Как повысить марку цемента


Какие бывают добавки в бетон для прочности? Виды и характеристики материалов

Для того чтобы бетонная конструкция получила повышенную прочность, рекомендуется применять специальные материалы, добавляемые прямо в приготавливаемый цементно-песчаный раствор. Застывая, смесь, в которую добавили упрочнитель бетона, приобретает намного больше полезных характеристик, способствующих ее более длительному сроку службы. Кроме прочности к ним может относиться еще и водонепроницаемость, коррозионная стойкость и др.

Применение

Как правило, добавки в бетон, которые нужны для увеличения его прочности, применяют далеко не всегда. Использование таких материалов допустимо в случае:

  • наличия высоких требований к бетонным или железобетонным конструкциям по водонепроницаемости или морозостойкости;
  • применения в растворе нестандартных заполнителей типа мелкого песка;
  • изготовления бетонных изделий, на которые будет действовать высокая нагрузка (например, брусчатки из тяжелого или мелкозернистого бетона);
  • возведения конструкций монолитного типа, в которых используются минеральные расширяющие добавки.

Классификация и характеристики добавок

Упрочняющие смеси, добавки к бетону представляют собой специально приготовленные химические продукты. Они добавляются в конструкцию или изделие во время приготовления и застывают вместе с основными материалами.

Основным достоинством добавок является полная защита всего бетона по объему. А недостатком можно назвать невозможность укрепить уже созданную конструкцию (эту функцию выполняют укрепляющие пропитки, предназначенные для бетона).

Пластификаторы

Задачей пластификаторов, входящих в состав бетонных растворов, является повышение их подвижности. При этом удается как повысить прочность получающегося в результате бетона на 120-140 процентов, так и придать ему следующие свойства:

  • морозостойкость, повышенная на 1,5 марки;
  • водонепроницаемость больше на 3–4 марки.

Также применение пластификаторов снижает расход цемента до 25 процентов, что позволяет сэкономить на строительных работах.

Ускорители набора прочности

Для ускорителей набора прочности характерно увеличение скорости твердения бетона, а также повышение его марочной прочности. Одним из таких веществ является гранулированный хлористый кальций, используемый при изготовлении пенобетонов, тротуарных плиток, стеновых камней и полистиролбетонов.

С его помощью производственный процесс ускоряется за счет меньшего простоя изделия в специальной форме, а количество выпускаемой продукции, соответственно, увеличивается. При этом наблюдается укрепление бетонов на несколько процентов. А на изделиях уменьшается количество сколов, ухудшающих их товарный вид.

Добавки с противоморозным эффектом

В число полезных качеств, которые добавляет материалу упрочнитель бетона с противоморозным эффектом, входит не только увеличение прочности, но и устранение влияния низких (до минус 25 градусов) температур на процесс застывания.

Одним из самых популярных веществ данного типа является нейтрализованная смола, применяемая в комплекте с гидрофобизаторами (например, Софексил-гель и Типром-С).

Еще одним преимуществом добавки является повышение удобства обработки смеси.

Кроме того, получившееся изделие становится водонепроницаемым (и, таким образом, не требует гидроизоляции). А при транспортировке раствора заметно уменьшается его расслаиваемость.

Модификаторы бетонных растворов

Модификаторы — это добавка в бетон для повышения прочности, которая увеличивает также морозостойкость и подвижность состава. Есть модификаторы, способные улучшить противокоррозионные свойства бетона.

Комплексные добавки

Комплексные добавки для повышения прочности бетона дают дополнительные положительные эффекты. Например, некоторые вещества повышают удобоукладываемость бетона, его строительно-технические характеристики (водонепроницаемость и морозостойкость), сокращают количество затрачиваемой на приготовление воды, снижают расход цемента. При этом все компоненты добавки отлично взаимодействуют друг с другом.

Нюансы использования

Зная, как увеличить прочность бетона, какая добавка лучше подходит для поставленных целей, остается разобраться с правильным выполнением работ. В первую очередь вещество разводится в теплой воде до тех пор, пока не растворится. Если добавка смешивается с песчано-цементным раствором в жидком состоянии, она начинает действовать сразу. Сухой материал требует некоторого времени для полного растворения и перемешивания.

Расчетное количество добавки зависит от дозировки, указанной на конкретном материале его производителем, а также от степени увеличения прочности, которую необходимо получить. Рекомендуемое количество для пластификаторов не превышает 1% по массе цемента.

Другие способы упрочнения бетона

К укрепляющим относятся не только те материалы, что добавляют в бетон при его создании для повышения прочности. Когда конструкция уже готова и не подлежит замене, применяются другие вещества и другие методики. Популярнее всего в строительстве и при проведении ремонтных работ укрепление бетона с использованием жидких и твердых упрочнителей. Как правило, они лучше всего подходят для полов и других горизонтальных поверхностей.

Упрочняющие пропитки

Жидкие упрочнители или пропитки содержат в составе водорастворимые неорганические соединения. Они способны проникать в обычный бетон (который предварительно не обрабатывали гидрофобизаторами) на глубину 3–5 мм. Внутри материала жидкость вступает с ним в реакцию, образуя нерастворимые соединения, выступающие в роли упрочнителей.

Такая упрочняющая пропитка для бетона наносится как на старые конструкции, так и на новые, увеличение прочности которых не было предусмотрено в процессе изготовления. Недостатком пропиток является невозможность нанесения в условиях агрессивной среды. Достоинством – придание бетону способности выдерживать более сильные нагрузки.

Сухие упрочнители

Для укрепления бетона можно использовать и сухой упрочнитель, в составе которого содержится цемент. Конструкция, прочность которой увеличили таким способом, может выдерживать до 70 МПА. Кроме того, повышается прочность бетона на слабое растяжение и его износостойкость.

На процесс нанесения сухого упрочнителя не влияет агрессивность среды. Однако наносят его (в разведенном водой состоянии) только на гладкую и очищенную от пыли поверхность. Срок службы конструкции при этом увеличивается минимум на 10–15 лет.

tehno-beton.ru

Как разобраться в марках цемента

Что такое цемент, современному человеку объяснять долго не приходится – с его назначением и использованием в хозяйстве все знакомы очень хорошо.

Другое дело – разновидности этого материала, которые выходят далеко за пределы представления обычного человека.

Это поистине универсальный материал, который применяется везде, где только можно – естественно, для разных целей имеются различные марки цемента, о которых мы и поговорим в данной статье.

По большому счету, цемент является несложным в изготовлении строительным материалом – если не брать в расчет сложное оборудование, то можно сказать, что его производство элементарное, и состоит он максимум из двух-трех компонентов. Чаще всего говорят о современном цементе, который можно приобрести в строительных магазинах – по правде говоря, это жалкое его подобие.

Натуральный цемент изготавливается из такого природного материала, как мергель – в чистом виде этот цемент обладает очень высокими характеристиками, которые по своей сути и не нужны.

Именно по этой причине был разработан усредненный вариант цемента, которым мы и пользуемся по сей день. Изготавливается он в несколько этапов.

  • На первой стадии его производства смешивается сырье – так сказать, закладывается основной состав цемента. В большинстве случаев это кварц, окислы железа, алюминия и кальция. Они в большом количестве содержатся в известняках и глинистых породах, которые сначала дробят до мелкой фракции, а потом смешивают друг с другом.
  • Второй этап решения вопроса, как сделать цемент, это спекание всей этой массы в высокотемпературных печах. Под воздействием такой обработки исходный состав превращается в клинкер, который подвергается финальной стадии обработки.
  • Здесь он проходит такой процесс, как перетирание в муку – также этот этап предусматривает добавление в состав гипса, шлака, песка, которые перемалываются вместе с клинкером. Это наполнители, в задачи которых входит разбавление цемента до нужной кондиции и придания ему необходимых качеств.

Современные строители привыкли пользоваться готовыми смесями и на большинство характеристик цемента не обращают внимания. Максимум, на что делается ударение, это на прочность, а о всем остальном, как говорится, пускай думают производители.

С одной стороны это может и правильно (нечего мусором голову забивать), а с другой не совсем – существуют такие ситуации, когда те же строительные смеси приходится изготавливать своими руками.

