Альтернативные схемы производства высокопрочных и быстротвердеющих цементов
Многочисленными исследованиями было установлено, что небольшие добавки модифицирующих и легирующих веществ, вводимых на стадии приготовления шихты, перед спеканием клинкера, способны существенно улучшить характеристики цемента. Так, на цементных заводах Воскресенской группы был использован фосфогипс в качестве легирующей добавки к клинкеру - в результате на этих заводах был налажен производственный выпуск клинкера, позволяющего стабильно выпускать цемент марок М-550 и М-600.
Начиная с 1930 г., в СССР велись обширнейшие работы по применению галогенидов в качестве минерализаторов при обжиге клинкера для производства высокомарочных цементов. И если советские ученые ограничились только опытно-промышленными партиями высокомарочных цементов, произведенных по этому способу, США «купились» на эту технологию и даже организовали в свое время (1968 г.) выпуск так называемого «цемента с регулируемыми сроками схватывания» (RSC). Правда, вскоре его производство было прекращено.
Введение в состав сырьевой смеси, помимо галогенидов, дополнительных корректирующих добавок позволило получить в Японии сверхбыстротвердею - щие цементы (СБТЦ - коммерческое название «Джэт-цемент») с прочностью 20-22 МПа через 6 часов нормального твердения. Впоследствии японское ноу - хау было успешно реализовано в США, Германии, Австрии и Швейцарии, где освоен промышленный выпуск таких цементов.
В освоении производства СБТЦ Советский Союз, как всегда, пошел своим путем. А действительно, почему бы создание высокопрочных гидратационных структур, образующихся в цементном камне при использовании специальных (жутко дорогих и не технологичных - смотри выше) цементов БТЦ и ВПЦ, не перепоручить иному химическому механизму? Скажем, модифицировать не химический состав гидратных новообразований, а напрямую управлять процессами их кристаллизации.
Школьные опыты кружка «Юный химик» по выращиванию кристаллов из пресыщенных растворов при помощи затравки-кристаллизатора решено было применить на практике - для моделирования процессов кристаллизации ги - дратных новообразований цементного камня посредством специальных добавок, кристаллических затравок - крентов.
Считается общепризнанной точка зрения, высказанная Е. Е. Сегаловой и П. А. Ребиндером (это корифеи мирового бетоноведения, кто не знает): для создания наиболее прочного кристаллического сростка необходима оптимальная величина пересыщения раствора, при которой сросток не только образуется, но и обрастает все новыми и новыми кристаллами. Один из наиболее эффективных способов пресыщения концентрации раствора для увеличения числа образующихся кристаллов и их сростков в цементном камне - введение специальных кристаллизационных компонентов (крентов), играющих роль исходных реагентов и одновременно затравок для синтеза гидратных новообразований. (Затравки только из одних готовых гидратов оказались неэффективными.)
Гелевидная матрица твердеющего цементного камня испытывает серьезные растягивающие напряжения, обусловленные контракционными явлениями в нем. Поэтому предварительное сжатие этой матрицы было бы весьма полезно для повышения прочности цементного камня. И действительно, как оказалось, введение в обычный портландцемент молотого сульфоалюминатного клинкера в качестве исходного реагента для синтеза расширяющейся фазы повысило прочность такой композиции с 5,0 до 10,0 и с 50,0 до 60,0 МПа, соответственно, через 10 часов и 28 суток твердения. (Налицо сильный ускоряющий эффект на начальной фазе твердения.)
Более эффективно введение в цемент кристаллизационного компонента, являющегося затравкой и реагентом для синтеза «геля» и расширяющейся фазы, погруженной в этот «гель». Предварительное напряжение такого «геля» возможно потому, что он представляет собой не глобулярный гель, а конгломерат субмикрокристаллов. При этом «гель» более однороден, а расширяющаяся фаза лучше закристаллизована и защищена диффузионным барьером «геля» от изменений концентрации, характерных для жидкой фазы цементного камня в начальный период гидратации, а также от отсоса влаги впоследствии.
Один из предложенных в НИИцементе крентов, вводимый в цемент в количестве до 10 %, содержит аморфную окись или гидроокись кремния (реагент и затравка для «геля»), гидроокись и сложные сульфаты алюминия (реагент и затравка для эттрингита). К нему близок по составу «сульфоалюмосиликат - ный продукт», использованный в работах Южгипроцемента. Эти кренты получают при различных способах обжига и кислотной обработки глин. Их добавление к цементу марки 600 повышает прочность с 5,0 до 14,0-18,5 МПа через 10 часов твердения и с 60,0 до 70,0-85,0 МПа через 28 суток. Строительно-технические свойства цемента с крентами практически аналогичны ВПЦ, но сроки схватывания короче - начало через 20-45 мин. Это надо учитывать при использовании СБТЦ и цементов с крентами, обеспечивающих «беспропарочную» технологию сборного железобетона.
