Цементы с инертными минеральными добавками (микронаполнителями). Помол песка с цементом


Помол песка - для чего он необходим. Виды мельниц

При производстве газобетона в качестве кремнеземистого компонента используют молотый кварцевый песок, золу ТЭЦ, диатомиты, трепел и другие материалы с достаточным содержанием Si02,  глинистых примесей и степенью измельчения. Тонкость помола песка должна быть такой, чтобы его удельная поверхность составляла 2500-3000 см2/г.

   Наиболее распространенным кремнеземистым компонентом является кварцевый песок. Так при производстве автоклавного газобетона количество Si02 в песке должно быть не менее 70%, а глинистых и илистых примесей — не более 5%. Тонкость помола песка в этом случае должна характеризоваться остатком на сите № 021, не превышающим 3%. В остальном песок должен удовлетворять тем же требованиям, что и песок для строительных работ (по ГОСТ 8736-58).

   Высокое содержание Si02 в песке и хороший тонкий его помол обеспечивают наилучшее химическое взаимодействие между песком, цементом, известью СаО и газообразователем в процессе формирования массива и автоклавной обработки в условиях высокого давления и температуры около 170—180°.

   При снижении содержания Si02 в песке или грубом его помоле, в процессе химического взаимодействия между частицами песка, извести и цемента при автоклавной обработке будет возрастать доля непрореагировавших частиц, которые, не преобразуются в гидросиликат кальция и будут лишь снижать прочностные характеристики изделия.

   При излишне тонком измельчении песка увеличивается его удельная поверхность, вследствие чего на частицах такого песка будет удерживаться лишнее количество воды, что вызывает усадку изделий и появление в них трещин.

   Другой распространенный кремнеземистый компонент — зола-унос, улавливаемая из дымовых газов котельных установок пылеугольного сжигания. Содержание Si02 в золе, используемой для производства газобетона, должно быть не менее 40%. Зола-унос — тонкодисперсный порошок с удельной поверхностью 2 000—3 000 см2/г и поэтому обычно не требует дополнительного измельчения. В золе, добываемой из золоотвалов, имеются примеси крупных частиц, в том числе шлака, попадающих в нее при гидрозолоудалении. Поэтому при неудовлетворительном гранулометрическом составе золы необходим отсев крупных фракций либо помол.

Виды мельниц

   Измельчение (помол) песка производят в мельницах. Мельницы подразделяют на механические (с мелющими телами) и аэродинамические – (без мелющих тел). В качестве мелющих тел применяют металлические стержни и шары, рудную гальку и крупные куски самой руды (самоизмельчение).

   По конструкции различают мельницы: барабанные, роликовые, чашевые (или бегунные) и дисковые. Барабанные мельницы, в свою очередь, классифицируются на мельницы с вращающимся барабаном, вибрационные и центробежные. Измельчение, как правило, производится с водой (мокрое измельчение). Оно более производительно, происходит без пылеобразования и позволяет осуществлять самотечное транспортирование измельченных продуктов.

   Для помола песка чаще всего применяют барабанные мельницы. Они больше распространены, имеют относительно невысокую стоимость и очень эффективны.м

Принцип работы шаровой мельницы

   Барабанная мельница представляет собой пустотелый барабан, закрытый торцовыми крышками и заполненный на 40 – 45% объема барабана измельчающими телами. В центре торцовых крышек имеются полые цапфы (трубы), через одну из которых исходный материал загружается в мельницу, а через другую – непрерывно выгружается измельченный продукт. Цапфы опираются на подшипники, и барабан мельницы вращается вокруг горизонтальной оси. Во время вращения барабана измельчающие тела под действием сил трения и центробежной силы прижимаются к его внутренней поверхности, поднимаются на определенную высоту, с которой затем они падают или перекатываются вниз. Измельчение материала происходит под действием измельчающих тел при движении его вдоль барабана. Продольное перемещение материала внутри барабана происходит вследствие перепада уровней загрузки и за счет непрерывной подачи исходного материала. Поэтому со стороны разгрузки цапфа имеет больший диаметр, чем со стороны загрузки.

Схема шаровой мельницы

Применять шары мельче 40 мм не рекомендуется, так как они заполняют собой пространство между крупными шарами (до 120 мм), принимают на себя удары с их стороны, снижая тем самым эффективность измельчения. Шары, потерявшие форму шара, а также как и шары мельче 40 мм, должны удаляться из мельницы при обслуживании мельницы.

   Для грубого измельчения применяют ребристые футеровки (специальная отделка для обеспечения защиты поверхностей от возможных механических, термических, физических и химических повреждений), а для тонкого - гладкие или волнистые. Резиновую футеровку используют в шаровых мельницах для тонкого измельчения. Резиновая футеровка заметно снижает эксплуатационные расходы - ее масса на 80 % меньше, срок службы в 2-3 раза больше. Кроме того, снижается уровень шума при работе мельниц.

   Роликовая мельница измельчает материал путем раздавливания истирания. Этот процесс осуществляется в процессе движения рабочих органов – размольных роликов, колец и т.д.

  В следующей статье мы разберем: работу шаровых мельниц, характеристики, производительность, цены и где купить, возможность изготовления шаровой мельницы своими руками.

litebeton.ru

Цементы с инертными минеральными добавками (микронаполнителями)

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

К таким цементам относят песчанистый, карбонат­ный и трехкомпонентный пуццолановый портландце - менты. Песчанистый портландцемент пробовали при­менять за рубежом еще 50—60 лет тому назад, но производство его не получило развития. При изготов­лении такого цемента путем однократного совместного помола клинкера и песка с добавкой гипса было уста­новлено, что при обычной тонкости помола прочност­ные показатели снижаются в размере, равном пример­но проценту содержания песка. Дальнейшие исследо­вания показали, что лучшие результаты могут быть получены при повышенной удельной поверхности клинкерного компонента и сравнительно меньшей тон­кости помола инертной добавки, так как ее дисперс­ность в составе смешанного (т. е. с микронаполните­лем) цемента существенно не влияет на прочность растворов и бетонов нормального твердения. Повыше­ние же удельной поверхности клинкерной составляю­щей положительно сказывается на прочности цемента, что позволяет в известной степени компенсировать снижение прочности от разбавления цемента инертным материалом.

Стандарта на микронаполняющие добавки нет. В ГОСТ на гидротехнический бетон предусмотрены требо­вания к таким добавкам, вводимым в состав бетонной смеси. К наполняющим тонкоизмельченным добавкам относятся: кварцевые и полевошпатовые пески, пес­чаники, изверженные горные породы, известняковые и известняково-магнезиальные породы, лёсс и неграну - лированные распавшиеся доменные шлаки. Этим стандартом установлено, что содержание сернокислых и сернистых соединений в пересчете на S03 не должно превышать 3%; содержание органических примесей допускается в количествах, определяемых при провер­ке колориметрической пробой (метод окрашивания). Остаток на сите №02 не должен превышать 5% и сквозь сито № 008 должно проходить не менее 65% пробы. Наполняющая добавка не должна вызывать повышения водопотребности бетонной смеси.

Микронаполпители используют следующим обра­зом:

1. Вводят измельченный микронаполнитель в состав бетонной смеси.

2. Раздельно измалывают цемент и микронаполни­тель, смешивают их на цементном заводе или перед употреблением.

3. Измельчают совместно цементный клинкер, гипс и микронаполнитель.

4. Осуществляют ступенчатый помол, при котором в одной мельнице предварительно измалывается цемент­ный клинкер с добавкой гипса; полученный порошок направляется во вторую мельницу, куда одновременно поступает микронаполнитель и где они тонко измель­чаются. При использовании твердого высокоабразив­ного кварцевого песка либо кристаллического извест­няка проявляется абразивное действие микронаполните­ля, повышающего дисперсность клинкерных частиц.

Целесообразность введения в портландцементы инертного материала вытекает из этого, что, как сей­час признано, крупные зерна клинкера размером более 50—60 мкм медленно гидратируются и поэтому их роль в процессе твердения цемента незначительна. В связи с этим неполная замена таких клинкерных зерен частицами инертного материала должна несколько замедлять твердение цемента и снижать его прочность. Вместе с тем частицы микронаполнителя принимают некоторое участие в формировании структуры цемент­ного камня. Они раздвигают зерна гидратирующего цемента и этим содействуют ускорению процессов ги­дратации. Зерна микронаполнителя создают поверх­ность, на которой могут располагаться гидратные но­вообразования, появляющиеся в результате гидратации через раствор особо дисперсных зерен клинкера. Они способствуют росту кристаллов гидратных соединений и их уплотнению. Наши исследования показали, что тонкоизмельченные кварцевые микронаполнители об-i ладают химической активностью. Интенсивное обра­зование гидросиликатов кальция серии CSH(B) наб­людается, как известно, в условиях автоклавного твердения при меньшей дисперсности кварцевых зерен.

Микронаполнители в виде карбонатов кальция либо магния также не могут считаться химически инертны­ми веществами. Исследования, проведенные в МХТИ им. Менделеева В. В. Тимашевым и В. М. Колбасовым, позволили установить, что при гидратации в условиях нормальной температуры смеси портландцемента с тонкоизмельченным известняком происходит взаимо­действие клинкерных алюминатных фаз С3А и C4AF с СаС03, приводящее к образованию нового вида сое­динений — карбоалюмината кальция — ЗСаО • А1203 • •СаС03'11Н20 [143]. При взаимодействии с доломи­том может также образоваться аналогичное соединение вероятного состава —ЗСаО-Al203-MgC03-11Н20. При температуре выше 373К эти соединения разлагаются с образованием исходных С3АН6 и углекислых солей кальция и магния, что проявляется также в резком па­дении прочности вяжущего.

Это явление наблюдается при автоклавной обработ­ке при давлении 0,9 МПа в течение 8 ч. Однако по­следующее твердение на воздухе сопровождается, по - видимому, обратной реакцией образования карбоалю - мината кальция и соответственно некоторым восстанов­лением прочности (табл. 29).

Таблица 29. Влияние режима твердения на прочность образцов из СзА с добавкой 30% СаС03, В]Ц = 0,6 (по данным В. М. Колбасова)

Условия твердения

Длительность испытаний

Предел проч­ности при сжатии, МПа

Естественное в воздушно-влажных усло­

2 мес

15,3

Виях

Гидротермальная обработка

Сразу после

1,25

Обработки

Естественное после гидротермальной об­

1 сут

11,1

Работки

12,5

То же

7 сут

»

29 сут

12,, 6

Цементы с микронаполнителями по предложению А. В. Волженского были исследованы в НИИЦементе. Их изготовляли путем совместного, а также ступенча­того помола портландцемента с песком либо известня­ком в полузаводской мельнице и испытывали в раство­рах и бетонах. Получены следующие результаты (табл. 30).

Можно видеть, что добавка 15% песка при ступен­чатом помоле практически не влияет на прочность цемента. Добавка же 30% песка или 30% известняка вызывает снижение прочности, увеличивающееся от от 28 к 90 сут. Однако размер снижения прочности меньше процента введенной добавки.

Применялись цементы как совместного, так и сту­пенчатого помола. Для условий нормального твердения получены следующие усредненные данные (табл. 31).

Мы видим, что при ступенчатом помоле повышается сравнительная эффективность применения микронапол­нителей, особенно абразивного кварцевого песка, взя­того в количестве 15% и даже 30%, причем снижение

Таблица 30. Зависимость прочности смешанных цементов ступенчатого помола в растворе пластичной консистенции от содержания инертных добавок

Удель­ная по­верх­ность

Расте-

Изменение прочности, %,

К прочности исходного

Порт-

Состав цемента

В/ц

Ка - емость,

Лаидцемента через время,

Ovt

Цемен­

Мм

Та.

См2/г

3

7

28

90

100% цемента из

3050

0,46

127

100

100

100

100

Клинкера завода

«Гигант»

70% цемента +

3820

0,47

125

81

71

84

68

+30% известняка

85% цемента +

3350

0,45

125

128

111

119

109

+ 15% песка

70% цемента +

3700

0,46

126

96

66

90

80

+ 30% песка

100% цемента из

2970

0,47

129

100

100

100

100

Клинкера Щуров-

Ского завода

70% цемента +

3840

0,46

126

93

66

77

68

+30% известняка

85% цемента +

3800

0,46

128

123

90

101

97

+ 15% песка

70% цемента +

3100

0,46

130

98

84

83

75

+ 30% песка

Таблица 31. Усредненные данные о прочности бетонов нормального твердения

Бетоны

Относительная прочность через время, сут

3

7

28

Из исходного цемента

100

100

100

На цементе ступенчатого по­

87

103

106

Мола с 15% песка

На цементе совместного по­

68

72

99

Мола с 15% песка

97

На цементе ступенчатого по­

84

93

Мола с 30% песка

71

80

На цементе совместного по­

86

Мола с 30% песка

86

На цементе ступенчатого по­

78

82

Мола с 25—30% известняка

Прочности при применении песка либо известняка меньше процента введенной добавки.

Песчанистый портландцемент получают путем сов­Местного помола клинкера, добавки гипса и примерно 40% кварцевого песка на Акмянском цементном заводе и используют для производства асбестоцементных лис­тов с применением автоклавной обработки в течение 8 ч при 0,9 МПа. В результате гидратации песчанисто­го цемента при насыщенном паре высокой температу­ры гидроксид кальция химически взаимодействует не только с песком, но частично и с волокнами асбеста, что позволило организовать на трех заводах выпуск асбестоцементных изделий автоклавным способом (гл. 9).

Отличительными особенностями песчанистого це­мента в нормальных условиях твердения является пониженное тепловыделение при гидратации. Другие строительно-технические свойства песчанистых цемен­тов зависят от физико-химической характеристики клинкера и песка и его содержания в цементе по массе, а также от способа измельчения цемента и удельной поверхности его компонентов.

Карбонатный портландцемент получают путем сов­местного помола цементного клинкера с 30—50% из­вестняка. Для изготовления этого цемента желательно применять высокоглиноземистый клинкер с содержани­ем 13% С3А. По данным В. В. Тимашева и В. М. Кол­басова [143], повышению прочности сцепления компо­нентов цемента способствует обеспечение одинаковой поверхности клинкера и карбоната в единице объема и применение двухступенчатого помола при активной обработке цемента.

Плотность и ^особенности кристаллической струк­туры карбонатных пород, а также содержание в них углекислого магния существенно не влияют па свойст­ва этого немента. Он отличается также пониженным тепловыделением при гидратации. Особый интерес пред­ставляет повышенная стойкость при твердении этого цемента в условиях углекислой агрессии благодаря об­разованию при гидратапии в его составе карбоалюми - ната кальция — ЗСаО• А1203• СаС03• 11Н20.

Трехкомпонентный пуццолановый портландцемент С микронаполнителями — гидравлическое вяжущее, со­держащее 50—55% цементного клинкера, 25—30% трепела, 20—25% кварцевого песка и до 5% гипса. Он может быть получен совместным помолом составляю­щих его компонентов. Известна и другая схема его получения — совместное измельчение клинкера, песка и гипса и добавление взмученного в воде трепела не­посредственно в бетономешалку при приготовлении бе­тонной смеси. Она известна как «мокрая пуццоланиза - ния». Способ «мокрой пуццоланизании» применялся по предложению С. В. Шестоперова на строительстве крупных гидротехнических сооружений. Трехкомпонент - ный поццодановый портландцемент ^характеризуется меньшей водопотребностью, чем обычный пуццолано­вый, пониженным тепловыделением, меньшей склон­ностью к усадке и набуханию, но зато уступает ему в прочности.

Советская цементная промышленность по объему производства цемента занимает с' 1962 г. первое место в мире. Выпуск цемента в СССР в 1982 г. составил 125 млн. т, а в США — …

В последние годы советские ученые М. М. Сычев, Н. Ф. Федоров, Л. Г. Судакас, Д. И. Чемоданов разрабатывают область науки о новых видах вяжущих, представляющих собой композиции из по­рошков металлов, …

' Современные строительные цементы, состоящие из силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция растворяются в кислотах, и поэтому их нельзя применять в условиях кислотной агрессии. В хи­мической промышленности для связи (склеивания) штучных …

msd.com.ua

Дробленый кварцевый песок, полученный с помощью аппарата АВС

Дробленый кварцевый песок получает путем измельчения с помощью Аппарата Вихревого Слоя.

Кварц – это природный минерал. Он достаточно распространен в земной коре и обладает рядом важных свойств: высокая прочность, устойчивость к разрушениям, а также повышенные сорбционные показатели. Кварц может входить в состав других минералов, благодаря чему его массовая доля в земной коре составляет более 60%.  В промышленности используется преимущественно в виде песка.

Тонкое измельчение минеральных веществ позволяет изменять их реакционную способность и интенсифицировать технологические процессы. Благодаря тонкому и сверхтонкому диспергированию изменяются физическое состояние, химические свойства и состав обрабатываемого вещества.

Области применения кварцевого песка

Применение кварцевого песка практически не ограничено. Он устойчив к химическим, механическим и атмосферным воздействиям, а также имеет хорошую текучесть. Данный материал используется при:

  • изготовлении посыпки для рубероида;
  • декоративной штукатурке;
  • производстве огнеупорных продуктов;
  • производстве стали;
  • посыпке спортивных площадок и приусадебных участков;
  • изготовлении форм для литейной промышленности;
  • удалении коррозии металла;
  • производстве эмалей, лаков и красок;
  • формировании покрытии полов рабочих помещений;
  • фильтрации питьевой воды и промышленных стоков;
  • производстве мелкозернистого бетона и полимербетона;
  • изготовлении стекла и стекловолокна.

Способы получения кварцевого песка

Для получения кварцевого песка могут использоваться два подхода: естественный и искусственный. В первом случае материал добывается из карьеров механическим способом, а во втором – кварцевые породы сначала дробятся, очищаются, а продукты дробления просеиваются.

При выборе способа измельчения кварца необходимо помнить, что каждая отрасль применения выдвигает свои требования относительно размера гранул, их гладкости, цвета и т.п. Например, декоративная архитектурная отделка требует гладкие гранулы средней и мелкой крупности, в то время как при пескоструйной обработке целесообразно отдать предпочтение угловатой форме гранул.

Струйные мельницы используются с целью тонкого измельчения материалов крупностью до 3 мкм. Принцип действия таких аппаратов базируется на вдувании навстречу друг другу воздушных потоков (струй), которые несут измельченный материал. Измельчение частичек происходит за счет удара и истирания, возникающих при их столкновении.

Вибрационные мельницы предназначены для измельчения в диапазоне размеров частиц от нескольких миллиметров до нескольких микрометров. Они состоят из помольной камеры, внутри которой располагается вибратор. В результате вращения вала вибратора возникает переменная сила, под воздействием которой камера начинает перемещаться по круговой траектории. При этом внутренняя поверхность корпуса камеры и внешняя поверхность корпуса вибратора передают движение частицам обрабатываемого материала. Зоны соударения этих частиц характеризуются механическими напряжениями, которые  изменяют структуру материала, а также способствуют его взаимодействию со средой, заполняющей свободное пространство. Основной недостаток вибрационной мельницы – это разрушение поверхности корпуса (абразивный износ) вместе с измельчением обрабатываемых частиц. А это не только существенное сокращение срока службы оборудования, но и еще загрязнение материала продуктами износа.

Планетарные мельницы позволяют осуществлять тонкое и сверхтонкое измельчение обрабатываемых материалов. Устройство состоит из 3-4 барабанов, которые вращаются относительно центральной оси также вокруг собственной оси в противоположную сторону вращения ротора.

При своих преимуществах (высокая удельная производительность, высокая энергоемкость, интенсификация процесса измельчения) планетарные мельницы также имеют и недостатки. В первую очередь необходимо говорить о проблемах с масштабированием, высоком намоле шаров, а также использовании преимущественно для мокрого помола.

Суспензия кварцевого песка в литейном производстве

Весьма перспективно в литейном производстве применение вихревого слоя для плакирования кварцевых песков. Обычно процесс плакирования весьма трудоемок и требует создания сложных установок. В вихревом слое достаточно кратковременного контакта (за время свободного просыпания через вихревой слой) песка и смолы для качественного и равномерного покрытия поверхности песка плакирующим слоем. Суспензия кварцевого песка полученная таким образом выходит более качественная.

В литейном производстве приготовление огнеупорной суспензии кварцевого песка в этилсиликате — один из ответственных процессов, так как от качества суспензии зависит прочность литейных форм. Применение АВС для этих целей может сократить время приготовления суспензии в 700 раз при значительном улучшении их качества и сокращении расхода этилсиликата.

Магнитные мельницы от компании GlobeCore

В качестве альтернативы перечисленным средствам получения кварцевого песка компания GlobeCore предлагает магнитные мельницы – аппараты вихревого слоя типа АВС-100 (АВС-150). В них для создания вихревого слоя используется электрическое питание трехфазным током промышленной частоты. Конструкция аппарата напоминает конструкцию асинхронного электродвигателя с извлеченным ротором, на месте которого располагается рабочая зона. В нее подается обрабатываемый материал, а вместе с ним и ферромагнитные частицы, которые и взаимодействуют с вращающимся электромагнитным полем индуктора.

Интенсификация физических и химических процессов в аппаратах вихревого слоя достигается за счет интенсивного диспергирования и перемешивания обрабатываемого вещества, акустической и электромагнитной обработки, высокого локального давления, электролиза, а также других сопутствующих факторов. Отметим, что абсолютно все процессы протекают в одном и том же рабочем пространстве и в одном и том же режиме.

Аппараты вихревого слоя обладают важным преимуществом: их без особого труда и затрат можно встроить в уже существующие технологические линии и повысить качество выпускаемой продукции. А благодаря соответствующему размещению (последовательное, параллельное и т.д.) можно получить практически любую производительность процесса.

Проведенные исследования показали, что для измельчения 200 г кварцевого песка до размера фракций 1 мкм с помощью аппарата вихревого слоя понадобилось всего 2 минуты обработки. При этом были использованы ферромагнитные частицы весом 300 г и диаметром 3 мм.

avs.globecore.ru

Механоактивация, виброактивация в производстве строительных материалов

В статье упоминается оборудование:

ГОРИЗОНТДезинтегратор

Тонкий помол материалов методом свободного удара

Эффект механоактивации компонентов бетонной смеси заключается в переходе пассивной (неактивной) поверхности как вяжущих, так и инертных материалов к химически активному состоянию, которое выражается в повышенной способности к реакциям в ходе последующих технологических операций.

Увеличение активности материалов достигается в результате измельчения, диспергации (помола) в специальных энергонапряженных агрегатах измельчения (мельницах).

Условно можно выделить несколько основных способов измельчения материалов с использованием энергонапряженных агрегатов тонкого помола — измельчение методом раздавливания, истирания и раскалывания (метод свободного удара), а также совокупность перечисленных методов. Типичный образец агрегата измельчения, работающего по методу истирания — шаровая мельница. Метод раскалывания свободным ударом используется в измельчителях-дезинтеграторах.

Разрушение (измельчение) материала методом свободного удара заключается в воздействии на обрабатываемый материал механических ударных элементов (бил) движущихся с высокой окружной скоростью. Данная модель разрушения материалов позволяет достигать гранулометрии повышенной монодисперсности.

Для материала измельченного по методу свободного удара характерна осколочная форма частиц, большое количество сколов, трещин и других положительных дефектов, обеспечивающих условия, когда дезинтегрированные смеси с образовавшейся новой высокоразвитой контактной поверхностью, легче вступают в твердофазные реакции с другими материалами. Причем скорость протекания этих реакций, в большинстве случаев, тем быстрее и полнее, чем больше поверхность участвующего в процессе вещества.

Для тонкого помола песка и домола цемента в производстве бетона (пенобетона, полистиролбетона) предпочтительней использование агрегатов измельчения по методу свободного удара.

Увеличение удельной поверхности методом свободного удара как инертных, так и вяжущих компонентов бетонной смеси обуславливает увеличение их активности (реакционной способности), и как следствие получение бетонов, имеющих повышенную прочность, особенно в первые сутки твердения.

Так, измельчение песка методом свободного удара позволяет не только повысить его удельную поверхность, получить требуемый гранулометрический состав, но и улучшить качество поверхности частиц путем удаления, разрушения поверхностных неактивных пленок. Создание вновь образованной улучшенной (без загрязнений) поверхности зерен песка повышает его реакционную способность в различных процессах. Причем, неоднократное измельчение одного и того же песка позволяет не только удалить загрязняющие пленки, но и придать песку вяжущие свойства.

Увеличение удельной поверхности цемента, его реакционной способности (активности) оказывает значительное влияние на формирование структуры бетона, скорости твердения и его прочностные характеристики. Использование активированного цемента позволяет сформировать более плотную и однородную структуру бетона, что позволяет получить резкий прирост однодневной прочности и увеличение ее по истечении 28 суток твердения.

Активированное состояние как инертных, так и вяжущих составляющих бетонной смеси, достигаемое методом свободного удара, довольно устойчивое. Однако, образовавшиеся энергоактивные поверхности, без дальнейшего участия в технологических процессах, с течением времени могут потерять свой потенциал механохимической активации. Это объясняется тем, что тонкомолотые, и особенно высокодисперсные, материалы в большей степени подвержены эффектам агрегатирования (флокулообразования).

Из практики применения тонкомолотых песков, прошедших обработку методом свободного удара, имеются следующие наблюдения: за месяц активированное состояние песка стабильно устойчивое, незначительное снижение (~ на 10 %) наблюдается по истечении двух месяцев. Песок полностью теряет свою преобразованную реакционную способность (активность) по прошествии шести месяцев.

Значительно быстрее происходит процесс флокулообразования зерен вяжущего, а, следовательно, снижение и в конечном итоге потеря его реакционной способности. Причем, чем более качественно активировался цемент, тем он более склонен к агрегатированию, способствующему уменьшению «активной» удельной поверхности за счет интенсивной конденсации на цементных зернах парообразной влаги и газов из окружающей среды. Образование флокул, способных удерживать внутри себя воду, делая ее неподвижной, препятствует дальнейшему равномерному смачиванию поверхности цемента приводящей к неполноте использования всех его потенциальных возможностей. Как следствие, от 30 до 70% цементного зерна не получает возможности нормально прогидратировать, соответственно 30-70 % цемента не только не участвует в процессе твердения цементного камня, но, играя роль мелких, пылевидных включений, ослабляет прочность получаемого бетона.

Именно из-за процессов флокулообразования целесообразно размещение механизмов агрегатов помола в непосредственной близости к технологическим линиям производства товарных бетонов, а оптимальным вариантом может быть включение их в технологический поток. Например, установка между складом цемента и весовым дозатором цемента позволит без снижения производительности основного смесительного оборудования производить поточную обработку (помол) материала.

Особенно актуальна механоактивация компонентов в производстве пенобетона, полистиролбетона, когда качество и стабильность характеристик составляющих смеси имеет особенно важное значение.

Так, при производстве пенобетона, полистиролбетона средней плотности 800 кг/м3 и ниже необходимо применять либо тонкий (Мк от 0,7 до 1,0), либо очень тонкий (Мк до 0,7) песок. Это связано с необходимостью сокращения толщины межпоровых стенок, приближая сферические тела, как можно ближе друг к другу. Песок (зола, шлак) повышенного модуля крупности в межпоровой перегородке играет роль не компонента материала перегородки, а является включением, окруженным цементным зерном. Такие включения увеличивают толщину межпоровой перегородки, что соответственно увеличивает и объемный вес материала, так как такие крупные включения не являются элементами силового каркаса, межпоровых перегородок, они не увеличивают прочность цементно-песчаной конструкции, а напротив ослабляют ее.

В повышении прочности межпоровых перегородок теплоэффективных строительных материалов основную роль играет активность цемента. Главным фактором, влияющим на активность цемента, являются показатели его удельной поверхности. Чем выше удельная поверхность цемента, тем выше его активность.

В производстве пенобетона либо полистиролбетона наиболее экономически выгодно легкое доизмельчение цемента. Так, увеличение удельной поверхности цемента в агрегатах измельчения по методу свободного удара за один прогон на 3% дает увеличение его активности на 5%, что дает увеличение прочности в первые сутки нормального твердения на 45% от прочности контрольных образцов.

Применение активированных компонентов смеси в производстве пенобетона и полистиролбетона позволяет получать материал стабильно высокого качества.

Наиболее впечатляющие результаты увеличения прочности межпоровых стенок в пенобетоне и полистиролбетоне низких плотностей (менее 800 кг/м3) достигаются при организации совместного помола цемента и песка. При этом агрегат измельчения выполняет свою прямую функцию, как агрегата измельчителя, а также и функцию смесителя сыпучих материалов.

Применение метода совместного помола сухих составляющих пенобетона и полистиролбетона позволяет получить совершенно однородную цементно-песчаную смесь на основе активированного цемента и песка заданного гранулометрического состава. Как результат - увеличение прочности материала как в первые сутки твердения, так и на 28 сутки, сокращение времени выдержки материала в формах, снижение расхода цемента и возможность применения цемента невысокого качества.

Активация материала турбулентным перемешиванием при высокочастотной вибрации

Так как все процессы агрегатирования тонкомолотых частиц начинаются преимущественно на поверхности, то существует возможность воспрепятствовать и (или) уменьшить образование этих процессов.

Проверенным решением выше поставленной задачи, способствующем более полному использованию потенциала тонкомолотых частиц, является методика тонкого помола с последующей виброактивацией материалов на установках турбулентного типа, оснащенных высокочастотными бортовыми вибраторами.

Механизм действия виброактивации цементно-песчаных смесей направлен на увеличение удельной поверхности вяжущего, изменение поверхностной структуры твердых частиц и ускорение взаимодействия компонентов системы «цемент-вода-песок».При виброактивации цементно-песчаная смесь подвергается одновременно двум воздействиям: турбулентному перемешиванию и высокочастотной вибрации.

В процессе перемешивания обеспечивается равномерное распределение исходных материалов, удаление с зерен вяжущего и заполнителей неактивных поверхностных пленок, исключение комкообразования и пустот, а также предупреждение измельчения зерен заполнителя. Отдельные компоненты системы превращаются в однородную массу.

Процесс вибрации способствует равномерному распределению всех компонентов системы и временно устраняет процесс флокулообразования.

Цемент же приобретает большую активность и дополнительно измельчается вследствие диспергирующего действия соударения зерен заполнителя, что катализирует протекание физико-химических процессов в системе «цемент-вода-песок».Заметим, что дополнительное измельчение цемента в процессе помола, виброактивации вызывает изменение в системе активных составляющих цементного клинкера, и в первую очередь повышенный выход трехкальциевого алюмината (С3А), отвечающего за набор прочности в начальный период гидратации.

Именно из-за быстрой гидратации трехкальциевого алюмината для замедления сроков схватывания при производстве цемента вводится сульфат кальция, чаще всего в виде двуводного гипса. Без добавления гипса получился бы мгновенно схватывающийся цемент.

Трехкальциевый гидроалюминат при взаимодействии с гипсом образует комплексное соединение гидросульфоалюминат кальция (эттрингит). Кристаллы эттрингита, обволакивая зерна цемента, затрудняют доступ воды и тем самым замедляют процессы гидратации.

Поэтому, проведение домола, виброактивации цемента в обязательном порядке должно сопровождаться введением строго определенного количества двуводного гипса, позволяющего регулировать сроки схватывания и значительно повысить прочность затвердевшего камня, особенно в начальные сроки набора прочности.

Также вибрационное воздействие обеспечивает более высокую связность системы, что имеет положительное влияние на физико-механические свойства бетонов и растворов, а также на сохранность этих свойств при транспортировании, укладке и дальнейшем вибрационном уплотнении.

Положительное влияние механизма виброактивации в числовых значениях выражается в следующем.

Приведем результаты лабораторных испытаний нескольких растворных смесей, приготовленных в турбосмесителе-виброактиваторе.

Составляющие материалы смеси:

  • портландцемент ПЦ 500 Д0 производства «Осколцемент»
  • песок речной Мк=1,7 «Окского карьероуправления»
  • гипс двуводный
  • вода

Были приготовлены четыре состава:

  • контрольный состав (КС) - на основе цемента и песка;
  • основной состав № 1 (ОС № 1) — цемент и песок в соотношении, что и в контрольном составе, смесь подвергалась виброактивации;
  • основной состав № 2 (ОС № 2) — цемент и песок в соотношении, что и в контрольном составе, но с добавлением 0,3 % двуводного гипса от массы цемента; смесь подвергалась виброактивации;
  • основной состав № 3 (ОС № 3) — цемент и песок в соотношении, что и в контрольном составе, но с добавлением 3,0 % двуводного гипса от массы цемента; смесь подвергалась виброактивации.

В процессе приготовления смесей и в начальный период твердения отмечено, что цементно-песчаная смесь, подвергнутая виброактивации, обладает большим тепловыделением в сравнение с контрольным составом. Этот процесс объясняется увеличением удельной поверхности зерен вяжущего и, как следствие, алюминатной составляющей, обладающей самой высокой экзотермией по сравнению с остальными компонентами цементного клинкера.

Из смесей каждого состава были заформованы образцы-кубы раствора, размером 70,7х70,7х70,7 мм и выдержаны при температуре 20°С и относительной влажности у поверхности образцов 95%. Испытания по прочности на сжатие в возрасте 1 и 28 суток проводились по ГОСТ 5802-86 «Растворы строительные. Методы испытаний».

Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1. Наименование смеси,  составаПрочность на сжатие в возрасте 1 суток, кгс/см2Приращение прочности по сравнению с контрольным составом в возрасте 1 суток, %Прочность на сжатие в возрасте 28 суток, кгс/см2Приращение прочности по сравнению с контрольным составом в возрасте 28 суток, %
Контрольный состав (цемент, песок) 101 - 252 -
Основной состав № 1 (контрольный состав, подвергнутый виброактивации) 125 +24 % 312 +24 %
Основной состав № 2 (контрольный состав, подвергнутый виброактивации) с добавкой 0,3 % двуводного гипса от массы цемента 133 +32 % 317 +26 %
Основной состав № 3 (контрольный состав, подвергнутый виброактивации) с добавкой 3 % двуводного гипса от массы цемента 169 +67 % 344 +37 %

На основании результатов испытаний установлено, что использование процесса виброактивации цементно-песчаных смесей позволит:

  1.  Ускорить процесс твердения бетонных и растворных смесей в начальный период (до 65-70 % проектной прочности через 24 ч от момента затворения).
  2. Увеличить проектную прочность бетонов и растворов по сравнению с прочностью контрольного состава на 20-40 % при одинаковом расходе цемента.
  3. Сократить расход цемента до 17 % для получения бетонов и растворов, равнопрочных контрольному составу в проектном возрасте.

Таким образом, два вышерассмотренных способа повышения активности составляющих материалов бетонной и растворной смеси, способствуют ускорению процессов твердения, увеличению суточной и проектной прочности без увеличения расхода цемента, получению готового продукта высокого качества с улучшенными физико-механическими характеристиками.

Наибольший положительный эффект активации достигается при совместном использовании в одном технологическом потоке заводами-изготовителями ЖБИ двух вышеописанных способов.

Активация вяжущих и инертных составляющих бетонной (растворной) смеси методом свободного удара и последующая виброактивация в турбосмесителе-виброактиваторе позволяет экономить дорогостоящее вяжущее без снижения прочностных характеристик готовых изделий и увеличения их себестоимости, повысить морозостойкость, улучшить сопротивляемость всем видам износа!

Автор статьи серии «Строительная лоция»инженер — технолог МП «ТЕХПРИБОР»Коренюгина Н.В.

www.tpribor.ru


Смотрите также