Современное производство строительных материалов
Быстротвердеющий цемент (БТЦ), производство и применение быстротвердеющего цемента.
Быстротвердеющий Цемент (БТЦ) – цемент, отличающийся повышенной прочностью через трое суток твердения. Химический состав сырьевых материалов, применяемых для производства быстротвердеющего цемента и высокопрочного цемента (марки 500 и выше), должен быть более однородным. Помол сырьевых материалов должен быть весьма тонким.
Предел прочности при сжатии образцов, изготовленных из быстротвердеющего цемента, в возрасте трех суток составляет 25-28 МПа, а возрасте 28 суток – 40-50 МПа. Быстротвердеющий цемент отличается повышенным по сравнению с цементом содержанием трехкальциевого силиката С3S, количество которого должно быть не менее 50%.
Для ряда строительных нужд и в частности, для заводского изготовления сборных железобетонных строительных деталей, а также для скоростного строительства необходим быстротвердеющий цемент (БТЦ), для которого характерно более интенсивное, чем для обычного цемента, нарастание прочности в начальный период твердения. В отдаленные сроки нарастание прочности замедляется и через длительный период он может при близиться по прочности к обычному цементу. Следовательно, не всякий быстротвердеющий цемент будет обязательно высокопрочным, т. е. иметь высокую марочную прочность в стандартные сроки (через 28 суток) или в более длительный период. Вместе с тем следует отметить, что цементы высоких марок обычно и в первые сроки имеют сравнительно большую абсолютную прочность.
Предел прочности при сжатии быстротвердеющего цемента при испытании в растворах жесткой консистенции через 3 суток должен быть не менее 300, а через 28 суток - 500 кг/см2. Предел прочности при сжатии в процессе испытания в растворах пластичной консистенции через 3 суток должен быть не менее 200, а при изгибе 35 кг/см2. Через 28 суток предел прочности при сжатии должен быть не менее 350 кг/см2.
На заводах по производству сборных железобетонных конструкций и деталей применение быстротвердеющего цемента значительно ускоряет производственный процесс и устраняет необходимость в больших складских помещениях для вызревания изделий. Использование быстротвердеющего цемента для монолитного бетона сокращает сроки распалубки и снижает также вес сооружения, так как высокая прочность получаемого при этом бетона позволяет уменьшить сечение конструкции.
Сырьевые материалы для производства быстротвердеющего и высокопрочного цемента должны быть возможно более однородными по химическому составу и содержать наименьшее количество нежелательных примесей. Большое значение имеет физическая структура сырьевых материалов. Предпочтительнее аморфная структура материалов, при которой они легче вступают в химическое взаимодействие, чем материалы кристаллической структуры.
Помол сырьевых материалов должен быть весьма тонким, а сырьевая смесь возможно более однородной с тем, чтобы пределы, колебания химического состава шлама, поступающего в печь, были незначительными. Обжиг нужно вести во вращающихся печах при несколько повышенной температуре и по возможности на беззольном топливе (газе и мазуте). В сырьевую смесь целесообразно вводить ускорители процесса клинкерообразования, например плавиковый шпат, и быстро охлаждать клинкер, выходящий из зоны спекания. Быстротвердеющий цемент отличается повышенным содержанием С3S, содержание которого должно быть не менее 50%. К быстротвердеющему цементу можно добавлять не более 10% (от веса цемента) активных минеральных добавок и не более 15% доменных гранулированных шлаков. Эти добавки связывают выделяющийся при гидролизе С3S гидрат окиси кальция, тем самым ускоряя его взаимодействие с водой. Добавка небольшого количества трепела, кроме того, способствует более равномерному нарастанию прочности без сбросов.
При обычной тонкости помола в заводских мельницах степень использования активности цемента в растворах и бетонах через 28 суток твердения составляет лишь 55-60% и даже спустя много лет в затвердевшем цементном камне можно обнаружить не прореагировавшие зерна клинкера. Для ускорения твердения цемента его нужно размалывать более тонко, по крайней мере до удельной поверхности не ниже 3500 см2/г, вместо обычных 2500-3000 см2/г. Положительное влияние более тонкого помола заключается в ускорении процессов гидратации и гидролиза зерен цемента за счет увеличения его удельной поверхности, а следовательно, и в повышении прочности в первые сроки после затворения водой. Особенно тонкий помол необходим при введении в него добавок.
Большое значение имеет гранулометрический состав цементного порошка. Повышение содержания зерен мелких фракций ускоряет процесс нарастания прочности цемента в первые сроки после затворения водой и позволяет получать быстротвердеющие цементы. Увеличение количества зерен средних фракций обеспечивает более высокую прочность в последующие сроки (через 28 суток) и, следовательно, способствует получению высокопрочных цементов.
Большую удельную поверхность цемента можно получить за счет более длительного помола в обычных трубных мельницах при соответственном понижении их производительности. Более тонкому помолу способствует предварительное дробление клинкера, водяное охлаждение корпусов цементных мельниц, оптимальная загрузка и своевременная догрузка мелющих тел и т. д. Целесообразно применять для этой цели сепараторные мельницы. В ряде случаев на заводах железобетонных изделий целесообразным может оказаться домол всего или части цемента, причем в последнем случае с последующим смешением более тонкоизмельченной части материала со всей массой цемента.
В последнее время стали выпускать Особо быстротвердеющий цемент (ОБТЦ), прочность при сжатии которого через сутки составляет не менее 300, а через 3 суток - 450 кг/см2 (при испытании в растворах жесткой консистенции). Содержание С3S в этом цементе не менее 55%. Цемент размалывают до удельной поверхности не менее 4000 см2/г. В порошке наряду с преобладанием зерен размером 30-50 мк должно содержаться определенное количество зерен меньше 5 мк. Оптимальный гранулометрический состав достигается в основном за счет подбора ассортимента мелющих тел, положения перегородок и аспирационного режима. В этот цемент другие добавки, кроме ГипсА, не вводятся. Применение ОБТЦ позволяет сократить расходы цемента и отказаться от пропаривания бетонных изделий или уменьшить его длительность.
Скорость нарастания прочности можно увеличить также путем добавки хлористого кальция, хлористого натрия, соляной кислоты, сульфата натрия или некоторых других веществ. Добавка наиболее часто применяемого хлористого кальция составляет обычно 1-2% от веса цемента, действие его сказывается главным образом впервые сроки твердения. Ускоряет процесс нарастания прочности и введение кристаллических затравок из предварительно гидратированного цемента.
Мощным средством ускорения процесса твердения изделий из цемента в заводских условиях является водотепловая (тепловлажностная) их обработка, которая осуществляется обычно в пропарочных камерах паром атмосферного давления.
Быстротвердеющие бетоны получают не только путем использования быстротвердеющего цемента. На заводах по производству железобетонных изделий применяют: жесткие бетонные Смеси с малым В/Ц; сильное уплотнение бетонной смеси двух - и много частотным вибрированием, вибропрокатом, силовым прокатом, виброштампованием, вибропрессованием и т. д.; виброактивизационное воздействие на цементное тесто, растворную составляющую или бетонную смесь; электроактивацию и активацию ультразвуком.
