Spisok30.ru

Список Дел №30
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Активация цемента с кварцевым песком

Активация цемента с кварцевым песком

Как известно, сейчас на рынке в России сложился острый дефицит цемента, поэтому многие торговые компании начали осуществлять поставки цемента китайского производства, где существует значительный избыток производственных мощностей и количество производителей измеряется сотнями и тысячами заводов.

У некоторых производителей качество цемента значительно уступает российскому и такие партии не редкость для нашей страны. Отправлять их обратно экономически невыгодно, а использовать и продавать как качественный цемент просто преступно.

По понятным причинам срок транспортировки цемента может составлять около 1 месяца, и более. При этом не понятно, сколько этот цемент лежал на складе, ожидая погрузки в транспорт. Цемент любой марки и любого производителя при хранении теряет от 5 до 15 % своей активности за месяц. Причем чем больше марка цемента, тем больше потери в процентном выражении. Уже через полгода хранения М600 и М500 и М400 превращаются в М200, если не ниже. Процесс идет не только от воздействия влаги, но и под воздействием содержащегося в атмосфере углекислого газа, многослойная упаковка из бумаги от этого нисколько не спасает.

Наша компания предлагает разработку и поставку оборудования непрерывного действия по активации цемента, позволяющей увеличить марочность цемента и стабилизировать его основные характеристики. Это оборудование также легко вернет марочность старому, залежалому цементу.

Активация цемента также целесообразна в любом локальном производстве с использованием цемента, где при его активации характеристики и показатели на технике ЭМК существенно превышают начальные, по нашим оценкам до 20%.

Измельчение цемента с добавками сегодня приобрело характер эпидемии, ответ на нее придет чуть позже. Качество добавок не контролируется – золы нестабильны и содержат несгоревший уголь, природное сырье надо брать с разрешения государства и тоже неоднородно, не считая добычу, транспорт и т.п. затраты. Высокое качество цемента подразумевает целый набор свойств, а не только 28 суточную прочность на сжатие кубиков. Действительно тонкий помол увеличивает скорость гидратации и быстрый набор прочности, уменьшает долю непрореагировавшего клинкера в бетоне. Но в то же время реология цемента сильно меняется и он может уже не иметь свойств, которые позволяют транспортировать его в силоса и далее подавать питателем в бетоносмеситель. Более того, быстрая гидратация может создать проблемы быстрого схватывания. Более того, быстрое твердение может привести к чрезмерному нагреву бетона. В тонком материале более сложного химического состава, чем классический Портланд-цемент, при длительной выдержке могут идти процессы кристаллизации с падением прочности – никто не изучал медленно протекающие процессы в столь сложных составах, термодинамика таких систем никому не известна. Если такие материалы применять в конструкционном бетоне – беда неминуема. Когда она придет – неизвестно. Опыт по классическому бетону накоплен более, чем за век выдержки. Что будет за 10 лет с новыми материалами широкого состава – никто не в состоянии предсказать.

Об экономии энергии за счет механохимической технологии в данном случае говорить не следует. Затраты энергии (подведенной в виде электрической энергии к двигателю мельницы) составляют по порядку величины 1000 килокалорий на кг.
Явление механохимического синтеза – пороговое. Для тяжелых элементов идет, а для легких, составляющих цемент, — нет, точнее практически не идет, т.к. требуются затраты энергии на 2 порядка больше. Использование термина «механохимическая обработка цемента» – это обычный бантик. При указанных затратах энергии речь идет скорее о гомогенизации компонентов цементной смеси на уровне дисперсности порядка единиц микрон (меньше только для некоторых мягких минералов типа гипса). Такая характеристика тонкомолотого цемента с силикатными добавками, как длительность сохранения свойств при хранении, очень сомнительна (дезактивация цемента за счет гидратации оксида кальция с последующей карбонизацией определяется удельной поверхностью, которая намного выше в случае тонкомолотого цемента) и реально не требуется. Такие материалы разумно готовить перед употреблением для собственного использования, а не для продажи на рынок. Очевидно, использование таких специальных цементов для производства конструкционного бетона для многоэтажного строительства опасно.

Механическая активация цемента – это понятие сейчас используется и применяется не всегда корректно.

Коротко суть такова. Цемент – смесь минералов с высоким содержанием кальция, конкретно она состоит в основном из Ca3S, Ca2S, Ca3A, Ca4AF. При помоле клинкера вводят гипс, чтобы схватывание затормозить, а также шлаки (аморфное стекло в основном из SiO2). Камень образуется при гидратации минералов, причем состав гидрозольных минералов с размерами частиц в нм сильно отличается от состава минералов в сторону меньшего содержания кальция. Другими словами, чтобы получить активный материал — цемент, не имеющий огромного увеличения объема при гидратации и твердении, связывают оксид кальция в перечисленные минералы. При гидратации образуется избыток кальция в виде гидроксида кальция, что не желательно – идет карбонизация, и вообще его прочность ниже других компонентов.

Поэтому в бетон необходимо вводить активные добавки, которые называют пуццолановыми, чтобы связать этот избыток гидроксида кальция. Шлак в СССР добавляли автоматически, чтобы утилизировать шлаки металлургии, а также сделать портланд-цемент дуракоустойчивым. В США введение в бетон пуццолановых добавок – дело производителей бетона. Вводят обычно золы уноса, т.к. они не только имеют высокую реакционноспособность (это в основном стекло), но и сферическую форму частиц, что придает пластичность бетону и снижает водопотребление для хорошей укладки бетона. Однако золы в штатах имеют, как правило, высокое качество, в частности они стоят чуть дешевле цемента и их не хватает.

