Строительніе статьи 1996

К вопросу гидромеханохимической активации цемента при производстве бетона


Содержание, %, частиц размером, мкм

Дисперс - |

| Цемент

9.

Более 65

30—65 |

5.8-30

Менее 5,8

Ность но I БЭТ, м2/кг 1

-

* Исходный,

[' без обработки

19,9

33.3

42,5

4,3

911

* После бетоносмесителя

31,7

34,9

31,3

2.1

1129

После мокрого домола | через 1 мин

7,9

22

58,5

1 1.6

1245

! После мокрого домола ; через 20 мин

34,1

40,6

24.5

0,9

1

© Е. Г. Величко, Д. Ф. Толорая, 199 <>

подпись: содержание, %, частиц размером, мкм дисперс- |
| цемент
9. более 65 30—65 | 5.8-30 менее 5,8 ность но i бэт, м2/кг 1
-
* исходный,
[' без обработки 19,9 33.3 42,5 4,3 911
* после бетоносмесителя 31,7 34,9 31,3 2.1 1129
после мокрого домола | через 1 мин 7,9 22 58,5 1 1.6 1245
! после мокрого домола ; через 20 мин 34,1 40,6 24.5 0,9 1
© е. г. величко, д. ф. толорая, 199 <>

Развитие строительной индуст­рии в условиях роста цен на сырь­евые материалы требует более пол ного использования потенциальных возможностей последних. Поэтому проблема совершенствования каче­ства и полного использования вя­жущих свойств цемента как наибо­лее энергоемкого и дорогостоящего компонента бетона требует поиска новых путей интенсификации про­цесса его твердения, обеспечиваю­щих снижение энергетических и топливных затрат на изготовление строительной продукции.

Одним из эффективных техноло­гических приемов повышения каче­ства цемента, сокращения времени достижения цементными системами нормативной прочности и обеспе­чения более полного использования физико-химической энергии вяжу­щего в сроки, лимитируемые вво­дом изделия в эксплуатацию, явля­ются увеличение дисперсности и оптимизация его гранулометриче­ского состава.

Повышение темпа твердения це­ментных систем на основе гонко- дисперсного вяжущего на ранней стадии обусловлено увеличением скорости гетерогенных реакций, за­висящей от концентрации вещества и удельной поверхности.

Поэтому диспергирование це­мента, в том числе способом мок­рого домола, при котором содержа­ние мелких фракций (цо 30 мкм) увеличивается приблизительно в

2 раза (определено лазерным ана­лизатором), ускоряет процессы гид­ратации минералов клинкера и твердение цементной системы, осо­бенно в раннем возрасте, т. е. при кинетической стадии протекающих реакций. При этом мокрый домол цемента может быть особо эффек­тивен в присутствии пластифициру­ющих и суперпластифицируюших добавок, так как в результате адсорбции полярных молекул силы когезии, определяющие связь по­верхностных элементов кристалли­ческой решетки частиц цемента, уменьшаются на величину, обуслов­ленную адсорбцией [1], что позво­

24 ляет значимо интенсифицировать процесс их диспергирования.

Дисперсность и гранулометриче­ский состав цемента, активизиро­ванного способом мокрого домола, приведены в табл. 1.

В работе [1] показано также, что адсорбция (Г) Вызывает понижение поверхностного натяжения (а) на поверхности твердого тела на вели­чину А0 - аг = ИТГ к предельной области весьма малых Г. Действие адсорбционных слоев сводится к их двумерной миграции по поверхно­сти в устье микрошелей, которые, по Смекалю [2], всегда присутствуют в хрупких телах, до стерического препятствия, обусловленного собст­венными размерами адсорбирую­щих молекул и соответствующего критической толщине зазора в мик­рощели. В критическом зазоре ес­тественная граница адсорбционного слоя образует линейный барьер, на каждую единицу длины которого действует двумерное давление

Оо - ог в сторону дальнейшего про­движения в глубину микрощели, способствуя, таким образом, разви­тию микрощелей (при постоянстве внешних усилий) и нарастанию деформаций. Эффект означенного давления пропорционален увеличе­нию внешнего усилия /•" на величину Р — о„ - А, , заменяющую собой действие адсорбционных слоев и являющуюся их механическим экви­валентом.