Даже если не сталкиваться с этим, то знать об основных свойствах и характеристиках данного материала нужно хотя бы для общего развития.

  • Впитываемость (потребность в воде). Каждая из существующих разновидностей цемента способна впитывать различное количество воды – это может показаться неважным моментом, но на самом деле это серьезный показатель материала. Плотность цемента примерно в 3 раза выше плотности воды – если жидкости в растворе будет слишком много, то часть ее останется над раствором. Частицы цемента осядут, и после застывания поверхностный слой раствора окажется непрочным. Простой пример – широко известный цемент портландцемент нуждается в воде в количестве 22-28%. А большее количество воды в растворе приводит к ухудшению его качеств.
  • Тонкость помола. Очень важная характеристика, которая оказывает влияние на качество цемента – цемент тонкого помола схватывается гораздо быстрее. Его зерна плотнее прилегают друг к другу и наполнителю, благодаря чему растворы с его использованием отличаются высокой прочностью. Обратная сторона цемента мелкого помола – это увеличение его потребности в воде, что тоже не очень хорошо – именно поэтому цементы мелкого помола содержат в себе до 40% более крупных частиц.
  • Прочность. Именно эта характеристика определят марку цемента – измеряется она в мПа (мегапаскаль) и указывает на то, какую нагрузку сможет выдерживать раствор, приготовленный из цемента. Это очень важная характеристика, которую необходимо учитывать в процессе строительства высотных зданий и изготовления серьезных железобетонных конструкций.
  • Устойчивость к отрицательным температурам. Здесь подразумевается количество циклов заморозки и разморозки готового раствора – грош цена цементу, который не в состоянии продержаться и одной зимы. Сам по себе цемент не способен выдерживать многократные циклы воздействия отрицательной температуры – для этого существуют различные добавки. К примеру, широко используется нейтрализованный древесный пек и абиетат натрия.
  • Время схватывания – промежуток времени, в течение которого цемент перестает быть пластичным. Зависит от трех факторов – количества воды, температуры окружающего воздуха и количества гипса в составе. Например, если вам нужно сократить время схватывания цементного раствора, то в него можно добавить гипс. Также существует такая характеристика, как плотность цемента – в быту на эту характеристику мало обращают внимания, так как серьезных нагрузок на растворы или бетоны не предполагают. Этот показатель определяется помолом цемента и качеством усадки – в профессиональной среде максимальная плотность растворов достигается благодаря использованию вибраторов.

Большинство людей не понаслышке знакомы с портландцементом, который можно приобрести в любом магазине. Но оказывается, что это далеко не единственная разновидность данного материала.

Вы даже удивитесь, насколько много различных видов цемента применяется для различных целей в современном строительстве – как минимум их можно насчитать несколько десятков, среди которых отдельного внимания заслуживают следующие виды.

С ним знакомы практически все. Существует два типа этого материала – цемент с активными минеральными добавками и без активных минеральных добавок. И тот и другой вариант цемента активно используется для изготовления морозоустойчивых, сульфатостойких железобетонных конструкций – не исключением является и предварительно напряженные бетонные изделия.

Также в этой группе цементов имеются другие варианты – к примеру, тампонажный портландцемент (применяется для глушения газовых и нефтяных скважин), цветные портландцементы (для их изготовления используют красящие пигменты), белый цемент (красители в нем отсутствуют полностью), пуццолановый цемент, который отличается повышенной стойкостью к сульфатам и быстрым отвердеванием при высоких температурах воздуха.

Не содержит в своем составе никаких минеральных добавок, в том числе и гипса – его отвердевание происходит благодаря мелкому помолу и содержанию в нем алюмината кальция. Глиноземистый цемент нашел свое применение на скоростном строительстве, зимнем бетонировании и при выполнении ремонтных работ. Также на его основе получают жаростойкие бетонные составы.

Он увеличивается в объеме при изготовлении раствора – свойство отнюдь не бесполезное. К примеру, оно необходимо в процессе заделки трещин в бетонных конструкциях. Такой цемент изготавливается в четырех разновидностях.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) – застывает в течение 4-10 минут. Применяется в основном для гидроизоляции. Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент – схватывается в течение 0,1-4 часа. Процесс расширения останавливается на третьи сутки. Используется для гидроизоляции, штукатурок и изготовления водонепроницаемых бетонов.

Портландцемент расширяющийся – застывает в течение 0,5-12 часов. Его область применения точно такая же, как и у двух предыдущих вариантов.

Напрягающийся цемент – алюминатная составляющая обеспечивает увеличение его объема при отвердении. Он способен создавать предварительное напряжение в арматуре. Схватывается в течение 0,5 – 4 часа и применяется для строительства сооружений с высокой паро-, водо- и газонепроницаемостью. Это специальные цементы, которые в частном строительстве практически не используются. Если продолжать дальше список разновидностей цемента, то среди всех существующих вариантов также можно выделить шлаковый цемент, который зачастую используется при строительстве гидротехнических и портовых сооружений.

Этот цемент обладает повышенной устойчивостью к воздействию агрессивных сред – кроме того, приготовленные на его основе бетоны весьма долго набирают свою прочность. Их существует два вида – ШПЦ (шлакопортландцемент) и ИШЦ (известково-шлаковый цемент). Последний применяется для изготовления низкомарочных бетонов, штукатурных и кладочных растворов.

И в заключение темы про марки цемента  – о выборе цемента, используемого в частном строительстве. В частности, о марках, которые раньше маркировались как 300, 400, 500 и 600 – это не что иное, как прочность цемента.

Наиболее распространенным является цемент марки 400 – он подходит и для изготовления полов, и для штукатурки, и для кладки. Если говорить о бетоноконструкциях, то здесь лучше выбирать цемент марки 500. Кроме того, при выборе этого материала следует обратить внимание на дату его изготовления, условия хранения и целостность упаковки.

Следует понимать, что в открытом состоянии цемент втягивает воду из воздуха и берется комочками. То же самое происходит и при его длительном хранении.

Обратите на это:

sadsamslabo.ru

Цемент - Ударная активация

Вопросы экономии, рационального использования энергетических и материальных ресурсов, снижения издержек производства, в настоящее время приобретают особую актуальность и требуют своего 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, соответственно проблемы экономии ресурсов представлены здесь особенно остро. Следствием сложившейся ситуации является 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 объемов 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.

Надежность 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, объясняет широкое распространение этого материала и позволяет рассматривать бетон как основной компонент капитального строительства не только настоящего, но и будущего.

И все же, несмотря на многие замечательные качества и доступность сырьевых компонентов, бетон относиться к весьма энергоемким 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 отношения 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 удается получить запроектированную марку бетона по прочности и обеспечить нужную пластичность бетонной смеси. Зачастую, 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, либо ее катастрофическое снижение в результате неправильного складирования, небрежного транспортирования и частых перегрузок, так же 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, становиться совершенно очевидно, что практического воплощения ресурсосберегающих технологий не возможно 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 путем домола рядового цемента. Большое число исследований посвященных данной проблеме было провидено советскими учеными в 50-60 годах прошлого 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 учетом минералогического состава цементного клинкера, оптимальных дозировок гипса, необходимой тонкости помола, возможности введения минеральных добавок и целого ряда других параметров.

Вопросам производства и промышленного применения активированных цементов занимались такие известные Советские ученые 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 ученых и целых научных школ несколько отличались друг от друга, в обобщенном 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, нежели 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. Изменяя 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 постепенно начал угасать вплоть до практически полного забвения. Более того, тема изготовления быстротвердеющих, высокоактивных вяжущих материалов, на заводах ЖБИ, то есть в непосредственной близости от места изготовления бетона, была закрыта настолько плотно, что несколько десятилетий академическая наука к ней серьезно не возвращалась. 

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, которая обусловлена неверно выбранным способом измельчения цементного зерна. Или иными словами многочисленные попытки внедрения активации цемента на местах его использования, не привели к желаемым результатам, так как эффект повышения вяжущих свойств цемента не покрывал расходов на ее 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 твердых тел.

Итак, под измельчением твердых 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) твердых тел, приводящее к образованию дисперсных систем или порошков. Разрушение твердых тел может производиться различными способами, наиболее распространенные из них представлены на рисунке 1.

Рис. 1.

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

Для примера иллюстрирующего зависимости наиболее рационального, а значит и наименее энергозатратного способа измельчения от исходного размера материала, можно привести следующую зависимость: для среднего и крупного измельчения твердых 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). Исходя из вышесказанного, напрашивается вывод, что при неизменных физических свойствах твердого 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 ее 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 объема или линейных размеров частицы, необходима и смена самого способа измельчения.

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

Все твердые материалы, характеризуются присущим им сопротивлением разрушению, причем на разных ступенях тонкого измельчения сопротивление разрушению может существенно различаться. Так, при помоле цемента в шаровой мельнице до удельной поверхности 3000-3500 см2/г, ее 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 учетом увеличения активности цемента, повышения его марки, дальнейший помол с использованием преимущественно истирающего способа измельчения попросту экономически не выгоден.

В работах по активации цемента путем его домола, в основном применяются однокамерные барабанные и вибрационные шаровые мельницы, малой и средней мощности. То есть, 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 подтвержденное многолетней практикой «золотое» соотношение между потенциальными возможностями мельниц данного типа, расходом энергии и оптимальной тониной помола, позволяют цементным заводам выпускать большие объемы 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 долее 8-10% от всей подводимой энергии. Удельная производительность (в кг/час) на 1кВт эффективной мощности многокамерных шаровых мельниц, эксплуатируемых на цементных заводах существенно выше, нежели у помольного оборудования малой мощности.

Таким образом, основное несоответствие между поставленной задачей и средствами для ее решения становиться очевидным. 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 коэффициентом полезного действия, 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 с затратами на ее осуществление перспективное направление было закрыто на десятки лет, даже сегодня «классическое» бетоноведение с большой настороженностью относиться к вопросу увеличения активности цемента на местах его использования. Так, много надежд было связанно с «построечной» активацией цемента, что чувство разочарования от ее неудачного внедрения ощущается до сих пор.

Но неверной была вовсе не сама идея активации, а ее 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 учетом 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?

Проблема первая 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 том числе увеличить тонину помола рядового цемента. Но используемые в работах по активации шаровые мельницы малой мощности, серьезно проигрывали в 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 большая, чем у рядового цемента, а с другой стороны мельницы-активаторы в принципе не могут соперничать с высокопроизводительным оборудованием цементных заводов в плане себестоимости помола. Но выход из создавшейся ситуации все 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 при сжатии в 6-12 раз больше его же прочность при изгибе, растяжении, сдвиге. В шаровых мельницах зерна цементного порошка подвергаются преимущественно действию сжимающих сил с двух сторон, в результате воздействия сжимающих сил в зернах материала возникают напряжения, приводящие к разрыву с образованием более мелких частиц. Такой способ измельчения реализуется в шаровых мельницах различного способа побуждения мелющих тел. До определенной тонины помола данный способ вполне оправдан, так как площадь новообразованных поверхностей прямо пропорциональна затраченной работе. Но с увеличением удельной поверхности порошка расход энергии возрастает, а прирост удельной поверхности замедляется. После достижения определенной тонины помола, способ измельчения цементного зерна методом сжатия- истирания, уже, не является 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 зерна измельчаются почти исключительно путем свободного удара о помольные органы и (или) взаимного соударение в воздушном потоке, при их движении. Совокупность таких воздействий вызывает быстрое разрушение цементных зерен 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 энергоемкости 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 самой необходимости более тонкого помола цементного порошка. Тонкий помол материала является наиболее энергозатратным, а значит и дорогостоящим переделом в производстве цемента, до 70% затрат приходиться именно на помол. В себестоимости активации, помол также является основной статьей 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.

Так как различные фракции цементного порошка по-разному влияют на прочность цементного камня, и на скорость его твердения, целый ряд исследователей рекомендует 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 зерен определенного размера прочностью и скоростью твердения цемента. На основании работ, 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.

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 размером (менее 5 мкм), так и относительно крупными частицами (более 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 в отличие от материала, измельченного на шаровой мельнице, достигается при более низких показателях удельной поверхности. Таким образом, тонкий помол с получением цементного порошка высокой дисперсности, как наиболее энергонапряженный процесс активации, может быть успешно заменен корректировкой гранулометрического состава.

Характеристики цементов различного способа измельчения: Наименование материалаУдельная поверхность, см2/гСодержание, %, фракций, мкмПредел прочности при сжатии, МПа, через 28 суток?5?10?20?30?40?50?60более 60
Исходный цемент 2250 11,07 8,25 14,64 17,97 16,66 13,5 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

Еще 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 «щебеночной» формы с острыми углами и сильно развитой конфигурацией взаимодействует с водой более интенсивно, в отличие от частиц 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 формой. Исследования Ю.И. Дешко, В.И. Акунова, В.Л. Панкратова и д.р. (НИИЦемент) показали, что при измельчении цементного клинкера в струйной мельнице получаются цементы, активность которых на 7.5-15 МПа выше активности цементов той же тонкости помола, но измельченных в шаровой мельнице.

Существующая зависимость формы цементного зерна от типа помольного агрегата позволяет сделать выводы о наиболее предпочтительном способе разрушения цементного зерна, 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 счет корректировки гранулометрического состава, изменения формы зерна.

Заключение:

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.

А.Б. Липилин, главный инженер МП «ТЕХПРИБОР» М.В. Векслер, инженер, ведущий специалист МП «ТЕХПРИБОР»

Н.В. Коренюгина, главный технолог МП «ТЕХПРИБОР»

Список литературы:

  1. Ю.М. Бутт «Быстротвердеющий портландцемент», Сборник трудов по химии и технологии силикатов. Москва.1957. С. 199
  2. А.В. Волженский «Минеральные вяжущие вещества», Учеб. для вузов.- 4-е изд. Стройиздат.1986. С. 186-201.
  3. И.А. Хинт «Основы производства силикальцитных изделий», Госстройиздат.1962. С.503.
  4. А.В. Волженский, Л.Н. Попов «Смешанные портландцементы повторного помола и бетоны на их основе», Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. 1961. С. 107.

www.tpribor.ru

Виды цемента и влияние добавок на свойства цемента

Впервые цемент начали изготавливать в прошлом веке, в то время первый раз получили вяжущее с помощью обжига смеси глины и извести. После этого в России был запущен первый цементный завод.

Цемент это вяжущее вещество на минеральной основе, из которого изготавливают большинство строительных смесей, его также от дельно используют в качестве вяжущего, в цементных смесях, а также применяют для производства полимерцементных составов.

Виды цемента

Название этого материала появилось из его составляющих, важнейшими компонентами считаются алюминаты и силикаты кальция, формирующиеся в процессе отработки сырья с помощью высокой температуры, доведенного до плавления. Цементная смесь, затвердевая, создает очень прочный и твердый материал.

Существует множество разновидностей цемента. Основными из них считают портландцемент, пластифицированный, кислотоупорный, глиноземистый, шлаковый, и т.д. Каждый из них после схватывания имеет собственную степень твердости, которая определяется маркой цемента. В основном производят цементы марок 200-600 (в зависимости от места использования и необходимых качеств конечного изделия).

  1. Портландцемент — так же называют силикатным, это гидравлическое вяжущее вещество, которое может схватываться как на воздухе, так и в жидкости. Внешне портландцемент это порошок серо-зеленого цвета, в который при смешивании составов необходимо добавлять воду. Во время процесса схватывания цементный состав, залитый в необходимую форму, постепенно твердеет. Почти все виды цемента, любого назначения производят на основе портландцемента. К примеру, пластифицированный цемент изготавливают, добавляя в цементную смесь специальную сульфитно-спиртовую барду концентрацией 4%, количество, которое необходимо добавлять, можно рассчитать с учетом массы сухой смеси.
  2. Цемент пластифицированный имеет уникальные свойства: снижаются затраты цемента, сводится на нет негативное влияние на мобильность цементной смеси. Необходимо отметить и повышенные морозоустойчивые качества пластифицированной смеси.
  3. Цемент шлаковый производят в результате измельчения клинкера с доменным шлаком и добавлении активизирующих добавок (ангидрит, известь, промышленный гипс). Этот состав используют для смешивания строительных растворов и бетонов.
  4. Глиноземистый высокоактивный цемент уникален тем, что схватывается в очень короткий срок – всего лишь через 45 минут, и, набирает прочность не дольше чем 10 часов. Его основное преимущество – способность к быстрому схватыванию даже при повышенной влажности. При добавлении такого цемента в состав бетона он становится стойким к влиянию отрицательных температур, ржавчине и влаге.
  5. Цемент кислотоупорный изготавливают в процессе помола и последующего смешивания кремнефтористого натрия и кварцевого песка. Такой состав необходимо растворять не простой водой, а при добавлении натриевого жидкого стекла. Его положительным свойством является повышенная стабильность к отрицательному воздействию минеральных и органических кислот. Но есть у этого цемента и отрицательные качества – низкий срок службы в едких щелочах и жидкой среде. Сфера применения кислотоупорного цемента – бетонные растворы с повышенной стойкостью к кислотам.
  6. Необходимо особенно отметить такую разновидность как цветной цемент, его изготавливают с помощью помола обычного портландцемента с различными пигментами (таковыми в качестве таковых используется окись хрома, железный сурик, охра). Цветной цемент в основном используется для декоративного оформления строений. Кроме того, их используют для производства дорожных покрытий из бетонных смесей.

Уникальные качества портландцемента основываются на его способности при смешивании с водой создавать пластичное тесто, которое через некоторое время, за счет химической реакции, превращающееся в прочный камень. Способность к отвердению без посторонней помощи, образованию долговечного и прочного искусственного камня, минимальная химическая опасность, экологическая чистота, взрывопожаробезопасность в сочетании с небольшой стоимостью производства являются основанием для широкого использования портландцемента в строительстве.

Самостоятельно портландцемент почти не используют в строительстве, а в основном в качестве основы для изготовления композиционных материалов: сухих смесей, строительных бетонов и растворов. В то же время, качество композиционных материалов непосредственно зависят и от качества цемента — от смешения составляющих и смешивания пластичных масс, до них самоотвердевания.

Качества портландцемента в связи с этим удобно подвергать анализу по 3 группам: качество исходного порошка, качество цементного теста и качество полученного цементного камня.

Влияние добавок на цемент

Главным элементом состава портландцемента является так называемый клинкер для портландцемента, этот продукт, получают в процессе плавления или обжига смеси сырья, содержащего алюминаты кальция и высокоосновные силикаты. В качестве сырья для производства портландцемента применяют глину, мергели и известняк. Химическая реакция воды и цемента сопровождается формированием кристаллогидратов, плохо растворяющихся в минерализованной и пресной воде, они очень стойки к влиянию атмосферных воздействий.

В процессе гидратации минералов входящих в состав клинкера образуется бетонный камень с особыми качествами, который дают возможность из измельченных горных пород (галька, крупный и мелкий щебень, песок), и в результате получить качественный искусственный камень необходимого размера и формы, то есть изделие из бетонной смеси. Взаимодействие воды и компонентов портландцемента начинается незамедлительно после смешивания с простой водой. Часть кристаллогидратов, позволяют получать пластичное тесто из цементного состава, позволяющее формовать различные изделия из бетона. В результате реакции гидратации образуется прочный и плотный искусственный камень. Наиболее важным компонентом бетона являются мелкозернистые гидросиликаты с формулой CxSyHz.

В науке об изготовлении цемента используют обозначения по следующим формулам: A — Al2O3, H — h3O, S — SiO2, С — СаО. Чем ниже у гидросиликатов основность, тем лучше используется химическая энергия клинкера, и тем прочнее образующийся цементный камень. При течении химической реакции из силикатов кальция также создастся Са(ОН)2 — вещество химически активное и растворимое, и естественно самое уязвимое вещество цементного камня.

После осмотического отсоса и испарения воды и химического связывания в цементном камне, формируется система пор. Качества полученного искусственного камня – прочность, стойкость к коррозии, стойкость к низкой температуре и долговечность определяют поровое пространство и строение камня: форма и размеры полученных пор, их количество. В порах большого размера вода замерзает при небольшой отрицательной температуре, в порах небольшого размера до –50 градусов или совершенно не замерзает в климате России. Это свойство обусловлено разницей давления в порах камня из бетона. Если у камня небольшое количество пор, то он прочный и плотный. Количество и размер пор зависят от состава использованного клинкера, отношения количества воды и цемента.

Создание плотной упаковки, благодаря оптимальному соотношению заполнителя разного размера и определяет качества создаваемого искусственного камня. При этом необходимо учитывать среднюю и насыпную плотность используемых заполнителей, коэффициент заполнения раствором пустот, между частицами крупного заполнителя, и размер пустот между частями крупного заполнителя.

Говоря проще: в емкость насыпаем как можно больше крупных камней, после этого насыпаем щебень, все хорошо уплотняем — в результате щебень заполнит имеющиеся пустоты, которые есть между крупными камнями. Далее необходимо добавить кварцевый песок он заполнит имеющиеся между щебнем пустоты. Теперь засыпают, цемент он заполнит оставшиеся пустоты. То есть все элементы смеси добавляют, начиная от крупных до самых мелких. Именно по той причине, что на бетонных заводах не учитывают эту особенность, там нередко получают низкокачественную бетонную смесь.

Оптимальный процесс смешивания бетонного состава, основан на подходящем соотношении бетонной смеси, и соблюдении заполнения пустого объема между зернами компонентов и раздвижки всех частиц прослойками воды. На некоторых бетонных заводах, иногда в грязную бетономешалку, добавляют сразу сырой песок, после этого щебень, цемент и после этого добавляют воду, в результате все происходит неправильно. А так как необходимо по правилам, сделать невозможно, по той причине, что лопасти для смешивания бетонной смеси не могут достать до самого дна бетономешалки, и завод не приобретает высушенный щебень и песок — это дороже стоит. Фактически, при изготовлении бетонной смеси, на заводе не хватает использования скоростного смесителя для смешивания полностью сухих компонентов.

Декоративные бетоны необходимо смешивать в обратном порядке: в первую очередь вода, после этого добавляют цемент, далее песок и щебень. Бетономешалку необходимо использовать герметичную. При производстве декоративной смеси из бетона в воду можно добавлять растворимую форму красящих веществ, которые стойки к солнечному свету, то есть можно изготавливать бетонные смеси различного цвета. Такой способ используется при производстве окрашенной тротуарной плитки.

Благодаря всем этим процессам портландцемент, в состав которого входят, кроме гипса и клинкера, входят добавки на минеральной основе, постепенно достигает прочности портландцемента, не содержащего добавок, а через некоторое время даже превосходит его по этой характеристике. При этом ликвидируется щелочная коррозия и высолообразование полученного бетона, и одновременно повышается его сульфатостойкость.

Срок службы цементного камня, полученного в результате отвердении смеси компонентов для бетона, определяется, его стойкостью к морозу, стойкостью к образованию трещин, а также возможностью его биохимического и химического разрушения. Создание прочного материала для строительства на основе цемента, без сомнений в первую очередь зависит от качеств использованного цемента, но в тоже время большое значение имеет растворный состав: соотношение наполнитель-цемент, вид использованного заполнителя и др.

Качества цемента, которые в будущем будут определять срок службы цементного камня, являются содержание в составе оптимального количества гипса, отсутствие в цементе гидравлических добавок, тонкий помол компонентов. Проницаемость бетонного камня связана с различными строительно-техническими качествами материала: высолообразованием, водопроницаемостью, морозостойкостью, био и химической коррозией, возможностью деформаций и прочностью полученного в результате изделия.

Так как проницаемость бетонного изделия возникает благодаря его пористости, то условиями изготовления бетона минимальной проницаемостью является уменьшение радиуса пор и общей пористости материала. Это достигаются выбором подходящего для условий строительства соотношения цемент-наполнитель-заполнитель, использованием активных цементов, и специальными способами которые позволяют увеличить уровень гидратации цементной смеси (использование ускорителей отвердения) или использование полимерных добавок.

Различные виды мельниц для помола цемента

https://www.youtube.com/watch?v=KltNzRE_G6g

www.proterem.ru


Смотрите также