Добавляют в бетон также золы похуже, которые для экологии (снижения выброса окислов азота и серы) энергетики производили при низких температурах. В итоге в них угля больше предельного значения 3.5%. Поэтому их очищают от угля специальными электросепараторами, доводят содержание угля до требуемых 3.5%. Для снижения захвата воздуха этими частицами угля, что дополнительно снижает прочность бетона, вводят органические добавки.

Наши золы имеют очень сильную вариацию по составу и дисперсности, т.е. не удовлетворяют стандартам и непригодны для внесения в бетон без проверки каждой партии золы (что убивает всю экономику автоматически). Но зато они были получены как правило при высоких температурах сгорания, в них много сферических частиц. Энергетики получают энергию, а зола для них отход, обслуживание которого они вбивают в себестоимость благодаря монополии.

Бетон – композиционный материал, в котором обеспечено многомодальное заполнение пространства. Чем плотнее – тем выше прочность. Щебень – порядка 2 см, песок 1 мм, вяжущее примерно 50 мкм. Логично добавлять кремнеземистые или стеклянные добавки сферической формы на уровне менее 10 мкм (для субмикронных добавок форма частиц значения очевидно уже не имеет). Тогда они выполняют сразу несколько полезных функций: пластификатор, поглотитель избытка гидроксида кальция, заполнитель (уменьшает размер пор, а значит сильно увеличивает прочность).

Читайте так же:
Как отмыть кожу от цемента

Вернемся к механической активации.

Свежий цемент активировать бессмысленно – химическая активность вполне отвечает требованиям. Обычно под механической активацией понимают рост активности цемента после обработки в шаровой мельнице. Этот рост связан с уменьшением среднего размера частиц в результате помола и/или дезагрегации. Эффект неоднозначный для прочности бетона и экономики.

Лежалый цемент имеет низкую активность по ряду причин: агрегация в первую очередь тонких частиц (при приготовлении бетона размер частиц вяжущего приближается к песку, поэтому композита оптимальной структуры не образуется, много пор, высокое водопотребление, слабое пересыщение раствора и низкая прочность в итоге); карбонизация поверхности вследствие активного поглощения сначала влаги из воздуха, а следом углекислого газа – корка снижает скорость реакции частиц клинкерных минералов с водой при затворении. Механическая активация лежалого цемента увеличивает активность в разы благодаря дезагрегации вяжущих частиц и повреждению (удалению) поверхностной корки карбоната.

При активации в шаровых мельницах неизбежно идет измельчение частиц, а это имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Рост содержания тонких частиц, реагирующих с водой очень быстро, на практике может иметь отрицательные последствия – между приготовлением бетона и его укладкой может быть значительное время, а раннее схватывание приводит к необходимости введения еще большего избытка воды (а это поры и снижение прочности).

Как делать правильно? Во-первых, измельчение цемента в шаровых мельницах у производителя оптимально для экономики – дальнейший помол экономически нецелесообразен – нормальное распределение по размерам частиц сдвигается в сторону малых размеров слишком большой ценой (очевидный выход на плато дисперсности от времени помола). Если вы будете это делать у себя, экономика тем более будет отрицательной. Поэтому, подвергать механической активации необходимо только лежалый цемент, закупленный по низким ценам не в пиковый сезон, и делать это надо перед использованием, т.к. падение активности после активации будет идти еще быстрее. На каком оборудовании это надо делать? Не в шаровых мельницах, а в аппаратах свободного удара. Даже дезинтегратор дает положительные результаты – но идет не измельчение, а в основном дезагрегация крупных частиц. Тонкие частицы вообще проскакивают вхолостую – и это в данном случае не есть плохо.

Лучше использовать Электромассклассификатор – он делает то же самое, но:

ротор один, изготовление и обслуживание в разы легче;

т.н. пальцы работают все, а не только первые 2 ряда, как в дезинтеграторе;
воздух он гоняет по кругу почти без потерь, без запыления окружающей среды самой активной компонентой;

крупную фракцию, которую только и имеет смысл измельчать, можно выделить и потом отправить на помол.

В итоге будем иметь оптимальную гранулометрию цемента – без переизмельчения, дезагрегированную массу, без крупных частиц, которые практически не работают в качестве вяжущего материала – из-за близкого размера с песком и медленной гидратации (спустя много лет в обычном бетоне остается до 20% непрореагировавшего цемента, в основном Ca2S).

Многочисленные исследования, проводившиеся как в нашей стране, так и за рубежом, позволили установить зависимость от гранулометрического состава прочности и скорость твердения цемента. На основании ряда работ, в т.ч. А. Н. Иванова-Городова было установлено, что равномерное и быстрое твердение цемента достигается при следующих зерновых составах: зерен мельче 5 мкм — не более 20 %, зерен размерами 5-20 мкм — около 40-45 %, зерен размерами 20-40 мкм — 20-25 %, а зерен крупнее 40 мкм — 15-20 %. Правильно сформированный гранулометрический состав, позволяет получать высокоактивный быстротвердеющий цемент при абсолютно рядовых показателях его удельной поверхности.

Сухие строительные смеси на основе молотого портландцемента с кварцсодержащими микронаполнителями

Кварцсодержащие горные породы и промышленные отходы, используемые в качестве микронаполнителей, состоят из следующих породообразующих минералов: кварца, полевых шпатов, каолинита и кварцевого (аморфного) стекла.

При измельчении микронаполнителей в мельницах происходит уменьшение среднего размера частиц, изменение их морфологии за счет экзогенных процессов [б], возникающих от удара и трения стальными шарами и цилиндрами, и самое существенное — глубокие изменения значений поверхностной энергии показателя структуры минералов.

Механизм происходящих процессов заключается в следующем. Сначала при дроблении кварца происходит разупорядочение его кристаллической решетки, а уже при дальнейшем помоле, вслед за разрушением частиц — образование на их поверхности аморфизированных продуктов. Эта тенденция еще больше проявляется с молотым кварцевым стеклом. В направлении глубины частицы слои кристаллов характеризуются возрастающими размерами, а в центре — неизмененной структурой [1]. Аморфизация, т.е. получение переохлажденной жидкости кварца с высоким коэффициентом вязкости, значительно снижает поверхностную энергию активации и повышает его химическую активность в пределах расстояний 0,5-1 нм, соответствующих формированию ближнего порядка атомов и молекул [2].

Для свежеизмельченных частиц или подвергнутых только поверхностному абразивному воздействию (например при простом смешивании) определяющей характеристикой является поверхностная энергия (активация) [З]. Дальнейший переход к термодинамически устойчивому состоянию способствует: адсорбции на частицах газообразных продуктов из воздуха, налипанию тонкоиз мельченных частиц к поверхности кристаллов, образованию экранирующих пленок из водных растворов химических добавок [4].

Из приведенного механизма процессов следует, что создание сухих смесей на основе портландцемента с введением кварцсодержащих микронаполнителей представляется важным направлением, позволяющим повысить в составе смешанного вяжущего химическую активность кварцевой составляющей и одновременно — клинкерной за счет абразивного эффекта микронаполнителя.

При режимах приготовления, способствующих именно активации поверхности микронаполнителя (малое измельчение, умеренное истирающее действие и т.п.), т.е. направленных только на повышение поверхностной энергии, возможно изготавливать обычные сухие смеси с порошкообразными добавками или компонентами различного назначения. Однако очень важно в этом случае использовать весьма короткий период (от долей секунды до нескольких минут), когда поверхностная энергия имеет высокие значения. По нашему мнению здесь весьма перспективно использование тонкодисперсных частиц основного вяжущего, которые хорошо адсорбируются на активируемой поверхности, повышая в конечном итоге контактную зону с микронаполнителями, играя уже роль ускорителей твердения — «кристаллических затравок».

Учитывая вышеизложенное, нами проводились исследования с различными кварцсодержащими наполнителями: пылью циклонной керамзитовой, порошком перлита, молотым гранитом, кварцевыми хвостами и молотым кварцевым песком. Удельная поверхность их колебалась в пределах от 1700 до 5300 см²/г. По активности наполнители (табл.1) можно расположить в следующей последовательности: пыль циклонная, керамзитовая — порошок перлита — молотый гранит — кварцевые хвосты — молотый кварцевый песок.

№ п/пНаименование микронаполнителейКоличество извести, поглощенной из известкового раствора в течение 30 суток (15 титрований) в мг CаО на 1 г добавки
1Пыль циклонная, керамзитовая44,49
2Порошок перлита42,07
3Молотый гранит16,58
4Кварцевые хвосты10,17
5Молотый кварцевый песок6,38
Читайте так же:
Добавки для цемента при отрицательных температурах

При домоле кварцевого песка с удельной поверхности 2000 см²/г до 4000 и 6000 см²/г его активность повышалась соответственно с 6,38 до 11,5 и 14,28 мг. О различиях в химическом составе микронаполнителей свидетельствует содержание растворимого кремнезема (табл.2).

С увеличением удельной поверхности кварцевого песка до 2000, 4000 и 6000 см²/г растворимость кварца повышалась и составляла соответственно 17,21: 32,29 и 32,89 мг/л.

Активность наполнителей (Н) в смесях с портландцементом (Ц) Подольского завода определяли при соотношениях (% по массе) Ц + Н: 90+10, 80+20 и 70+30 по нарастанию пластической прочности строительных растворов. Составы с 10% наполнителя характеризовались ранним наступлением структурообразования. Из них были изготовлены образцы размером 40х40х160 мм и испытаны через 7,28 и 90 суток. Результаты испытаний показали, что наиболее активным микронаполнителем во всех трех составах является керамзитовая пыль. Несколько меньшим по эффекту активности — перлит. Довольно активным оказался молотый гранит в составах 90+10 и 80+20%, который по эффективности не отличался от керамзитовой пыли.

№ п/пНаименование микронаполнителейВытяжка
ВодаCa(OH)2Раствор, близкий по составу к поровой жидкости цементного камня
1Пыль циклонная, керамзитовая11,114,52,9
2Порошок перлита26,321,62,05
3Молотый гранит50,551,45,8
4Кварцевые хвосты5,931,064,06
5Молотый кварцевый песок17,711,63,15

Вопросы формирования структуры частиц в смешанных цементах [5] приобретают особое значение, так как микронаполнители являются абразивными телами. Опыты показали, что помол клинкерного цемента идет интенсивнее с увеличением количества абразивно-действующего материала, причем до того момента, пока его частицы будут крупнее зерен клинкерного компонента. После уравнивания их гранулометрии изменение носит затухающий характер и уже не зависит от наличия песчаного компонента. Но измельчение самого песка происходит интенсивнее.

Для получения оптимальной гранулометрической структуры существенным фактором является время введения песка, которое зависит от исходной гранулометрии порошка и от той гранулометрии и структуры, которую должны иметь после помола.

Для определения влияния фактора времени введения песка на структуру песчаного портландцемента было выбрано 6 цементов состава 80+20% (клинкер + песок). Время для помола клинкера без микронаполнителя до значений удельной поверхности соответственно 500; 1000: 1500; 2500; 3500; 4500 см²/г в каждом опыте принималось за 100%, а приведенные значения удельной поверхности соответствовали 50% от их окончательной величины. В дальнейшем вводился песок через период продолжительностью в 20,50,70 и 95% от времени, необходимого для получения портландцемента без микронаполнителя требуемой удельной поверхности. Из проведенных исследований было установлено, что максимальное увеличение удельной поверхности клинкерного компонента имело место для портландцемента с исходной удельной поверхностью 3000 и не менее 1500 см2/г, а для цементов с исходной удельной поверхностью менее 1500 и более 3000 см2/г интенсивность ее увеличения понижалась. Результаты испытаний показали, что наиболее рационально вводить микронаполнитель таким образом, чтобы оставшееся время окончательного домола портландцемента было близко или равно времени помола песка (в нашем случае 50% от времени помола). В этом режиме в песчаном портландцементе с удельной поверхностью 2000-4000 см²/г получается наибольшее количество фракции 40 мк, при наименьшем содержании песчаного компонента и его равномерном распределении среди фракций — более 40 мк. Опыты показали, что при большем времени (через 80%) до введения песка клинкерная часть измельчалась тоже весьма эффективно. Песок при этом еще не успевает полностью измельчиться и поэтому наиболее рационально за время его введения считать период, после которого микронаполнитель успевает измельчиться до значений удельной поверхности портландцемента.

Для выявления абразивного действия микронаполнителя предварительно измельченный (до удельной поверхности 2500 см²/г) клинкер и песчаный компонент с крупностью зерен более 200 мкм вводили в лабораторную мельницу без мелющих тел. После этого клинкерную часть и микронаполнитель разделяли просевом через сито с размером ячеек 100 мкм и затем определяли прочность цементного камня.

Результаты испытаний на прочность (табл.3) цементного камня, полученного из цементов, измельченных абразивным воздействием микронаполнителя на портландцемент, показали, что при увеличении песка до 80% прочность в возрасте 28 суток повышается на 10-12% по сравнению с прочностью цементного камня на цементе без абразивного воздействия.

Вещественный состав цемента клинкер + песок, %Прочность образцов размером 20×20×20 мм на сжатие, МПа в возрасте, сут.
13728
100+0*6,036,955,060,0
100+06,642,360,268,8
80+207,243,562,869,8
50+505,538,254,060,2
20+804,822,530,240,8
Примечание: * без домола.

Таким образом смешивание микронаполнителя с цементом по времени необходимо осуществлять тогда, когда период его домола будет равен времени помола микронаполнителя до величины удельной поверхности цемента. При этом достигается рациональный гранулометрический состав зерен клинкера и микронаполнителя, их равномерное распределение, а также наилучшим образом используются абразивные свойства микронаполнителя. Удельная поверхность получаемого смешанного цемента близка к удельной поверхности исходного портландцемента. В клинкерной составляющей наблюдается повышенное содержание мелких фракций. Исследования возможности получения смешанного цемента проводили потрем направлениям: совместным помолом клинкера и кварцевого песка; смешением портландцемента с молотым песком определенной дисперсии и помолом портландцемента последовательно по двум стадиям — сначала цемента, а затем совместно с наполнителем. Опыты показали, что для первого случая характерна тщательность перемешивания и наличие всех процессов, указанных выше; во втором — эффективность ограничивается повышением активации поверхности цемента и наполнителя, а в третьем способе — вводится новый элемент — повторный помол портландцемента. При этом зерна портландцемента за счет абразивного эффекта частиц песка дополнительно измельчаются, а уже измельченные частицы песка замещают крупные зерна клинкера, способствуя формированию благоприятной структуры при твердении цементного камня.

Из анализа результатов помола установлено, что удельная поверхность клинкерного компонента заметно увеличивается при добавлении песка до 20% (в 1,5) и менее значительно — в количестве до 40% (в 1,8 раза). Дальнейшее увеличение песка не влияет на величину удельной поверхности. Максимальное количество его возможно ограничить до 30%.

Экспериментальные данные, анализ экономической целесообразности и технической реализации показали, что целесообразным является помол песчаных портландцементов до оптимальных структур при следующих условиях: помол клинкера в течении 135 мин. до удельной поверхности 3500 см²/г или помол до удельной поверхности 2500 см²/г в течение 90 мин., а далее добавляется песчаный компонент в количестве 20% и величина удельной поверхности песчаного портландцемента доводится до 4000 см²/г при общей продолжительности около 180 мин.