При адсорбции из смачивающей жидкой среды (если деформируе­мое тело помещено в раствор поверхностно-активного вещества

— ПАВ) жидкость проникает в устья микрошелей под влиянием капил­лярного давления. При этом с ме­ниска отрываются молекулы наибо­лее поверхностно-активного компо­нента, которые мигрируют в первую очередь и покрывают поверхность щели со значительно большей ско ростью. чем всасывается жидкость в целом, испытывающая вязкое сопротивление. В части мнкроше - лей. заполненной жидкостью (вбли­зи устья), тонкая пленка жидкости, заполняющая зазор щели, может создавать дополнительное раскли­нивающее давление [3]. Это давле­ние служит мерой лиофильности твердого тела, его сродства с данной жидкостью, а поэтому может усили­ваться при адсорбции в результате соответствующей ориентации ад­сорбционного слоя.

Таким образом, процесс диспер­гирования цементных систем в по­мольных установках в присутствии добавок ПАВ, названный гидроме­ханической активацией цемента, может быть значимо интенсифици­рован и будет характеризоваться существенным сокращением расхо­да энергии на получение вяжущего вещества требуемого качества. При этом продолжительность мокрого помола (гидромеханохимическои активации) цементного теста до требуемой дисперсности может ока­заться соизмеримой с продолжи­тельностью приготовления бетон­ной смеси, что будет способствовать его внедрению в технологию про­изводства бетона и сборного желе­зобетона и обеспечению определен-

Таблица 1


Ного технико-экономического эф­фекта.

Экспериментальные исследова­ния по определению оптимальных параметров технологии гидромеха - нохимической активации цемента (ГМХАЦ) и изучению свойств бе­тона на его основе проводили с использованием низкоалюминатно го портландцемента ПЦ 400-Д 5 и среднеалюминатного ПЦ 500-Д 5 соответственно Белгородского и Воскресенского цементных заводов.

В качестве заполнителей для бе­тона применяли гранитный щебень Питкярантского месторождения фракционного состава, %: 5—10 мм

— 35 и 10—20 мм — 65, кварцевый песок Академического карьера с мкр = 2,1 и проходом 4 % через сито 0,16 мм. Песок но содержанию пылевидных и глинистых частиц удовлетворяет требованиям ГОСТ 10260-80.

Таблица 2

1 Расход компонен­тов, кг/м3

СП С-3, способ вве­дения, % от Ц

П р о долж ител ь - ность процес­са активации в вибромель­нице, мин

Прочность бето­на в возрасте 1 сут, после

Ц

В

В вибро - мельницу

В бетоно­смеситель

ТВО

Тверде­ния в НУ

| 350

209

_

23,5

5,5

100

100

350

169

0,9

10

33,8

10,6

144

192

344

150

1,6

10

29,6

11,6

126

211

335

146

2

10

33,8

10,1

144

184

344

158

2,5

10

33,2

114

141

217

368

163

0,9

10

31

15,3

132

218

368

142

1,6

10

42,2

15,4

180

280

350

152

2

10

41,3

14,4

176

256

350

152

2,5

10

36,4

13,5

154

245

Примечание. Здесь

И в табл. 3

, 4: Ц — цемент; П — песок;

В — вода;

Значе-

Ния прочности бетона над чертой — в МПа. под чертой —

В %.

подпись: таблица 2
1 расход компонентов, кг/м3 сп с-3, способ введения, % от ц п р о долж ител ь- ность процесса активации в вибромельнице, мин прочность бетона в возрасте 1 сут, после
ц в в вибро- мельницу в бетоно-смеситель тво твердения в ну
| 350 209 — _ — 23,5 5,5
 100 100
350 169 — 0,9 10 33,8 10,6
 144 192
344 150 — 1,6 10 29,6 11,6
 126 211
335 146 — 2 10 33,8 10,1
 144 184
344 158 — 2,5 10 33,2 114
 141 217
368 163 0,9 — 10 31 15,3
 132 218
368 142 1,6 — 10 42,2 15,4
 180 280
350 152 2 — 10 41,3 14,4
 176 256
350 152 2,5 — 10 36,4 13,5
 154 245
примечание. здесь и в табл. 3 , 4: ц — цемент; п — песок; в — вода; значе-
ния прочности бетона над чертой — в мпа. под чертой — в %. 
В качестве минеральных добавок использовали тонкодисперсный кварцевый песок, доменный грану­лированный шлак Череповецкого металлургического комбината с мо­дулем основности 0,96 и кислую золу ТЭС-22, образующуюся от сжигания каменных углей, а в каче­стве химических добавок — супер­пластификаторы (СП) С-3 по ТУ

6- 14-625—80 Минхимпрома и ФОК, синтезированный во ВНИИ- железобетоне по ТУ-75-06804-71- 88. В качестве добавки, регулирую­щей твердение бетона на основе ГМАХЦ, применяли двуводный гипс.

В процессе исследований изуча­ли влияние продолжительности ГМХАЦ на синтез прочности бетона с варьированием содержания до­полнительного количества гипса, различного вида тонкодисперсных минеральных добавок (кварцевого песка, доменного гранулированного шлака, золы ТЭС) цемента, супер - пластификатора С-3 и способа его введения в бетон (в мельницу или в бетоносмеситель), влияние темпе­ратуры изотермического прогрева, которая принималась равной 80, 60, 50 и 40 "С. Проведены также

Исследования по оценке эффектив­ности использования ГМАХЦ с до­бавкой ФОК, которая вводилась в состав бетона в определенном ко­личестве, равном дозировке добав­ки СП С-3. Прочность бетона опре­деляли в возрасте 1 и 28 сут после тепловлажностпой обработки

(ТВО), а также 28 суг после твер­дения в нормальных условиях (НУ), с использованием образцов-кубов размером 10 ж Ю х ю см.

ГМАХЦ осуществлялась в лабо­раторной вибромельнице типа

СВМ-2 с объемом барабана 10 л, массой мелющих тел (шаров диа­метром 10—12 мм) 37 кг. Бетонные смеси приготовляли в лаборатор­ном бетоносмесителе принудитель­ного действия: диаметр барабана 600 мм, высота 350 мм, число лопастей — 4, угол атаки 90°, угол резания 45 — 60", частота вращения 24 об/мин, скорость на конце лопасти 85 м/с.

Проведенные исследования пока­зали, что оптимальная продолжи­тельность активации цемента спо­собом мокрого домола без супер­пластификатора составляет 10 мин, а с СП С-3 — 2—4 мин, т. е. процесс диспергирования цемента в присут­ствии СП сокращается в 2,5—5 раз. При этом оптимальное содержание добавки СП С-3 в бетоне на акти­вированном цементе колеблется в пределах 1,2—2,2 %.

Установлено также, что наиболь­ший эффект от использования СП С-3 в цементных системах, активи­рованных способом мокрого домо­ла, обеспечивается при его введе­нии в вибромельницу (табл. 2). Для проведения экспериментальных ис­следований применялись бетонные смеси марки по удобоукладываемо - сти П 2 (ОК = 6—7 см).

Исследования, в частности, пока­зали (табл. 2), что оптимальное содержание СП С-3 в бетоне при­нятого состава и удобоукладываемо - сти смеси составляет 1,6 %. При

Этом составе наблюдались мини­мальная водопотребность

(142 л/м3) и максимальная прочно сть, превышающая на 80 % проч­ность контрольного состава в воз­расте 1 сут после ТВО и в 2,8 раза в том же возрасте после твердения в НУ. При этом значимое превыше­ние прочности (на 36—69 %) на­блюдается и относительно бетона, приготовленного с добавкой СП С-3, которую вводили в бетоносме­ситель.

Учитывая, что эффективность ак­тивации цемента в вибромельнице значимо зависит от водоцементного отношения, провели соответствую­щие исследования с бетонами и растворами. Установлено, что опти­мальное значение водоцементного отношения в вибромельнице без СП С-3 находится на уровне 0,4, а при содержании СП С-3 в количестве

2 % — на уровне 0,3—0,34 (табл.

3). При оптимальном содержании СП С-3 прочность ГМХАЦ превы­шает прочность исходного цемента в возрасте 1 сут после ТВО при­близительно в 1,5 раза, а после твердения в НУ в 3,83 раза. При этом расплыв конуса раствора при водоцементных отношениях 0,365 и

0, 336 был больше, чем расплыв конуса контрольного состава, и по­этому следует ожидать, что они характеризовались бы более высо­кой прочностью при их изготовле­нии из изопластичных смесей.

Очевидно, что оптимальное во - доцементнос отношение ГМАХЦ будет зависеть от химико - минераль­ного и вещественного составов цемента, его дисперсности, вида и содержания добавок ПАБ, продол­жительности активации и должно экспериментально уточняться в каж­дом конкретном случае.

Таблица 3

Продолжи­тельность 1 ГМХАЦ, мин

Содержа­ние СП С-3 в мельнице,

%

В/Ц в мельнице

Расход компонентов, г

Расплыв конуса, см

Прочность раствора, в возрасте 1 суг после

Ц

П

В

ТВО

Твердения н НУ

-

500

1500

216

107

23,1

4,1

100

100

4

0,4

500

1500

200

111

24,7

4,8

107

117

4

2

0,365

500

1500

182

137

26,1

8,8

113

215

4

2

0,336

500

1-500

168

126

34,3

1-5.7

148

383

4

2

■ 0,274

500

1500

172

107

27

1 1,6

1

1_ 117

282

Таблица 4

Расход компонентов, кг/м3

СП С-3, % от расхода Ц в бетоне

Параметры ГМАХЦ

Прочность бетона в воз - [ расте 1 суг после ||

И

Исходный | после домо - 1- 1

В

Продолжи­

Тельность,

Мин

СП С-3, %

15/И

'I 'НО

Тнсрдеппя в 1 11У

I

1 -

357

173

10

0.4

20,6

6.6

100

100

-

350

148

1,6

8

4.6

0.3 I

22.2

14

108

212

227

123

149

1,6

2

4.6

0,3 I

23.1

8.9

112

135

227

123

150

1,6

4

4.6

0,31

28

5

136

75

| 227

123

150

1,6

8

4.6

0,31

31.7

4.4

1

1

154

67

1 341

210

_

_

16,9

3.7

I

100

100

-

350

195

10

_

0,4

21,1

8.3

|

125

224

I 227

123

179

И,55

■у

1,6

0,3 I

25,6

5.2

1

И

151

140

5 227

123

179

0.55

4

1,6

0,3 1

15,2

4.5

I 49

122

Ч

227

123

179

0,55

8

1.6

0,3 1

27,9

9.4 :

1

165

254

Ш

К вопросу гидромеханохимической активации цемента при производстве бетона
Ранее одним из авторов было установлено, что синтез дисперсно­го состава цемента из двух фракций может обеспечить значительный прирост его прочности (на марку и более). Поэтому были проведены исследования по гидромеханохими - ческой активации части цемента (от 20 до 100 %), которые показали техническую целесообразность та­кого технологического приема. В частности, по влиянию на темп твердения и рост прочности цемен­тных систем, а также обозначена возможность применения помоль­ных установок малой мощности для организации ГМХАЦ в производст­венных условиях.

В качестве примера в табл. 4 представлены результаты по ГМХАЦ в количестве 35 % от общего расхода цемента на замес. Показано, что частичная активация цемента (35 %) с СП С-3 (1,<> % от суммарного содержания цемента в бетоне) в течение 4—8 мин повы­шает прочность бетона в возрасте 1 сут после ТВО относительно бетона на активированном цементе в течение 10 мин без СП С-3 на 36—54 %, а после твсрдсиия в НУ на 35 % (продолжительность акти­вации 2 мин). Такое повышение прочности бетона эквивалентно экономии цемента в количестве 17—27 %.

При использовании частичном (35 %) активации цемента и течение 2—8 мин и содержании СП С-3 в
мельнице в количестве 1,6 %, что составляет 0,55 % от суммарного содержания цемента в бетоносме­сителе, прочность бетона на его основе в возрасте 1 сут после ТВО превышала прочность бетона на исходном цементе на 49—65 %, а па активированном в течение

10 мин без СП С-3 на 24—40 %. При этом следует отметить высокие реологические характеристики (те­кучесть) цементного теста после активации с СП С-3, позволяющие использовать для его транспорти­рования бетоно - или пневмокамер - ные насосы.

Кроме того, исследования ГМХАЦ показали целесообразность увеличения содержания гипса в его составе на 2—2,5 %, обеспечиваю­щего повышение прочности бетона на 20—40 %, возможность осуще­ствления его тепловой обработки при температуре прогрева 40—60 °С в зимнее время.

Установлено также, что ГМХАЦ является эффективным технологи­ческим приемом, обеспечивающим возможность значимого повышения содержания минеральных добавок в многокомпонентных цементных си­стемах и соответственно снижение их себестоимости. Так, при введе­нии в состав ГМХАЦ кварцевого песка, золы ТЭС и доменного гранулированного шлака без СП С-3 экономия цемента составляет соответственно 30, 50 и 80 %.

Исследования свойств бетона на ГМХАЦ показали, что его основные эксплуатационные характеристики (деформативные свойства, морозо­стойкость) находятся на уровне кон­трольного состава.

Таким образом, проведенные ис­следования показали высокую эф­фективность * использования ГМХАЦ в присутствии суперпласти - фикатора С-3 в технологии произ­водства бетона и сборного железо­бетона, обеспечивающую интенси­фикацию производства, значимую экономию цемента (20—80 %) и топливно-энергетических ресурсов, а также снижение себестоимости готовой продукции. Следует также отметить, что исследования пробле­мы ГМХАЦ требует фундаменталь­ного развития в плане дальнейшей разработки технологических пара метров, совершенствования серий­ного и создания нового помольного оборудования.

П. ФЕДИН, г ф ТАРАСОВ, кандидаты техн. наук (Нижегородская государственная архитектурно-строительная академия)

Строительніе статьи 1996

Пневматический вибратор

,С каждым годом расширяется область применения вибрацион­ная техники и технологии в строи­тельстве. Широкое распростране­ние получили вибрационный ме­тод уплотнения бетонных смесей, вибрационные методы выгрузки и транспортирования сыпучих мате­риалов и т. д. …

Методика определения рациональных составов тяжелого бетона

(В порядке постановки вопроса) Одной из проблем технологии бетона является создание стандарт­ной методики но оперативному подбору рациональных составов тяжелого бетона. Разработке тако­го стандарта в определенной степе­ни мешает отсутствие общеприз­нанной простой …

Способы предотвращения на керамическом кирпиче

Опубликован аналитический обзор видного ученого и области технологии керамических стеновых магери - алон И. А. Альперовича, посвященный подробному анализу современных отечественных и зарубежных способов предотвращения высолов на керамическом кирпиче 11 …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua