Публикации »

Мелкозернистые бетоны с добавками-наполнителями

Сухие строительные смеси (ССС) обычно получают перемешиванием портландцемента, тонкодисперсных порошкообразных наполнителей и мелких заполнителей. Однако ССС многофункционального назначения требуют специальной предварительной подготовки составов вяжущего.Например, их успешно получают благодаря домолу или интенсивному перемешиванию обычного портландцемента с тонкодисперсными золами, шлаком, кварцевым песком (в последнее время — с микрокремнеземом) и химическими добавками полифункционального действия.

Промышленное производство сухих смесей получает все больше одобрение у строителей и предприятий малого бизнеса, по­скольку в них нет воды. Совершенно очевидны сокращение транспортных расходов и повышение производительности труда за счет тарирования сухих смесей определенной массы, а также длительное сохранение свойств во времени при хранении, позволяющее осуществлять производство и доставку их впрок, например, в зимний период. Чрезвычайно важно одновременное повышение прочности цементного камня на сжатие и растяжение за счет введения в состав смесей полимерной фибры и тонкодисперсных фракций промышленных отходов. Наконец, возможно получение смесей специаль­ного назначения, например, для ячеистого бетона.

К технологическим эффектам от улучшения поверхностных свойств относят адгезию смесей к стеновым и потолочным поверхностям, кольматирование пор, заданный класс шероховатости поверхности отделочного слоя в наружных стеновых панелях и наружную гидрофобизацию цветных пигментов. Приветствуя в целом развитие производства широкого ассортимента разнообразных ССС, следует отметить и наличие недочетов в их производстве.

К сожалению, производители ССС, как правило, не сообщают ни состава смеси, ни вида добавок, ни тем более последовательности введения компонентов в смесь и времени их перемешивания, считая достаточными для строителя гарантийные рекомендации в области назначения и дозирования количества воды, хотя непосредственное применение смеси в дело — это завершающий этап того же технологического процесса производства материала.

Эти «скрытые» технологические аспекты, конечно, не всегда могут со всей очевидностью проявиться. Например, при отделке внутренних стен или «самовыравнивании» полов. Задержка завершения твердения смесей на таких участках не так заметна, поскольку перекрывается другими видами работ, практически всегда имеющихся в строительстве. Однако при монтажных работах или монолитном строительстве требования по срокам твердения становятся предметом пристального внимания производителя работ.

Замедление твердения или, что еще хуже, отсутствие нарастания гарантированной прочности часто происходят (конечно, исключая нарушения технологического регламента по дозированию компонентов) из-за неравномерного распределения при перемешивании малых количеств порошкообразных добавок в объеме смеси. Вследствие этого из одного «замеса» в упаковочную тару потребителю отвешиваются конкретные объемы смеси с содержанием разного количества добавки. Или та же ситуация может быть и при введении жидкообразных добавок, когда под действием центробежной силы они налипают на поверхности смесительного барабана и готовый продукт либо вообще не содержит добавок, либо, наоборот, в избыточном количестве, приводящем к серьезному замедлению твердения смеси. Однако последний случай может быть вызван и другими причинами. Жидкий раствор добавки перемешивается сначала с вяжущим (или оно проявляет склонность к взаимодействию с ним) и тем самым в дальнейшем способствует замедлению его твердения или перемешивается с заполнителем либо с тонкомолотой добавкой. Тогда при хранении возможна частичная гидратация вяжущего, что приводит к недобору прочности. В целях исключения или своевременного определения возможных нежелательных явлений производитель должен сопровождать рекомендации по применению смеси графиком нарастания прочности во времени.

Режимы перемешивания отдельного вяжущего с добавками или непосредственно всех компонентов смеси, в том числе и для разрушения агломератов из склонных к слипанию тонкодисперсных частиц, характеризуются высокими скоростями сдвига и динамического давления. Благодаря интенсивному энергетическому воздействию, сопровождающемуся кавитационным (схлопыванием ваккумных пузырьков), истирающим (обдирающим поверхность), а при помоле еще и раскалывающим эффектами, практически все компоненты прибретают в той или иной степени химическую активность, и процесс сопровождается образованием механохимических продуктов.

Так механохимической обработкой портландцемента с кварцсодержащими микронаполнителями и порошкообразным суперпластификатором С-3 высокой дисперс­ности удалось получить специальные вяжущие низкой водопотребности [1]. Механодеструкция (усиление раскалывания частиц расклинивающим действием органических добавок вследствие попадания их в трещину) повышает число активных центров в единице объема цементного вяжущего с образованием органоминеральных комплексов от взаимодействия суперпластификатора и клинкерных минералов, активно участвующих в дальнейшей морфологии частиц нового вяжущего. Или добавок, содержащих щелочные соединения, с аморфизированным кремнеземом на поверхности зерен минерального микро-на­полнителя (шлака, золы).

Подтверждением этому является технология изготовления ячеистого бетона, основанная на широком использовании активиро­ванных помолом сухих смесей. В дальнейшем при взаимодествии с водой благодаря диспергации и гомогенизации технологически создаются предпосылки для на­правленного получения необходимого набора проектируемых свойств бетона за счет приса­дочного и внутриструктурного эффекта органоминеральных компонентов в каркасообразующие и кристаллические новообразования вяжущих и микроэлементов микродобавок.

Учитывая вышеизложенное, авторы исследовали влияние помола на смеси, получаемые на основе пластификаторов, портландцемента с кварцсодержащими микронаполнителями из песка и шлака, и на эффект активации сухих порошков щелочных компонентов в смеси с аморфизированными кварцевыми микронаполнителями.

Для систем портландцемента с кварцсодержащими микронаполнителями применили до­бавку комплексного действия — подмыленный щелок. Благодаря наличию от мыла карбоксильной группы с хорошим «присадочным» эффектом к зернам цемента и благодаря наличию щелочи (NaОH) для взаимодействия с аморфизированной поверхностью кварца подмыльный щелок представлялся наиболее оптимальным с пози­ции усиления общего (синергетического) эффекта от изменения поверхностной энергии раз­молотых частиц и химического взаимодействия со щелочами.

Табл. 1. Составы и свойства строительных растворов на основе молотого портландцемента с кварцевым наполнителем

Вид и состав цемента

 

Проектная марка раствора

 

Расход материалов на 1 куб. м раствора (кг)

 

Средняя плотность (кг/куб. м)

 

Предел прочности при сжатии (МПа)

 

возраст (сут.)

 

цемент

 

песок

 

вода

 

7

 

28

 

90

 

Портландцемент

 

100 75 50

 

310 250 180

 

1 450 1 510 1 580

 

310 275 260

 

2 070 2 035 2 020

 

7,4 5 3,4

 

10,6 8 5,2

 

12,8 9,4 6,6

 

Портландцемент + кварцевый наполнитель: 70+30 %

 

100 75 50

 

310 250 180

 

1 450 1 510 1 580

 

300 270 240

 

2 060 2 030 2 000

 

6,8 5,5 3

 

10,2 7,6 5

 

11,2 9,2 6,8

 

Портландцемент + кварцевый наполнитель: 50+50 %

 

100 75 50

 

400 310 220

 

1 380 1 460 1 500

 

280 230 230

 

2 060 2 000 1 940

 

7,6 4,8 3,8

 

11 7,8 5,2

 

13 9 6,5

 

Портландцемент + кварцевый наполнитель: 34+66 %

 

100 75 50

 

500 390 270

 

1 230 1 350 1 430

 

320 270 240

 

2 050 2 010 1 940

 

6,8 4,5 3,2

 

10,2 7,5 5

 

12 8,8 6,2

 

Опыты проводились со строительными растворами при использовании портланд-це­мента активностью 43 МПа и молотого кварцсодержащего вяжущего состава (цемент+песок): 70+30, 50+50, 34+66 %, — с активностями, соответственно, 36,9 МПа,23,8 МПа и 18,0 МПа. Заполнителем для раствора служил высушенный и просеянный через сито с отверстиями 5 мм песок с Мк=1,04 при содержании 1 % глинистых и пылеватых частиц. Подвижность смесей соответствовала величине погружения стандартного конуса (8–9 см). Подмыльный щелок добавлялся из расчета 0,1–0,5 % жирных кислот на 1 кг цемента, и вся смесь перемешивалась 3 мин. Из смеси формовались образцы размером 7,07x7,07x7,07 см.Результаты испытаний приведены в таблице 1, из которой видно, что смеси имеют по­вышенную пластичность и водоудерживающую способность (по сравнению со смесями на портландцементе), прочность состава вяжущего (70+30 %) соответствовала проектной.

Характеристики исходных материалов для изготовления ячеистого бетона приведены в таблице 2.

комбинат-изготовитель гранулированного шлака

 

Химический состав (%)

 

Аl2О3

 

SiO2

 

CaO

 

MgO

 

FeO

 

Fe2O3

 

MnO

 

SO3

 

R2O

 

«Южуралникель»

 

10,3

 

42,4

 

22,3

 

9,2

 

14,6

 

0,5

 

0,5

 

0,5

 

-

Карабашский медеплавильный комбинат

 

5,3

 

36,1

 

7,1

 

0,75

 

48,7

 

-

-

2,4

 

-

Рижский никелевый завод

 

13,4

 

37,5

 

18,3

 

5,5

 

23,5

 

-

-

 

-

Новотульский металлургический завод

 

8,9

 

39,1

 

43,1

 

5,1

 

0,83

 

-

0,81

 

0,24

 

0,55

 

Карагандинский металлургический комбинат

 

12,6

 

40,3

 

32,8

 

3,9

 

1,3

 

2,9

 

0,73

 

0,51

 

-

Кварцевый люберецкий песок

 

0,47

 

96,4

 

0,91

 

-

-

1,12

 

-

-

-

Для получения газобетона был проведен совместный помол газообразователя — алюминиевой пудры ПАП-1 с кварцевым песком и аморфизированными кварцметаллосодержащими микронаполнителями (шлаками) как на традицион­ных, так и на шлакощелочных вяжущих с использованием еще и алюминийсодержащего отхода от металлизации труб, а также ферросилиция совместно с порошкообразными органическими пластификаторами. Этот помол обес-печил получение высококачественного газобетона, характеристики которого приведены в таблице 3.

Характеристики, приведенные в таблице 3, и свойства сырья соответствуют требованиям ГОСТ 25458 для обычного автоклавного газобетона, дисперсность сухой смеси для получения газобетона составила 3200–3500 кв. см/г.

Плотность газобетона (кг/куб. м)

 

Вяжущее

 

Способ введения газообразователя

 

Вид газообразователя

 

Время начала вспучивания (мин.)

 

Прочность (МПа)

 

Морозостойкость (F)

 

530

 

традиционное (смешанное)

 

алюминиевая суспензия

 

ПАП-1

 

9

 

3,3

 

20

 

480

 

-

совместный помол

 

ПАП-1

 

7

 

4,1

 

25

 

490

 

-

совместный помол

 

отход

 

6

 

4,2

 

25

 

510

 

шлакощелочное

 

совместный помол + щелочная добавка 1 группы (несиликатные соли слабых кислот)

 

ПАП-1

 

4

 

4,8

 

35

 

500

 

-

-

отход

 

5

 

4,4

 

30

 

520

 

-

то же + щелочная добавка 2 группы (силикатные соли)

 

ПАП-1

 

5

 

4,8

 

30

 

510

 

-

-

отход

 

5

 

4,7

 

30

 

490

 

-

то же + щелочная добавка 3 группы (едкие щелочи)

 

ПАП 1

 

3

 

4,3

 

30

 

495

 

-

-

отход

 

4

 

4,5

 

30

 

Этот же технологический подход был использован при изготовлении ячеистых смесей на шлакощелочном вяжущем методом сухой механофизической активации компонен­тов сырьевой смеси, включая добавку металлосодержащего порообразователя [3].

Совме­стный помол вяжущего, пластификатора и кварцметаллосодержащих компонентов обеспечи­вает получение особого вещественного состава сухой смеси, который позволяет направленно изменять свойства конечного продукта в зависимости от природы физико-химических про­цессов при диспергации порошков газообразующих добавок с клинкерными или кварцметаллосодержащими микронаполнителями.

В заключение следует отметить, что химические добавки для сухих смесей на кварцевых или на кварцметаллосодержащих микронаполнителях (металлургиче­ском шлаке) необходимо подбирать с учетом не только их индивидуального, но общего (синергетического) воздействия в целом на компоненты сухой смеси.

Промышленное производство ССС включает четыре основных технологических передела:
 -  доставку и хранение исходных материалов (заполнителей, вяжущих, кварцсодержащих микронаполнителей, диспергируемых порошков, армирующих волокон, химических добавок, пигментов к смесителю в необходимых количествах, но с запасом не менее чем на 3–3,5 часа его работы);
 -  подготовку отдельных компонентов (подогрев и сушку заполнителей, микронаполнителей и пигментов, разбавление вяжущих микронаполнителями, редиспергаторами или армирующими волокнами, модифицирование мелкодисперсных частиц и заполнителей химическими добавками) и их перемешивание;
 -  приготовление ССС;
 -  упаковку, отпуск и хранение готовой продукции.
 
Наиболее энергозатратными операциями являются сушка заполнителей, подогрев их в зимнее время перед подачей из расход-ных бункеров в сушило, модифицирование компонентами добавки и приготовление самих ССС.

Сушка заполнителей на оборудовании (в электрических сушилках с вибрационным желобом) до значений по влагосодержанию 0,1–0,5 % требует расхода электроэнергии 120–320 кВт. При соответствующих этим затратам энергии значениях производительности 0,5–2 куб. м/ч количество испаряемой влаги составляет 50–300 кг/куб. м. Более производительна сушка (при расходе природного газа 40 куб. м/ч и влагосодержании 0,1 %) в барабанных сушилках. Но она требует повышенного расхода воздуха — до 2 500 куб. м/ч — на обеспыливание глинистых частиц и подключение к магистральному газотрубопроводу.

Главный технологический передел, определяющий вид и назначение продукции, — это приготовление сухих смесей. Он базируется на двух направлениях: измельчение зерен минерального наполнителя в молотковых или конусных дробилках с последующим их (совместном или раздельном) помоле с цементом, химическими добавками или цветными пигментами в мельницах; смешение порошкообразных компонентов с дисперсностью, близкой к цементу, с зернами заполнителей в центрифужных смесителях. Среди технологических операций сравнительно новым направлением является раздельное модифицирование компонентов смеси химическими добавками. Поэтому последовательность операций и вид оборудования определяются агрегатным состоянием добавок, гранулометрическим составом компонентов, их сочетанием и порядком введения в смесь, обоснованным в технологическом регламенте.

Анализ докладов, звучавших на регулярных международных научно-технических конференциях «Современные технологии сухих смесей в строительстве», свидетельствует, что для заводов по производству ССС при производительности до 4–6 тыс. т в год главным перемешивающим оборудованием являются вибромельницы и вибросмесители непрерывного действия, а свыше этого объема производства — центрифужные смесители. Эти устройства достаточно производительны, хорошо рас

Автор: Б. А. Усов, Б. О. Багров, Н. Л. Попов
Дата: 05.06.2006
Журнал Стройпрофиль 4-06
Рубрика: бетоны и жби: технологии, оборудование




«« назад