  1. Кварцсодержащие наполнители по активности располагаются в последовательности: пыль циклонная, керамзитовая -> порошок перлита -> молотый гранит -> кварцевые хвосты -> молотый кварцевый песок.
  2. Абразивное действие песка при помоле продолжается до тех пор, пока его частицы не уменьшатся до размеров частиц клинкера. При этом эффективное увеличение удельной поверхности песчаного портландцемента происходит при условии, если исходные значения ее у портландцемента находятся в пределах от 1500-1300 см²/г.
  3. Введение песка в помол через время, составляющее 80% от периода всего цикла помола, способствует получению оптимальной гранулометрии песчаного портландцемента.
  4. Наиболее эффективным способом получения песчаного портландцемента с высоким коэффициентом использования клинкерной составляющей является двухстадийный помол, оптимальным составом является: клинкер 80% + песок 20%.
  1. Ходаков Г.С. Физика измельчения. — М., Наука, 1972, 308 с.
  2. Китайгородский А.И. Порядок и беспорядок в мире атомов. — М., 1996.
  3. Усов Б.А., Домокеев А.А. Об эффекте активации добавок. Бетон и железобетон. № 41. 1991.
  4. Борщ ИМ., Вознесенский В.А. и др. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов. — Киев. Высшая школа, 1981.
  5. Попов Л.Н. Домол цемента. В кн.: Технология бетонных и железобетонных изделий. — М., Высшая школа, 1972, с., 163-164.
  6. Якушева А.Ф. Динамическая геология. — М., 1970.
Читайте так же:
Методика определения прочности цементного камня

Источник: «Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века»

Москалев Александр

Смесители сухих смесей, оборудование для производства ССС,
Станции растаривания, Пневмокамерные и пневмошлюзовые насосы, Телескопические загрузчики, Весовые бункера-дозаторы
Тел.: +7 909 261-13-29
info@stroymehanika.ru
Skype: A.Moskalev_SM

Лабазин Илья

Вопросы дилерского сотрудничества, Фасовочные станции, Станции затаривания, Дозаторы малых добавок
Тел.: +7 962 272-62-77
info@stroymehanika.ru
Skype: stroymehanika71

Лозовский Михаил

Ленточные конвейеры и элеваторы, Винтовые конвейеры АРМАТА, Силосы цемента, Дробильно-сортировочное и помольное оборудование, Виброгрохоты и вибросита
Тел.: +7 960 616-30-22
info@stroymehanika.ru

Способ активации молотого кварцевого песка для производства ячеистых бетонов

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к изготовлению ячеистых бетонов. Техническим результатом изобретения является разработка мокрого способа активации кварцевого песка, повышающего прочность готового ячеистого бетона при одновременном улучшении других характеристик. В способе активации молотого кварцевого песка для производства ячеистых бетонов активацию осуществляют карбонатным шламом, влажностью 75 — 85%, в количестве 3 — 6% от массы сухих компонентов (в пересчете на сухое вещество). 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к изготовлению ячеистых бетонов.

Известны и получили широкое распространение ячеистые бетоны, где в качестве вяжущего используется портландцемент, молотая известь или смешанное вяжущее, а в качестве кремнеземистого компонента — молотый кварцевый песок /Чехов А.П. и др. Справочник по бетонам и растворам /Чехов А.П., Сергеев А. М. , Дибров Г.Д. 2-е изд., перераб. и доп. Киев: Будiвельник, 1979. С. 189/ [1].

Для производства данных ячеистых бетонов применяют два способа подготовки сырьевых материалов: 1. Мокрый помол основной массы кремнеземистого компонента (песка) и сухой помол известково-песчаного вяжущего (при соотношении песок : известь = 1 : 0,2). Содержание воды в песчаном шламе поддерживается на уровне, обеспечивающем хорошую текучесть суспензии (плотность шлама 1,6 г/см 3 ).

2. Совместный сухой помол компонентов сырьевой шихты извести, цемента и песка при влажности последнего не выше 2% по массе /Горлов Ю.П. и др. Технология теплоизоляционных материалов: Учебник для вузов / Ю.П. Горлов, А.П. Меркин, А.А. Устенко. — М.: Стройиздат, 1980. С. 260-261/ [2].

В обоих случаях помол должен производиться в присутствии поверхностно-активных веществ (далее ПАВ), что интенсифицирует измельчение и предотвращает слипание частиц. Дозировка ПАВ 0,1 — 0,25% от массы сухих компонентов.

В первом случае получается известково-песчаное вяжущее, в котором частицы извести, заряженные положительно (электрический заряд до +12 мВ), адсорбируясь на поверхности зерен кварца, заряженных отрицательно, образуют прочные хемосорбционные связи. Во втором случае совместный помол активизирует цемент и обеспечивает повышенную однородность смеси.

Однако данные способы активации имеют существенные недостатки. Во-первых, производится сухая активация, хотя присутствие жидкости создает условия подвижности частиц, что способствует образованию контактов и дает возможность осуществить их на большей площади, следовательно, мокрая активация более предпочтительна. Во-вторых, в случае, когда в качестве вяжущего используется цемент, происходит только его активация, а песок остается инертным компонентом. Надо отметить, что адгезия цемента к кварцу довольно слабая, так как их частицы имеют одноименные заряды («-«). В-третьих, полученную смесь нельзя долго хранить, так как цемент теряет активность, а известь карбонизируется.

Технологическим результатом изобретения является разработка мокрого способа активации кварцевого песка, повышающая прочность готового ячеистого бетона при одновременном улучшении других характеристик.

Технологический результат достигается тем, что в способе активации молотого кварцевого песка для производства ячеистых бетонов активацию осуществляют карбонатным шламом, влажностью 75-85%, в количестве 3-6% от массы сухих компонентов (в пересчете на сухое вещество).

Отход имеет влажность 75-85% и состоит из 40-52% СаСО3 + MgCO3, 4-8% составляют оксиды алюминия, железа и кварцевый песок, остальные 30-35% органические вещества, включая ПАВ. Удельная поверхность карбонатного шлама составляет 8000 — 10000 см 2 /г /Стройматериалы из промышленных отходов /Арбузова Т.Е., Шабанов В.А., Коренькова С.Ф., Чумаченко Н.Г. — Самара: Кн. изд-во, 1993. С. 23, 32/[3].

Активация кварцевого песка производится в процессе его помола. Карбонатный шлам, влажностью 75-85%, подается вместе с кварцевым песком в шаровую мельницу, где песок размалывается до необходимой удельной поверхности в присутствии 0,05-0,15% ПАВ. Полученную смесь влажностью 3-4% можно хранить продолжительное время без потери активности. В случае мокрой подготовки сырьевых компонентов, кроме карбонатного шлама и ПАВ, в смесь добавляется вода в количестве, обеспечивающем хорошую текучесть суспензии. Цемент помолу не подвергается. Известь размалывается отдельно от песка.

Далее приготовляют ячеистобетонную смесь по обычной технологии. При этом надо отметить, что способ поризации и способ твердения роли не играет, активированный кварцевый песок одинаково пригоден для производства как пено-, так и газобетонов, как автоклавных, так и безавтоклавных.

Карбонатный шлам содержит поверхностно-активные вещества, поэтому расход ПАВ при помоле песка можно сократить в 2-2,5 раза.

Шлам можно рассматривать как наполнитель, заполняющий поры и снижающий пористость ячеистого бетона, что приводит к понижению водопоглощения и водонасыщения. Кроме того, тонкодисперсный карбонат кальция из которого преимущественно состоит шлам, является зародышем кристаллизации новообразований /Теоретические предпосылки высокой поверхностной реакционной активности карбонатов в формировании прочности карбонатно-цементных и карбонатно-шлаковых вяжущих /Калашников В. И. , Хвастунов В.Л., Викторова О.Л. и др. // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы пятых академических чтений РААСН. Воронеж, 1999. С. 184/ [4], что повышает прочность затвердевшего ячеистого бетона.

Высокодисперсный, заряженный положительно (до +4 мВ) карбонатный шлам, адсорбируясь на поверхности зерен кварца, заряженных отрицательно (до -4,4 мВ), повышает адгезию между ним и частицами цемента за счет образования прочных хемосорбционных связей. Это придает седиментационную устойчивость и снижает расслаиваемость ячеистобетонной смеси.

Читайте так же:
Инструкция по использованию цемента

Для сравнительного эксперимента были приготовлены восемь составов ячеистых бетонов плотностью 600 кг/см 3 : 1. Неавтоклавный пенобетон на портландцементе с сухим совместным помолом компонентов (аналог).

2. Автоклавный газосиликат с мокрым помолом кремнеземистого компонента и сухим помолом известково-песчанистого вяжущего (прототип).

3-5. Экспериментальные составы безавтоклавных пенобетонов. 6-8. Экспериментальные составы автоклавных газосиликатов. Во всех составах кварцевый песок размалывался до удельной поверхности 2500 см 2 /г.

В экспериментальных составах молотый кварцевый песок был активирован 3,6 и 9% шлама от массы сухих компонентов в пересчете на сухое вещество. В работе были использованы следующие материалы. Портландцемент Жигулевского завода: 1. Предел прочности при сжатии 400 кг/см 2 .

2. Предел прочности при изгибе 60 кг/см 2 .

3. Нормальная густота 29%.

4. Удельная поверхность 2500 см 2 /г.

Молотая негашеная известь: 1. Активность 90%.

2. Время гашения 19 мин.

3. Температура гашения 88 o С.

4. Удельная поверхность 3000 см 2 /г.

В качестве заполнителя использовался волжский речной кварцевый песок с содержанием кремнезема 95%.

Для приготовления пенобетонов в качестве пенообразователя использовался ПО-6, в количестве 4,5 л концентрата плотностью 1,1 г/см 3 , на 1 м 3 бетонной смеси. Для приготовления газобетонов в качестве газообразователя алюминиевая пудра ПАК-3 в количестве 550 г на 1 м 3 бетонной смеси.

Методы испытания извести, использованные для приготовления газосиликатных смесей, соответствовали ГОСТ 22688-87.

Методы испытания цемента, использованные для приготовления ячеистых бетонов, соответствовали ГОСТ 310.1-76 ГОСТ 310.4-81.

Составы ячеистых бетонов, приведенные в таблице 1, испытывались по стандартным методикам ГОСТ 10180-90, ГОСТ 12851-94 12853-94 и ГОСТ 7076-87.

Свойства ячеистых бетонов оценивали по следующим показателям: — предел прочности при сжатии; — предел прочности при сжатии водонасыщенного образца; — водопоглощение; — водонасыщение; — коэффициент водостойкости.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Для наглядности результаты испытаний ячеистых бетонов приведены в виде графиков (см. чертеж).

Результаты, отвечающие поставленной цели, были достигнуты на составах 3-4 и 6-7.

Из анализа результатов эксперимента следует:
— водопоглощение пенобетона снизилось на 15-21%;
— водонасыщение пенобетона снизилось на 15-22%;
— водостойкость пенобетона повысилась на 1-8%;
— предел прочности пенобетона в сухом и водонасы [ценном состоянии повысился на 19-30% и 12-14% соответственно;
— водопоглощение газосиликата снизилось на 16-27%;
— водонасыщение газосиликата снизилось на 11-13%;
— водостойкость газосиликата повысилась на 3-7%;
— предел прочности пенобетона в сухом и водонасыщенном состоянии повысился на 12-20% и 13-27% соответственно.

Составы 5 и 8 не отвечают поставленной цели, т.к. происходит снижение прочности и водостойкости.

Таким образом, проведенный поиск по научно-техническим и патентным источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволили выявить отличительные признаки в заявляемом техническом решении, следовательно, заявляемый способ активации молотого кварцевого песка для производства ячеистых бетонов удовлетворяет критерию изобретения «новизна».

В обнаруженной информации отсутствуют сведения об указанном техническом результате и из нее не выявляется влияние отличительных признаков на достижение технического результата, следовательно, данное техническое решение удовлетворяет критерию «изобретательский уровень».

Критерий изобретения «промышленная применимость» подтверждается тем, что внедрение предлагаемого технического решения не потребует капитальных затрат.

Источники информации
1. Чехов А.П. и др. Справочник по бетонам и растворам / Чехов А.П., Сергеев А. М., Дибров Г.Д. 2-е изд. перераб. и доп. — Киев: Будiвельник, 1979. -С. 187-190.

2. Горлов Ю. П. и др. Технология теплоизоляционных материалов: Учебник для вузов / Горлов Ю. П., Меркин А.П., Устенко А.А. — М.: Стройиздат, 1980. С. 260-261.

3. Стройматериалы из промышленных отходов / Арбузова Т.Б., Шабанов В.А., Коренькова С.Ф., Чумаченко Н.Г. — Самара: Кн. изд-во, 1993. С. 23,32.

4. Теоретические предпосылки высокой поверхностной реакционной активности карбонатов в формировании прочности карбонатно-цементных и карбонатно-шлаковых вяжущих / Калашников В.И., Хвастунов В.Л., Викторова О.Л. и др. // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы пятых академических чтений РААСН. — Воронеж, 1999. С. 181-187.

Способ активации молотого кварцевого песка для производства ячеистых бетонов, отличающийся тем, что активацию осуществляют карбонатным шламом, влажностью 75 — 85%, в количестве 3 — 6% от массы сухих компонентов (в пересчете на сухое вещество).

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК СЕРИИ «БЕТОПРЕСС»® ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА

Всё больше и больше создаётся новых продуктов для модификации бетона. Количество названий уже перевалило за многие сотни, а ведь ничего явно нового за последнее время так и не было создано. Все известные гиперпластификаторы, суперпластификаторы и просто пластификаторы работают в одном ключе. Они воздействуют на поверхность вяжущего, которое, в свою очередь, даёт возможность обрабатывать бетонную смесь с более высоким технологическим эффектом.

И наша научно-исследовательская работа пошла ровно по такому же проторенному пути, ведь других вариантов, как бы, и нет. После создания вполне удачной линейки модификаторов для вибропрессования и гиперпрессования было принято решение выпустить новую серию, но уже суперпластификаторов для подвижного и литого бетона.

Отличительная черта всех наших модификаторов в том, что мы подходим к их разработкам нестандартными методами и приёмами, и это всегда сказывается на конечном продукте. А иногда приносит вообще неожиданные результаты, как в данном случае с суперпластификаторами.

Изначально была задумана обычная серия пластифицирующих добавок «БЕТОПРЕСС»® на основе модифицированных лигносульфонатов для подвижного бетона. И в 2013 году работа закипела. Вначале создавалась основа из четырёх-пяти компонентов, которая в процессе разработки обрастала многочисленными вспомогательными химическими продуктами в более мелких количествах, а иногда и просто в микродозах.

Подход к модифицированию в таком ключе является стандартным и результаты от такого подхода тоже стандартные с разбросом по эффективности между аналогичными добавками от разных производителей не более 10-15% в ту или иную сторону. Но не в нашем случае.

По сложившейся традиции мы стали собирать свои комплексы из компонентов, которые не рекомендуют смешивать в одном продукте, но уж такой у нас подход для создания нового. Довольно сложный путь, требующий дополнительного применения различных стабилизаторов, окислителей, консервантов, восстановителей, аддуктов, лигандов и т. д., которые кроме стабилизации химических комплексов в добавке также вносят свой вклад в модификацию бетона.

По замыслу разрабатывали одно, а получили совсем иное и с новыми свойствами, которые были для нас полной неожиданностью. Мы их даже посчитали за свою неудачу, но это только вначале. Потом выяснилось, что новые модификаторы эффективно работают с цементным тестом, только в присутствии крупного заполнителя определённой группы! Пластификация бетонной смеси теперь стала зависеть не столько от цемента, сколько от минералогического состава щебня, а конкретно от его породы. А это уже было явно совершенно новое и не совсем обычное свойство!

Читайте так же:
Двигатель для цементной мельницы

После многих исследований проведённых нами стало ясно, что при нестандартном подходе к модифицированию тяжёлых бетонов желательно перенаправить основное воздействие модификатора с поверхности вяжущего на поверхность крупного инертного заполнителя, которого по объёму в смеси всегда больше чем цемента. Придать его поверхности иные свойства, способные изменить саму бетонную смесь, и тем самым повысить эффективность модифицирования.

Эти действия не означают, что работа добавки с вяжущим прекратилась, нет, просто она перешла в другую плоскость и здесь вместо первоначальной цели по пластификации цементной пасты во главу угла стала её активация.

При таком подходе к модификации бетонной смеси на первое место выходят крупные заполнители, и в первую очередь их минералогический состав, от которого зависит какой именно модификатор будет применён.

Щебень, который используют в производстве бетона, делится на две основные группы. Это изверженные породы — гранит, диабаз, диорит и карбонатные — мрамор, доломит, мраморизованный известняк. По своим свойствам эти группы отличаются одна от другой не только минералогией вещества, но и поверхностным зарядом. Мелкий заполнитель в виде кварцевого песка совместим с любым модификатором, и в расчёт не идёт, что в свою очередь очень удобно при проектировании бетонной смеси.

Новые химические добавки под крупный заполнитель той или иной минералогической группы работают целенаправленно только под определённый щебень. Например, добавка под изверженные породы в бетоне на граните снижает расход воды на 25% к контрольному, а на карбонатном щебне снижение воды совсем не наблюдается, как будто и нет химии вовсе. Тоже самое происходит и с добавкой для карбонатов. При смене мрамора на гранит полностью исчезает редукция воды, но активация цемента в обоих случаях, всё же, сохраняется.

Ситуация на первый взгляд не совсем удобная, но во многих регионах России самым доступным щебнем иногда могут быть только изверженные породы или только карбонатные. Так, что один регион — один щебень — одна добавка, или более правильно сказать, одна группа добавок под определённую породу местных инертных.

Что нам даёт такая технология, где основное действие модификатора перенаправлено с цемента на крупный заполнитель, кроме кажущихся неудобств? Очень много такого, чего не может нам дать традиционный подход к модификации бетонной смеси и самого бетона через воздействие только на вяжущее.

Первое и самое заметное новое свойство в бетонной смеси это возможность увеличивать расход щебня в товарном бетоне до 1300-1400 кг на 1м3. Причем, при подвижности П-4 — П-5 не наступает сегрегация. Такая смесь прекрасно перекачивается при подаче насосом единой подвижной массой, где щебень просто плавает и после укладки даже виден по поверхности.

Второе и немаловажное свойство это повышение прочности бетона к контрольным образцам на иных добавках за счёт активации цемента. Заметьте, не к контрольным образцам без химии, а к образцам на иных добавках, направленных на работу только с вяжущим. Ведь теперь мы уже соревнуемся со стандартной технологией модификации бетона.

Третье свойство это удобство и простота в подборе состава бетонной смеси без каких либо сложных расчётов и манипуляций. Берётся одно и то же увеличенное количество щебня на каждый кубический метр смеси для любых классов бетона, затем подбирается нужное количество цемента под определённую марку, количество добавки под требуемую редукцию воды и подвижность, а оставшийся объём заполняется кварцевым песком. Состав готов!

В любом стандартном составе активация цемента нашими продуктами приводит к обязательному повышению прочности бетона на сжатие и соответственно на изгиб, при одинаковом его расходе, подвижности и условий ухода при твердении. Что бы это доказать нашим будущим партнёрам мы выезжаем на их производство и на месте в режиме приготовления товарного бетона в одном из замесов заменяем стандартный суперпластификатор на наш продукт.

После этих манипуляций берём пробы из партии бетона с нашим продуктом и с продуктом производителя. Забиваем кубики и затем испытываем на 3-и, 7-е и 28-е сутки. Рецептуру не меняем для чистоты эксперимента, только если потребуется снижаем расход воды до подвижности П-4, а полученные в лаборатории результаты сравниваем.

Такие действия приходится производить не менее двух раз. После первых результатов производители бетона предлагают свой вариант испытаний, так как просто не могут поверить предъявленным нами цифрам, но очень заинтересовались.

Повторяем тоже самое, но образцы теперь хранятся на территории производства и отвозятся в лабораторию только в сопровождении представителя, который потом присутствуя на испытаниях лично подтверждает полученные результаты.

К примеру, в Крыму товарный бетон на граните (карьер Найдёновский), кварцевом песке (карьер Прибрежное) и новороссийском цементе ПЦ500-Д0, с расходом 230 кг/м3, с добавкой С-3(СП-1) 1,3% по жидкому продукту к цементу, показывает прочность в 28 суток В15 (М200).

Все происходит при подвижности П-4 и это считается вполне неплохой прочностью для такого количества вяжущего с данной добавкой и на местных инертных материалах. Теперь о нашем крымском продукте «БЕТОПРЕСС ТУ2601-001-00823210-2015 СП-4Н», как об альтернативе привозному С-3, который в этом же составе бетона при расходе 0,7% по жидкому продукту к цементу показывает прочность на сжатие в 28 суток В25 (М350).

Конечно же, производителю бетона и двух раз будет мало, что бы поверить таким цифрам. Ему еще нужно будет некоторое время для того, что бы осознать, что этот бетон совсем иной и, несмотря на старую рецептуру, по всем своим свойствам он уже является продуктом другого поколения!

Следующий наш этап это подбор производственных составов качественного товарного бетона с пониженным содержанием цемента и с повышенным расходом щебня (не менее 1300 кг на 1м3 смеси). Этим мы боремся за повышение прочности и водонепроницаемости бетона, а также за снижение усадочных явлений.

Теперь мы покажем на последнем примере экономический эффект от применения нашего продукта. Готовим бетонную смесь по себестоимости В15, а продаём её же по цене В25! Разница в отпускной цене между этими двумя классами бетона совсем немаленькая, и у нас в Крыму она составляет порядка 700-900 рублей и её можно спокойно отнести к дополнительной прибыли! И так происходит в каждом конкретном случае при замене стандартного модификатора на наш инновационный продукт!

Ещё одно не маловажное отличие наших химических добавок от общей массы в том, что они являются сугубо авторскими разработками, а не продуктом коллективного творчества и, поэтому, некоторые модификаторы просто не имеют аналогов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector