Оптимизация технологического регламента изготовления пенобетонов
Оптимизация технологического регламента изготовления пенобетонов
Ружинский С. И.
Со времен изобретения цемента, вот уже второй век, технология его изготовления существенно не изменилась. Исходное сырье – глина и известняк измельчаются, тщательно перемешиваются и обжигаются. Получается клинкер. С целью удешевления конечного продукта, либо для придания специальных свойств, к нему добавляют различные добавки, до 80 %, и полученную смесь размалывают в специальных шаровых мельницах. Продукт измельчения и есть портландцемент, или шлакопортландцемент, если в качестве добавки был применен доменный шлак.
Один из самых дорогостоящих процессов – это именно помол клинкера с добавками. Ведь измельчить их нужно очень тонко. Настолько тонко, чтобы удельная поверхность 1 грамма цемента составила не менее 2000 см2 (этот показатель так и обозначают, - например - 2000 см2/г). Размеры зерен цемента при этом составляют от 10 до 100 микрон.
Выпускаемые отечественной промышленностью цементы общего назначения, т. н. “рядовые цементы” редко имеют удельную поверхность, превышающую 3000 см2/г. При этом в их составе преобладают зерна размером 40 – 80 микрон и выше. Самых активных частичек меньше 20 микрон в них очень мало.
Причин тому несколько, все они носят объективный характер, но самая главная – экономическая. Чем тоньше требуется смолоть цемент, - тем больше потребуется затратить энергии. Причем взаимосвязь увеличения тонины помола с энергозатратами выражается не линейно, а по зависимости близкой к геометрической. В итоге каждые последующие 20 - 30% прироста удельной поверхности цемента требуют удвоения энергозатрат!
Удельные энергозатраты, именно на помол, самые большие во всем тех. процессе производства цемента. Поэтому вполне понятно стремление цементных комбинатов, без лишней на то нужды, очень мелко цемент не молоть – незначительное увеличение отпускной цены тонкомолотых (высокомарочных) цементов никак не способно компенсировать возросших энергозатрат и, соответственно, себестоимости. Такая ситуация во всем мире. Правда у нас она усугубляется еще и особенностями славянского менталитета.
Как быть? Решение первое и самое простое – нужно своевременно изымать из мельницы самые тонкие частички, отвечающие необходимым параметрам и не тратить энергию на их уже ненужное переизмельчение. А крупные продолжать измельчать дальше. Такой способ называется помол с сепарацией, все современные заводы в мире работают именно так. Большинство отечественных, по крайней мере, хоть мечтают об этом. Его суть, на словах достаточно проста – через мельницу все время продувается воздух. Он захватывает самые мелкие частички и выносит их в, так называемый, классификатор. Там происходит дополнительное разделение – самые мелкие частички выпадают из потока и отправляются на склад готовой продукции. Более крупные - возвращаются назад в мельницу, и продолжают домалываться дальше.
Гладко было на бумаге…. Уже лет 50 большинство отечественных (читай СНГ-овских) заводов дальше разговоров на эту тему не идут – оно им нужно. Тем более что все это время, дефицит даже некачественного и низкомарочного цемента являлся непреложным атрибутом социалистического строительства.
Весьма показательна в этом плане ситуация в Украинской цементной промышленности. После десятилетней агонии, практически все цем. комбинаты были на корню скуплены иностранным капиталом – пришел хозяин. Новые хозяева первым делом, конечно, разогнали колхоз – “Ассоциацию производителей цемента Укрцемент”, а затем начали спешно модернизировать производство, где производственные мощности еще не были утрачены окончательно. И в первую очередь переводить помол на закрытый цикл с сепарацией.
Решение второе – от безнадеги. Именно так и вынуждены были поступать многие советские домостроительные комбинаты. Качественный бетон требовал не менее качественного цемента. А где его возьмешь, если в разных концах вагона, цемент по марочности мог различаться в 2 раза! Рекламации на цем. комбинат слать – себя не уважать. Нужно брать выше. В итоге повышению качества цемента посвящались целые пленумы, на съездах эту проблему не обходили вниманием – все без толку.
Так Партию достали, что та повелела решать проблему на местах.
Эпохальными и очень плодовитыми на теоретический вклад в теорию бетона стали 50 – 70 годы. Именно на этот период приходится расцвет методов, способов и технологий как из дерьма сделать конфетку, то бишь хорошо строить из плохого цемента. Во всем мире до сих пор буквально зачитываются исследованиями наших бетоноведов той поры. И не зря. В это время, с перспективой на будущее, в СССР создается крупнейшая в мире промышленность сборного железобетона, намного превышающая экономические потребности страны. На каждые 50 тыс. населения, включая младенцев, приходилось по одному крупному заводу ЖБИ.
В это время были оптимизированы методы расчета и подбора составов бетонов и растворов. Массово освоено производство и применение различных модифицирующих добавок к бетонам. Создано высокоэффективное оборудование для строительной индустрии работающее и поныне. Отработаны теоретически и были запущены в производство новые виды цементов – быстротвердеющие (БТЦ), особобыстротвердеющие (ОБТЦ), гидрофобные, гидрофобизированные, пластифицированные, напрягающие, глиноземистые, гипсоцементнопуццолановые и т. д. На вяжущих автоклавного твердения были доведены до массового применения силикатные бетоны и силикальциты.
Хронический дефицит цементов вынуждал искать им достойную замену на местах. Для гражданского строительства пытливый российский ум умудрялся использовать абсолютно все – от нефелиновых шламов до горелой шахтной породы. Родилась целая отрасль строительной индустрии, она так и называлась “Промышленность местных строительных материалов”.
В конце 50-х годов бурно и повсеместно стали внедряться технологии, использующие механохимические превращения в твердом теле – вибромельницы, струйные мельницы, дезинтеграторы, планетарно-центробежные мельницы и т. д. Не обошлось на этом пути и без просчетов, ошибок, заблуждений, перегибов и традиционного российского головотяпства. Передовые даже по нынешним временам технологии, насаждаемые директивным образом, встречали на местах дилетантскую и низко профессиональную реализацию. Каждый уважающий себя колхозный растворобетонный узел считал за необходимость иметь у себя вибропомольный участок для изготовления высокомарочных цементов. При этом мало кто задумывался об экономической и рациональной стороне подобных новаций. В этой связи вполне справедливо будет утверждение некоторых современных, как отечественных, так и зарубежных, ученых-бетоноведов, что советская строительная механохимия опередила время, и на тот момент в ней еще не было действительной потребности.
Читатели рассылки очень часто меня спрашивают – А где же сейчас все эти опередившее время технологии, почему о них ничего не слышно?
- Если Вы об этом не слышали, если этому не посвящены передовицы газет, почему Вы решили, что эти технологии в настоящий момент не применяются? Был, есть и продолжает весьма активно работать Институт химии твердого тела и механохимии Российской академии наук. В Москве весьма плодотворно трудится научно-производственная фирма “Центр механохимических технологий”. Разработанные ею некоторые строительные технологии, в частности производство специальных строительных красок, давно внедрены в серийное производство. А изготовление высококачественных сухих строительных смесей вообще практически немыслимо без механохимических активаторов.
Однажды у меня зашел спор с одним из наших местных производителей сухих смесей. Он утверждал, что без всякой механохимии ему удается изготавливать высококачественные сухие смеси, ничем не уступающие западным аналогам. Главное, дескать, использовать хороший импортный смеситель, соблюдать технологический регламент и не жульничать с дорогими модификаторами. Я не стал долго спорить, а просто подвел его к смесителю, установленному в цехе. Смотри, говорю: - На привод собственно смесителя у тебя установлен двигатель в 5 квт. Но сбоку торчит еще 3!!! - каждый по 3.5 кВт. Они то зачем? - Ты думаешь, это деагломераторы как написано в инструкции, чтобы разбивать крупные комки? Черта с два – это простейшие дезинтеграторы, только изготовители смесителя, сочли, что тебе это знать вовсе не обязательно.
В то же время достоверно установлено, что бездумная активация цементов, когда сложные и многофакторные представления, описывающие теорию гидратации вяжущих подменяются простым дополнительным их измельчением с получением сиюминутной технологической выгоды оборачиваются серьезным снижением последующей долговечности строительных конструкций. Поэтому вполне понятна предубежденность большинства серьезных бетоноведов (ну прям, чуть ли не на генетическом уровне) к проблеме активации вяжущих и прочей механохимической экзотике. И если рассматривать проблему в плане её результативности для традиционных тяжелых бетонов да ещё через призму эффективности строительной индустрии в масштабах страны – они, безусловно, правы. Но в последнее время бурно развиваются новые строительные технологии и в частности пенобетонные, для которых академические критерии традиционного бетоноведения уже не всегда являются, справедливы, а то и ошибочны.
В связи со всем вышесказанным, приведу цитату из [4], тем более что автору и реализатору одного из методов активации цементов, как говорится, и карты в руки:
“…………….Уроки истории не были бы достаточно полными без рассмотрения ошибок и просчетов в самой науке о бетоне, подготовке специалистов строителей и технологов. Конечно, поиск, к сожалению, всегда связан с заблуждениями и недоработками и быть “умным” на прошлых ошибках, а тем более чужих, легче, чем самому добывать новые знания. Но в данном случае речь идет об ошибках, просчетах и прожектах, которые можно было бы, безусловно, избежать.
Одна из наиболее серьезных проблем в бетоноведении – это проектирование составов бетона. Трудно найти специалистов, а порой даже и дилетантов, которые не касались бы этого вопроса. В чем конкретно суть вопроса? Заданы требования к бетонной смеси и бетону, оговорены свойства применяемых материалов, в частности цемента, воды, крупного и мелкого заполнителей, условия транспортирования, формования и твердения. Необходимо определить расход компонентов на 1 м3 бетона в уплотненном состоянии. Как и в любой науке, технология должна строиться на определенных закономерностях, но, увы, на практике все регулируется “на глазок”.
Ни одно направление в технологии бетонов не развивалось с такими большими и бесполезными затратами и ошибками, как разработка методов активации компонентов бетонной смеси. Сколько времени и средств было затрачено в 50 – 60-х годах на внедрение в практику строительства вибродомола цемента? Сколько научных статей и диссертаций было написано в 60 – 70-х годах по магнитной обработке воды для затворения бетонной смеси, сколько промышленных установок для омагничивания воды было установлено на заводах? Сколько научной энергии было затрачено в эти же годы на ультразвуковую обработку цементно-водных суспензий? Прибавим к этому еще талую и ионизированную воду, сочетание ультразвуковой и магнитной обработки воды и т. п. А кто объективно соизмерил эффект и затраты, связанные с освоением в 80-х годах так называемой раздельной технологии приготовления бетонной смеси, в общем-то давно известной под другим названием, но испорченной плохим исполнением?
А сколько средств истрачено на так называемую “беспропарочную” технологию, на использование “чудо-добавок” с надуманными эффектами. И еще довольно неприятный вопрос: если отбросить фантазии, то насколько связаны сегодня научные исследования с технологией бетона и какая реальная отдача от этих работ? Приведенный обзор был бы неполным, уроки плохими, а позиция автора осталась бы беспринципной без конкретного анализа продуктов “мусорной” свалки науки о бетоне.
Сегодня, возможно, как никогда, информационное пространство науки захламлено сорняками, наукообразным фальсификатом и бутафорией. Если верить публикациям в научных журналах и рекламным проспектам, то бетон можно было бы давно изготавливать без цемента, а себестоимость его снизилась бы, по самым скромным данным, в 2 – 3 раза. К большому сожалению, это далеко не так. Наука о бетоне чаще всего сводится к диссертациям, отдельным фрагментам и недобросовестной рекламе. За именами в науке о бетоне, порой и известными, довольно часто стоит не конкретный вклад в бетоноведение, а привлекательные картинки из статей, должности и звания. Чаще всего для видимости научности заимствуют без глубокого анализа и привязки к теории и практике бетона известные положения из различных областей фундаментальных наук. Нередко за новые знания о бетоне выдаются процессы, связанные с отдельными, не имеющими принципиального значения в бетоноведении, вопросами. Безусловно, для бетоноведения интересны вопросы квантовой теории, реологии, гидратации вяжущих, математического моделирования, но вся проблема в том, как они вписываются в саму науку о бетоне и что нового в неё вносят. Критерий оценки здесь прост: эксперимент и практика. Численное решение абсолютного большинства приведенных в таких работах примеров показывает их банальность, а порой и абсурдность.
Еще один способ, позволяющий отделить рекламную шумиху и наукообразие от истины, - это ясность, прозрачность и воспроизводимость……………”
С этих позиций и продолжу дальнейшее изложение. Но хочу предостеречь читателей – не существует некой универсальной технологии, способа или “Ноу-хау”, познав секрет которых удастся изготавливать высококачественную продукцию. Но есть отработанный десятилетиями подход, в обобщенном виде называемый “Соблюдение культуры производства”. Он зиждется на понимании и строгом исполнении комплекса неких основополагающих факторов, что и обеспечивает надлежащее качество продукции. И именно с таких позиций и будет, строится дальнейшее повествование по данной теме.
Глупо и безрассудно надеяться, что применение какой либо сказочной технологии (той же механохимии, например), супер-бупер-крутой добавки или “навороченного” пенообразователя освобождает от точного, пунктуального и обязательного соблюдения основных постулатов бетоноведения. Это только в рекламных буклетах можно поймать удачу за хвост ничего не делая. Но даже в сказке, прежде чем осуществилось волшебство, старик и втык от бабки получал (она ему дала техзадание и сформулировала Технические Условия его реализации), и призадумался и опечалился дед (поиск путей натурной реализации ТУ), и к морю пошел, и сеть три раза бросал (реализация комплекса мероприятий по осуществлению задуманного), и назад к бабе воротился (проверка ОТК), и откорректировал техпроцесс в соответствии с требованиями заказчика (“… и осерчала старуха пуще прежнего, повелела …) и т. д.
