого необходимо ввести в технологическую цепочку еще один, достаточно простой агрегат, в котором будет проводиться предварительная гидратация и механоактивация цемента. Воспроизвести агрегат по приведенным ниже чертежам весьма просто (см. Приложение 1). И даже не обязательно строго им следовать. Главное — уяснить и реализовать идею.

Более подробное освещение темы, с обязательным (а куда без этого?) теоретическим экскурсом в теорию гидратации цемента и как “все это” применить на практике будет продолжено в следующем году. А пока результаты эффективности описанного механоактиватора.

Таблица 1

№ п/п

Цемент

Вид цементного теста

Время обработки (мин)

Rсж 7 суточное в кг/см2

1

Щуровский

обычное

92.2

активированное

20

146.0

— // —

40

161.4

— // —

60

180.1

2

Брянский

обычное

90.5

активированное

20

126.5

— // —

40

163.4

— // —

60

193.5

3

Белгородский

обычное

87.0

активированное

20

183.3

— // —

40

177.7

— // —

60

167.7

4

Польша

обычное

128.1

активированное

20

261.9

— // —

40

229.1

— // —

60

225.1

5

Завод “Гигант”

обычное

82.5

активированное

20

131.7

— // —

40

163.1

— // —

60

154.0

6

Подольский

обычное

227.0

активированное

30

375.0

7

Краматорский

обычное

84.9

активированное

20

145.0

— // —

40

160.0

— // —

60

200.0

8

Николаевский

обычное

89.3

активированное

20

186.0

— // —

40

177.0

— // —

60

137.0

9

Рижский

обычное

105.0

активированное

20

292.7

— // —

40

260.0

— // —

60

245.0

 

Примечание:

— прочность определена в 7-ми суточном возрасте для цемента М400;

— исходные цементы использовались свежие, со сроком хранения не более 1 месяца

(для лежалых цементов в данном комплексном исследовании экспериментальная проверка не проводилась, но по сведениям других авторов, эксперименты на аналогичном активаторе свидетельствуют, что разница кубиковой прочности между лежалыми (5 месяцев) и такими-же, но активизированными цементами:

— в1 суточном возрасте – 10 – 12 раз

— в 3-х суточном возрасте – 5 – 8 раз

— в 7-ми суточном возрасте – 3 – 5 раз

— в 28-ми суточном возрасте – 1.2 – 2 раза

 

Приложение 1

Цепной смеситель представляет собой конусообразный сосуд из листовой стали, внутри которого находится вертикальный вращающийся вал с прикрепленными к нему цепями. Вал через ременную передачу вращается со скоростью 250 – 300 об/мин от обыкновенного асинхронного двигателя мощностью около 2 кВт на каждые 100 л. объема смесителя.

Вода и цемент, введенные в смеситель в количествах, соответствующие принятому для данного бетона водо/цементному соотношению, подвергаются интенсивному воздействию водяного вихря и движущихся цепей. При этом возникает трение между зернами цемента интенсифицирующее его гидратацию. В результате через 20 – 60 минут в зависимости от исходных характеристик цемента получается цементное тесто высокой активности даже из низкомарочных и лежалых цементов. Особенно эффективна подобная обработка для шлакопортладцементов – после неё они по скорости гидратации они не уступают чистоклинкерным, а то и превосходят их (см. выше Таблица 1 — Краматорский цемент – шлака до 40%).

Смеситель рассчитан на периодическую выдачу обработанного в нужной степени цементного теста, необходимого для работы бетономешалки, в период времени обработки теста в смесителе.

Конструкция цепного активатора должна удовлетворять следующим основным условиям. Верхний диаметр должен быть равен высоте смесителя, нижний диаметр (по диафрагме) – половине высоты. Расстояние между узлами навески цепей – 1/12 – 1/15 высоты вала, по спирали с шагом 90о.

Толщина звена цепи, в зависимости от емкости цепного смесителя, принимается равной 8 мм (при 100 л), 10 мм (при 150 л), 12 мм (при 200 л) и 16 мм (при 250 – 350 л). Концы цепей должны не доходить до ребер на стенках смесителя на 1 – 2 мм.

У диафрагмы ставят 4 нижние цепи не по спирали, а на одной высоте – для облегчения выгрузки. Диафрагма снабжается отверстиями диаметром 10 мм с промежутками между ними 10 мм высверленных в цельном листе по концентрическим окружностям.

Для предотвращения излишнего закручивания смеси, интенсификации измельчения и увеличения жесткости конструкции, изнутри конусного корпуса равномерно приваривается 8 ребер из уголка со стороной 20 – 30 мм.

Дозировка цемента и воды производится по весу. Вместе с цементом допускается вводить пластификаторы, ускорители и иные модификаторы.

Цепной смеситель емкостью 300 л. Разработан инж. Криволуцким И.Е. и Бодянским Б.А., впервые опубликован в “Сборник материалов по обмену опытом в строительстве” №6, 1965 г. (1 – загрузочное отверстие, 2 – смотровой люк, 3 – ребра завихрителей, 4 – цепи (положение цепей во время работы), 5 – диафрагма, 6 – выходное отверстие)

Дата последней редакции 21.12.03 — 10709 знака

Сергей Ружинский, Харьков, Городок

E-mail:[email protected]

(Все права защищены, публикация данной информации в любом виде, без разрешения владельцев запрещена. С предложениями обращаться [email protected])Copyright 1999-2003 ООО Строй-Бетон. Все права защищены.www.ibeton.ru

www.ibeton.ru

Портландцемент. Ударная активация

Рассматриваетсятехнология увеличения активности цемента и снижения его расхода встроительстве.

Вопросы экономии, рациональногоиспользования энергетических и материальных ресурсов, снижения издержекпроизводства в настоящее время приобретают особую актуальность и требуютграмотного решения.

Инновационные технологические схемы,позволяющие максимально полно использовать достижения научно-техническогопрогресса в деле оптимизированного пользования материальными и энергетическимиресурсами в строительстве, являются залогом успеха как отдельных предприятий,так и экономики страны в целом.

Сегодня строительная индустрияявляется одной из крупнейших отраслей народного хозяйства, и проблемы экономииресурсов представлены здесь особенно остро. Следствием сложившейся ситуацииявляются высокое материалопотребление отечественного строительства, его высокаясебестоимость и зачастую низкое качество.

Вместе с тем, существующиеметоды интенсификации производства материалов строительного назначенияпозволяют обеспечить существенный рост объёмов полезных результатов на фонеотносительной стабильности материальных затрат.

Бетонные изделия ижелезобетонные конструкции являются в буквальном смысле основой современногостроительства. Бетон прочно занимает ведущее положение по сравнению с другимистроительными материалами.

Надёжность и долговечностьбетонных и железобетонных конструкций, стойкость к воздействию агрессивныхсред, относительно простая технология производства, возможность регулированияосновных технико-эксплуатационных показателей и физико-механическиххарактеристик, наконец, практически неисчерпаемая сырьевая база дляпроизводства вяжущих материалов и заполнителей — всё это объясняет широкоераспространение бетона и позволяет рассматривать его как основной компоненткапитального строительства не только настоящего, но и будущего.

И всё же, несмотря на многиезамечательные качества и доступность сырьевых компонентов, бетон относится квесьма энергоёмким строительным материалам. При этом наиболее дорогостоящимкомпонентом бетона является цемент. И хотя цемент — это дорогой и дефицитный материал,его перерасход в строительстве поистине огромен. Нехватка качественныхзаполнителей для бетона, несоответствие фактической и заявленной марки цемента,низкая культура производства бетонных изделий, пренебрежительное отношение кправилам подбора состава бетонной смеси, грубые нарушения правилтранспортировки и хранения цемента — все эти факторы самым негативным образомвлияют на качество и себестоимость бетона.

Так, использованиепесчано-гравийных смесей без корректировки фракционного состава вызываетперерасход цемента до 100 кг/м3. Только при таком расходе цементаудаётся получить запроектированную марку бетона по прочности и обеспечитьнужную пластичность бетонной смеси. Только для ускорения набора распалубочнойпрочности бетона на предприятиях ЖБИиК расход цемента увеличивают на 20–25 % отколичества достаточного для получения материала заданной прочности. Низкаяизначальная активность цемента или её катастрофическое снижение в результатенеправильного складирования, небрежного транспортирования и частых перегрузоктакже вызывает его перерасход.

Принимая во внимание, что, нафоне настоятельной необходимости снижения удельного расхода дорогостоящихкомпонентов, современное строительство особенно остро нуждается ввысокопрочных, быстротвердеющих бетонах, становится совершенно очевидно, чтопрактическое воплощение ресурсосберегающих технологий невозможно без проведенияцелого комплекса работ по увеличению активности цемента и снижению его расходав строительстве.

Хорошо известно, что основныесвойства цемента, в том числе его активность и скорость твердения, определяютсяне только химическим и минералогическим составом клинкера, формой и размерамикристаллов алита и белита, наличием тех или иных добавок, но и, в большейстепени, тонкостью помола продукта, его гранулометрическим составом, а такжеформой частичек порошка.

Существует богатыйнаучно-производственный опыт получения высокоактивных, быстротвердеющихцементов путём домола рядового цемента. Большое число исследований посвящённыхданной проблеме было проведено советскими учёными в 50–60 годах XX века. Тогда же был заложенфундамент сегодняшних знаний о теории и практике увеличения полезных свойствминеральных вяжущих веществ. Были исчерпывающе полно изучены особенностипроизводства и применения цементов повышенной активности, разработанырекомендации для их изготовления — с учётом минералогического составацементного клинкера, оптимальных дозировок гипса, необходимой тонкости помола,возможности введения минеральных добавок и целого ряда других параметров.

Вопросами производства ипромышленного применения активированных цементов занимались такие известныесоветские учёные, как Б. Г. Скрамтаев, В. Н. Юнг, С. М. Рояк, Ю. М. Бутт, А. Е.Шейкин, Г. М. Рущук, М. И. Стрелков и многие другие. Несмотря на то, чторезультаты работ отдельных учёных и целых научных школ несколько отличалисьдруг от друга, в обобщённом виде их можно представить следующим образом.Клинкер для производства высокоактивных цементов должен содержать повышенноеколичество быстротвердеющих клинкерных минералов. Оптимальная дозировка гипсазависит от минералогического состава клинкера, тонкости его помола, содержаниястекловидной фазы и т. д. Тонкость помола быстротвердеющих высокоактивныхцементов должна быть выше, чем у рядовых цементов.

На основании теоретическихизысканий и натурных экспериментов были сделаны выводы о том, что увеличениетонкости помола цемента сказывается на его прочности и скорости твердениягораздо сильнее всех остальных рассматриваемых мероприятий. Поэтому для получениявысокоактивного быстротвердеющего цемента необходимо увеличение тонкости помолас обычных 2000–3000 см2/г до 3500–4500 см2/г. Такжеотмечалось, что увеличение удельной поверхности цементного порошка сверх 6000см2/г нецелесообразно. При изменении показателей удельнойповерхности рядового цементного порошка возможно получение цемента марок 600,700 и 700 БТЦ. При этом минералогия и химический состав клинкера остаютсянеизменными.

На основании полученныхрезультатов в короткое время было разработано необходимое технологическоеоборудование средней и малой мощности, предназначенное для домола рядовогоцемента. Началось активное внедрение технологии активации на предприятиях повыпуску бетонных изделий и конструкций. Количество вибропомольных узлов стремительноросло, но спустя короткое время интерес к активации цемента стал постепенноугасать, вплоть до практически полного забвения. Более того, тема изготовлениябыстротвердеющих, высокоактивных вяжущих материалов на заводах ЖБИ, т. е. внепосредственной близости от места изготовления бетона, была забыта настолько,что академическая наука не возвращалась к ней на протяжении несколькихдесятилетий.

Но как могло произойти, чтоперспективнейшее направление, обещающее многомиллионную экономию и кардинальноеулучшение основных характеристик цемента, после того, как были полученывпечатляющие результаты, налажен промышленный выпуск оборудования, запущеныэкспериментальные участки и крупнотоннажные производства, было совершеннозабыто?

Причина этого, казалось бы, парадоксальногофакта на наш взгляд заключается в экономической несостоятельности предлагаемогометода активации, что обусловлено неверно выбранным способом измельченияцементного зерна. Или, иными словами, многочисленные попытки внедренияактивации цемента на местах его использования не привели к желаемымрезультатам, т. к. эффект повышения вяжущих свойств цемента не покрывалрасходов на её осуществление.

Для того чтобы понять, насколькопрактическая эффективность активации цемента зависит от требуемой дисперсностипродукта и выбранного типа помольного механизма, необходимо короткоостановиться на основных способах измельчения твёрдых тел.

Итак, под измельчением твёрдыхтел мы понимаем направленное уменьшение их первоначальных размеров в результатемеханического или иного воздействия. В производстве цемента применяетсяизмельчение или диспергирование (от лат. dispergo— рассеиваю, рассыпаю) твёрдых тел, приводящее к образованию дисперсных системили порошков. Разрушение твёрдых тел может производиться различными способами,наиболее распространённые из которых представлены на рис. 1.

Рис. 1

Обычно в размольных машинах илимельницах разрушение твёрдого тела происходит несколькими способами врезультате комбинированного воздействия, но преобладающим является один или дваспособа. Исходя из физических свойств твёрдого тела выбирается наиболееоптимальный способ его разрушения. Однако помимо физических свойств материалана выбор механизма измельчения, реализующего наиболее оптимальный способразрушения, оказывает влияние исходный размер твёрдого тела и, в большейстепени, требуемый размер частиц продукта измельчения.

Именно требования к дисперсностипродукта имеют определяющее значение при выборе типа помольного оборудования и,соответственно, способа измельчения.

В качестве примера,иллюстрирующего связь наиболее рационального, а значит, и наименееэнергозатратного, способа измельчения с исходным размером материала, можнопривести следующую зависимость. Для среднего и крупного измельчения твёрдых телиспользуется раздавливание, раскалывание, изгиб, реже — удар (дробилкиконусные, щековые, валковые, роторные). В то время как для тонкого измельченияпреимущественно используется истирание и удар, либо комбинация этих двухспособов (шаровые мельницы различного способа побуждения мелющих тел, струйныемельницы, дезинтеграторы). Напрашивается вывод, что при неизменных физическихсвойствах твёрдого тела наиболее оптимальный способ разрушения может меняться взависимости от размера измельчаемой частицы. Если один способ измельченияоправдан при получении частиц относительно большого размера, совершенно неочевидно, что этот же способ окажется эффективным при её дальнейшем разрушении.Напротив, практика использования помольно-дробильного оборудования в различныхобластях производственной деятельности показывает, что для максимальноэффективного измельчения при минимальном расходе энергии с изменением объёмаили линейных размеров частицы необходима и смена самого способа измельчения.

Существует чёткая зависимостьмежду размером частицы и расходом энергии на её разрушение. Измельчение требуетзатрат энергии тем больше, чем выше требуемая степень измельчения. Даннаязависимость приобретает особенную наглядность при работе с высокодисперснымисистемами, к которым относится и цементный порошок.

Все твердые материалыхарактеризуются присущим им сопротивлением разрушению, причём на разныхступенях тонкого измельчения сопротивление разрушению может существенноразличаться. Так, при помоле цемента в шаровой мельнице до удельной поверхности3000–3500 см2/г её прирост практически пропорционален затраченнойработе. Однако при более высоких степенях измельчения дальнейший приростудельной поверхности сопровождается повышенным расходом энергии, эффективностьизмельчения снижается.

Таким образом, с точки зренияоптимального соотношения количества затрачиваемой энергии, способа измельченияи дисперсности получаемого продукта, показатель удельной поверхности 2500–3000см2/г объективно является предпочтительным. Обычно цементный порошокдомалывается до означенной цифры и не более того. Происходит это потому, чтодаже с учётом увеличения активности цемента, повышения его марки дальнейшийпомол с использованием преимущественно истирающего способа измельчения попростуэкономически не выгоден.

В работах по активации цементапутём его домола в основном применяются однокамерные барабанные и вибрационныешаровые мельницы малой и средней мощности. Т. е. для активации цементаиспользуется помольное оборудование, энергоэффективность которого значительноуступает многокамерным барабанным мельницам большой производительности,используемым на цементных заводах. Эксплуатация высокопроизводительногопомольного оборудования, применение воздушных сепараторов и замкнутого циклапроизводства цемента, теоретически обоснованное и подтверждённое многолетнейпрактикой «золотое» соотношение между потенциальными возможностями мельницданного типа, расходом энергии и оптимальной тониной помола позволяют цементнымзаводам выпускать большие объёмы рядового цемента при достаточно высоком уровнерентабельности.

Совершенно иная ситуациянаблюдается при попытках провести активацию цемента с использованиемоднокамерных шаровых или вибрационных мельниц небольшой производительности.Данный класс помольного оборудования в целом характеризуется достаточно низкимкоэффициентом полезного действия. Непосредственно на образование новыхповерхностей затрачивается не более 8–10 % от всей подводимой энергии. Удельнаяпроизводительность (кг/ч) на 1 кВт эффективной мощности многокамерных шаровыхмельниц, эксплуатируемых на цементных заводах, существенно выше, чем упомольного оборудования малой мощности.

Таким образом, становитсяочевидным несоответствие между поставленной задачей и средствами для еёрешения. Высокопроизводительное помольное оборудование используется дляполучения больших объемов цемента средней активности, когда затраты энергиипропорциональны увеличению удельной поверхности порошка. В то же время, домолцемента для повышения его активности с применением измельчительного оборудования,характеризующегося крайне низким КПД, предполагает увеличение удельнойповерхности порошка сверх энергетического оптимума для данного способаизмельчения.

Потенциальные возможностиэнергоэффективного измельчения цементного зерна методом истирания оказываютсяисчерпаны уже на рубеже удельной поверхности в 3000 см2/г. Получениецементного порошка большей дисперсности с использованием однокамерных шаровыхмельниц открытого цикла в условиях действующих предприятий ЖБИ попростуэкономически не выгодно. И бесплодные, хотя и многочисленные, попытки внедренияданной технологии в производство бетона лишний раз подтверждают это заключение.

Именно из-за несоответствиямежду результатами активации и затратами на её осуществление перспективноенаправление было закрыто на десятки лет. Даже сегодня «классическое»бетоноведение с большой настороженностью относится к вопросу увеличенияактивности цемента на местах его использования. Так много надежд было связаннос «построечной» активацией цемента, и чувство разочарования от её неудачноговнедрения ощущается до сих пор.

Но неверной была вовсе не самаидея активации, а её исполнение, аппаратное обеспечение и т. д. Результатыисследований высокоактивных цементов, производственная практика изготовлениябетона с использованием быстротвердеющего цемента, наконец, сотни научныхработ, авторами которых являются наиболее авторитетные представителиотечественной науки, доказывают перспективность и даже насущную необходимостьпродолжения работ в данном направлении — естественно с учётом прошлого опыта иновых знаний.

Так что же встало на путиперспективной технологии, какие проблемы не удалось решить инженерам итехнологам, занятым в работах по активации цемента?

Первая проблема состоит в том,что однокамерные шаровые мельницы, используемые в работах по активации цемента,по основным экономическим, эксплуатационным и техническим показателямпроигрывают оборудованию аналогичного назначения, но большей мощности.

Для получения высокоактивногобыстротвердеющего цемента необходимо, в частности, увеличить тонину помоларядового цемента. Но используемые в работах по активации шаровые мельницы малоймощности серьёзно проигрывали по части себестоимости помола измельчительномуоборудованию, эксплуатируемому на цементных заводах. Попытки увеличить показателиудельной поверхности цементного порошка оборачиваются снижением и без тогонебольшой производительности маломощных мельниц-активаторов и вызываюткатастрофический расход энергии на получение продукта заданной дисперсности.Казалось бы, разорвать замкнутый круг невозможно. С одной стороны дисперсностьпродукта требуется б?льшая, чем у рядового цемента, с другой —мельницы-активаторы в принципе не могут соперничать с высокопроизводительнымоборудованием цементных заводов в плане себестоимости помола. Но выход изсоздавшейся ситуации всё же есть. Если способ истирающего измельчения,реализуемого шаровыми мельницами, по целому ряду причин не подходит дляполучения большей тонины помола цементного порошка, то нужно применить другойспособ измельчения!

Сырьевые материалы, используемыепри изготовлении цемента, характеризуются высокой прочностью на сжатие иотносительно малой прочностью на изгиб. Прочность цементного зерна на сжатие в6–12 раз больше его же прочности на изгиб, растяжение, сдвиг. В шаровых мельницахзёрна цементного порошка подвергаются, преимущественно, действию сжимающих силс двух сторон, в результате которого в зёрнах возникают напряжения, приводящиек разрыву с образованием более мелких частиц. Такой способ измельченияреализуется в шаровых мельницах различного способа побуждения мелющих тел. Доопределённой тонины помола данный способ вполне оправдан, т. к. площадьновообразованных поверхностей прямо пропорциональна затраченной работе. Но сувеличением удельной поверхности порошка расход энергии возрастает, а приростудельной поверхности замедляется. После достижения определённой тонины помоласпособ измельчения цементного зерна методом сжатия — истирания перестаёт бытьоптимальным.

С увеличением требований ктонине помола цементного порошка существенное уменьшение затрат энергии могутдать лишь те способы, при которых материалы измельчались бы под влиянием прямыхсдвигающих, разрывающих воздействий на них, а не в результате первоначальносжимающих сил. В струйных мельницах и дезинтеграторах цементные зёрнаизмельчаются почти исключительно путём свободного удара о помольные органы и(или) взаимного соударение в воздушном потоке при движении. Совокупность такихвоздействий вызывает быстрое разрушение цементных зёрен по местам структурных дефектови позволяет получать продукт, характеризуемый оптимальным гранулометрическимсоставом и осколочной формой частиц.

Принимая во внимание, чтонаиболее перспективным направлением снижения материальных и энергетическихзатрат при активации цемента является понижение энергоёмкости самого процессаизмельчения, использование агрегатов свободного удара — дезинтеграторов иструйных мельниц может рассматриваться как практически безальтернативный способповышения вяжущих свойств и снижения расхода цемента в производстве изделий избетона. Применение помольного оборудования ударного действия позволяет получатьвяжущие вещества и наполнители при минимальных затратах.

Проблема вторая заключается всам?й необходимости более тонкого помола цементного порошка. Тонкий помолматериала является наиболее энергозатратным, а значит, и дорогостоящимпеределом в производстве цемента. До 70 % затрат приходится именно на помол. Всебестоимости активации помол также является основной статьёй расходов.

Но так ли необходимы высокие показателиудельной поверхности цемента? Имеются ли способы получения высокоактивногоцемента без существенного увеличения тонины помола? Такие способы существуют,они хорошо известны и активно применяются уже не один десяток лет.

Выше мы отмечали, что, по даннымисследований, повышение тонкости помола — это действенный способ увеличенияпрочности цемента и скорости его твердения. Но увеличение удельной поверхностицементного порошка, как и его активность, нельзя рассматривать в отрыве отгранулометрических показателей высокодисперсной системы, которой и являетсяцемент.

Т. к. различные фракциицементного порошка по разному влияют на прочность цементного камня и наскорость его твердения, целый ряд исследователей рекомендуют характеризоватьактивность цемента не только по удельной поверхности порошка, но и по зерновомусоставу. Многочисленные исследования, проводившиеся как в нашей стране, так иза рубежом, позволили установить зависимость между количеством зёренопределённого размера, прочностью и скоростью твердения цемента. На основанииработ А. Н. Иванова-Городова было установлено, что равномерное и быстроетвердение цемента достигается при следующем зерновом составе: зёрна мельче 5мкм — не более 20 %, зёрна 5–20 мкм — около 40–45 %, зёрна 20–40 мкм — 20–25 %,зёрна крупнее 40 мкм — 15–20 %. Правильно сформированный гранулометрическийсостав позволяет получать высокоактивный быстротвердеющий цемент при абсолютнорядовых показателях его удельной поверхности.

Изменение дисперсностицементного порошка при его помоле происходит на фоне изменения и егогранулометрического состава. Однако соотношение различных фракций, близкое коптимальному при помоле в шаровой мельнице, достигается при полученииотносительно высоких показателей удельной поверхности. В то время как прииспользовании дезинтеграторов, струйных мельниц и других агрегатов ударногоизмельчения оптимизация гранулометрических показателей происходит безсущественного изменения дисперсности продукта.

На основании многочисленныхисследований было установлено, что гранулометрический состав продуктаизмельчения зависит от типа помольного механизма. Готовый продукт, полученный сиспользованием шаровых мельниц, характеризуется широким зерновым составом, аего частицы имеют окатанную форму. Разнообразный зерновой состав представленкак очень тонкими частицами (>5 мкм), так и относительно крупными (>60мкм), содержание которых, даже в высокомарочных цементах, достаточно высоко. Вто же время для ударного измельчения с применением дезинтеграторов и струйныхмельниц характерно получение материала узкой гранулометрии, когда зерновойсостав цементного порошка близок к оптимальному.

Возможности гранулометрического«обогащения» цементного порошка наглядно демонстрирует представленная таблица.Повышение активности цемента после дезинтеграторного помола достигается приболее низких показателях удельной поверхности по сравнению с материалом,измельченным на шаровой мельнице. Таким образом, тонкий помол с получениемцементного порошка высокой дисперсности как наиболее энергонапряжённый процессактивации может быть успешно заменён корректировкой гранулометрическогосостава.

Наименование материала

Удельная поверхность, см2/г

Содержание, %, фракций, мкм

Предел прочности на сжатие через 28 сут., МПа

?5

?10

?20

?30

?40

?50

?60

более60

Исходный цемент

2250

11,07

8,25

14,64

17,97

16,66

13,50

9,36

8,55

39,5

Активированный цемент, домолотый на шаровой мельнице

3200

15,32

7,11

12,54

20,51

19,62

15,03

6,52

3,35

50,9

Активированный цемент, домолотый на измельчителе-дезинтеграторе

2800

12,84

15,22

29,67

24,13

10,58

5,37

2,19

51,3

Таблица 1. Характеристики цементов различного способа измельчения

Ещё одним действенным способомувеличения активности цемента без существенного изменения его дисперсностиявляется изменение формы цементного зерна при его помоле. В зависимости от типапомольного механизма существенно изменяется форма цементного зерна. Так, формачастиц цемента осколочной «щебёночной» формы с острыми углами и сильно развитойконфигурацией взаимодействует с водой более интенсивно, чем частицы цементаокругленной, галькообразной формы.

При равных показателях удельнойповерхности, равном содержании частиц цемента размерами 0–20 мкм, одинаковомхимическом составе прочность цементного камня, состоящего из частиц осколочнойформы, будет выше, нежели прочность цементного камня, состоящего из частицокруглой формы. Соответственно и скорость твердения портландцемента сосколочной формой частиц выше, чем с округленной. Исследования Ю. И. Дешко, В.И. Акунова, В. Л. Панкратова и др. (НИИЦемент) показали, что при измельчениицементного клинкера в струйной мельнице получаются цементы, активность которыхна 7,5–15,0 МПа выше активности цементов той же тонкости помола, ноизмельчённых в шаровой мельнице.

Существующая зависимость формыцементного зерна от типа помольного агрегата позволяет сделать выводы онаиболее предпочтительном способе разрушения, обеспечивающем получение частицосколочной формы.

Таким образом, ударноеизмельчение цементного порошка позволяет существенно повысить его физико-химическуюактивность наиболее рациональным способом, в большей мере за счёт корректировкигранулометрического состава и изменения формы зерна.

Сегодня, когда существующиемодели помольного оборудования позволяют реализовать наиболее энергопродуктивныеспособы измельчения, идеи активации цемента на предприятиях ЖБИ получают второерождение. Ударное дезинтеграторное измельчение, оптимизация гранулометрическогосостава цементного порошка, позитивные изменения формы цементного зернаявляются инструментами экономически оправданной активации. Объединениерезультатов фундаментальных исследований 50–60 годов и современной концепциирационального использования энергоресурсов вполне возможно, если решить двеосновные проблемы, которые и явились препятствием к реализации технологииактивации рядового цемента на местах его использования.

Литература:

1. Бутт Ю. М. Быстротвердеющийпортландцемент: Сборник трудов по химии и технологии силикатов. — М., 1957.

2. Волженский А. В. Минеральныевяжущие вещества: Учебник для вузов. — Стройиздат, 1986.

3. ВолженскийА. В., Попов Л. Н. Смешанные портландцементы повторного помола и бетонына их основе. — Государственное издательство литературы по строительству,архитектуре и строительным материалам, 1961.

4. Хинт И. А.Основы производства силикальцитных изделий. — Госстройиздат, 1962.

Cтатья предоставлена журналом «Популярное бетоноведение»

Журнал «Популярное Бетоноведение»— всегда свежая ипрофессиональная информация о производстве и применению бетонов идругих строительных материалов, добавках, оборудовании и многом другом.

Издание выходит при поддержке Научно-Техническогообщества строителей Санкт-Петербурга. Распространяется в России, СНГ,за рубежом. Журнал рассчитан на широкий круг читателей— строителей,технологов, проектировщиков.

http://www.popcon.ru/

[email protected]

Быстрая подписка на журнал: (812) 541-91-45, 541-91-46

www.allbeton.ru


Смотрите также