Сухое или мокрое домалывание цемента

Для выполнения больших объемов строительно-монтажных работ в нашей стране требуется громадное количество строительных материалов, в том числе и цемента. Вопросу рационального использования и экономии цемента уделяется большое внимание. Проведены исследования по выявлению резервов его экономии за счет введения химических добавок (С-3, СДБ), активации цемента, применения чистых и фракционных заполнителей и т. д.

В 30-е годы была изучена [1) прочность песчаного цемента и бетона на нем. При смешении цемента с отдельно молотым песком прочность смешанного песчаного цемента снижалась, причем процент этого снижения соответствовал проценту молотого песка, введенного вместо цемента. Наряду с этим изучалась Щ прочность песчаного цемента на смешанном вяжущем при совместном помоле цемента с песком. В этом случае при замене песком 30% цемента была получена прочность песчаного цемента, близкая или равная прочности исходного цемента. Результаты опытов автор [3] объяснял догматом клинкерной части (активацией) цемента.

Исследования прочности бетона при замене части цемента молотым песком при обычной технологии приготовления и укладки па смешанном вяжущем (полученным путем смещения цемента и молотого песка) описаны в работах [1—4 и др.). Их опыты показали снижение прочности бетона, причем происнт снижения соответствовал примерно проценту введенного молотого песка п смешанное вяжущее вместо цемента. Практически сколько вводилось в цемент молотого песка, на столько снижалась прочность бетона. Сказанное наглядно подтверждается данными табл. 1.

Работа по изысканию резервов экономии цемента всегда находилась в центре внимания ученых и строителей. В 50-е годы был создан институт тонкого измельчения цемента, в котором разработаны специальные вибромелыницы для домалывания (активации) цемента до удельной поверхности S = =5000. 7000смг/г, При этом марка цемента повышалась на две ступени (с 400 до 600), что позволяло увеличивать прочность бетона или экономить до 50. „80 кг цемента на 1 м3 бетона.

Однако производительность вибромельниц была небольшой, они оказались несовершенными, часто выходили из строя. Домолотый цемент быстро терял свою активность, и за несколько дней его марка снижалась до исходной. Эта технология не нашла применения.

Автор работы [4] предложил мокрый помол клинкера в шаровых специально переоборудованных мельницах. Предлагалось также мокрое домалывание цемента непосредственно в смесителе при снятых лопастях шарами, твердым гравием. щебнем. Оба способа активации позволяли экономить до 20% цемента (пли повышать прочность бетона). Однако из-за сложности первого способа и несовершенства второго они также не нашли практического применения. Кроме того, все описанные эксперименты не увенчались успехом, но привели к большим убыткам.

В настоящее время предложены способы активации цемента и смешанного вяжущего при помощи ультразвука и электрогидравлнческого эффекта, а также в скоростных смесителях. Два первых способа не вышли за пределы лабораторных опытов. Результаты опытно-экспериментальных работ по активации смешанного вяжущего (цемента, молотого песка) вместе с водой и С-3 в скоростном смесителе СБ-148 изложены в [5].

В [5] описан опыт получения высокомарочных бетонов на рядовых и даже низкомарочных цементах при замене До 50% цемента молотым кварцевым песком, применении раздельной технологии приготовления бетонной смеси и предварительной активации смешанного вяжущего. В соответствии с раздельной технологией вначале приготовляют вяжущее, состоящее из цемента, молотого песка, воды и С-3. Активация цементного вяжущего производится в обычных или скоростных смесителях в течение 1,5. 2 мин. Затея его подают, куда одновременно загружают песок и шебень, бетонную смесь тщательно перемешивают.

Ангеры статьи [о) утверждают, что предложенная технология приготовления бетонной смеси с предварительной активацией смешанного вяжущего позволяет получать высокопрочный бетой даже при замене 50% цемента молотым песком, а при замене 17 и 33% цемента прочность бетона получается даже выше, чем бетона на исходном цементе (без замены части его молотым песком).

Из табл. 4 статьи [5] следует, что при замене 17, 33, 50% цемента молотым песком прочность бетона оказалась соответственно 103, 92 и 72 МПа, тогда как на исходном цементе, без замены части его молотым песком, — 84 МПа. Жесткость бетонных смесей всех составов при расходе воды 162, 122, 120. 100 л оказалась примерно одинаковой (10.. 11 с), а в составе три — 5 с.

В связи с изложенным последующие опыты (1, 2, 3, 4) проводились нами при постоянном расходе воды, равном 162 л и постоянных О. К. (Ж 5. 10 с). В опытах применяли гранитный щебень фракций 5. 10 и 10. 20 мм, песок с Мкр 1,9. 2, цемент воскресенского завода марки 400, молотый кварцевый песок удельной поверхностью 3500 см2/г, суперпластнфикатор С-З. Чтобы воспроизвести опыты авторов, составы бетонов приняты из табл. 3 статьи [5]. Как оказалось, анилин не увеличивает пластичность смесн и не повышает прочности бетона, он токсичен, поэтому при помоле песка его не вводили. Результаты опытов приведены в табл. 2.

Проведенные опыты не подтвердили повышения прочности бетона при замене 17 и 33% цемента молотым песком. Например, прочность бетона при введении в цемент 17, 33 и 50% молотого песка при предварительной активации смешанного вяжущего, воды и С-З в скоростном смесителе (при окружной скорости >20 м/с) оказалась соответственно 70,2; 59,7; 50,8 МПа, т. е. на 10, 23 и 35% ниже, чем прочность бетона на исходном цементе при его активации. Процент снижения прочности меньше процента введенного молотого песка.

Объясняется это активацией смешанного вяжущего (исходного цемента). Следовательно, степень снижения или повышения прочности бетона всецело зависит от степени активации исходного цемента (смешанного вяжущего). при падежном способе активации вяжущего возможно получение равнопрочного бетона при введении до 20% молотого песка. Например, прочность бетона состава 2, равная 70,2 при активации вяжущего, незначительно меньше прочности 74,0 МПа бетона на исходном составе без активации (состав 1).

К сожалению, надежных и высокопроизводительных смесителей для активации цемента по мокрому способу пли мельниц по домалыванию цемента по сухому способу нет. Решение этой проблемы позволит заменить до 20. 25% цемента активными добавками без снижения прочности бетона по сравнению с прочностью его па исходном цементе (без активации). Но над этой проблемой еще предстоит работать.

Статья [5] посвящена очень актуальной проблеме, но написана она небрежно и содержит явно завышенные технико-экономические данные. Предлагаемая раздельная технология приготовления бетона усложняет производство бетонных работ, в два раза снижает производительность бетонного завода и резко увеличивает энергозатраты. Необходимо монтировать дополнительный бункер и дозатор для молотого песка, скоростной смеситель, помольную установку (или централизованно получать молотый песок). Кроме того, на существующих бетонных узлах установить его трудно. Все затраты, связанные с монтажом упомянутого оборудования, помолом песка и активацией цемента, приводят к значительному увеличению стоимости.

Кварцевый песок трудно поддается помолу, резко повышает износ мельниц. Он является инертным материалом и не повышает прочности бетона, его нецелесообразно применять даже для разбавления (понижения марки цемента). В этом случае лучше использовать природные добавки и золы, не требующие помола, или различные шлаки, которые легко поддаются номаду.

Вообще лучше выпускать цемент низких марок (например, 200) для растворов и бетонов класса В7..В10. В строительстве имеются большие резервы экономии цемента. Его можно экономить за счет применения С-З (15. 20%), чистых и фракционированных заполнителей (5. 10%). а также за счет повышения общей культуры всего комплекса бетонных работ, начиная со складирования материалов и кончая укладкой бетона в конструкцию (5. ..10%)Усиленная пропаганда использования молотого песка для экономии цемента или повышения прочности бетона дезориентирует строителей, наносит вред делу, отвлекает ученых от выполнения плановых работ. Активировать рациональнее только цемент. В этом случае уменьшается объем смесителя и упрощаются его доработка и монтаж на заводах ЖБИ.

Активация по мокрому способу повышает марку цемента и позволяет его экономить. Эта идея не нова, но она не находила воплощения из-за отсутствия надежных механизмов для активации цемента.

Песок сокращает время активации цемента, но ие повышает прочности бетона, поэтому можно обходиться только активацией цемента.

Необходимо разработать надежные мельницы для домола цемента и скоростные смесители для его активации по раздельной технологии.

Источник

ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА

Основные сведения к лабораторной работе

Для существенного повышения прочности цементных бетонов в раннем возрасте (1-3 сут) применяются различные способы интенсификации их твердения:

химические (использование добавок-ускорителей твердения);

тепловые (пропаривание и электропрогрев);

механические (сухое или мокрое домалывание цемента с добавкой гипса 2-5 % от массы цемента).

Наилучшие результаты достигаются при использовании комплекса ускоряющих способов: тепловой обработки, домола цемента и применения добавки-ускорителя твердения.

Строительными нормами предусматривается включение следующих химических добавок: сульфата натрия (СН), нитрата натрия (НН₁), хлорида кальция (ХК), нитрата кальция (НК), нитрит-нитрата кальция (ННК) и нитрит-нитрата-хлорида кальция (ННХК). Оптимальные дозировки приведены в табл. 11.1.

Рекомендуемые дозировки химических добавок

Вид цемента	М_w /М_с	Содержание добавок, % от расхода цемента
СН, ХК	НК, ННХК	ННК, НН₁
Портландцемент БТЦ, сульфатостойкий ПЦ Шлакопортландцемент, пуццолановый ПЦ Пластифицированный и гидрофобный ПЦ	0,35-0,55 0,55-0,75 0,35-0,55 0,55-0,75	1,0-1,5 0,5-1,0 1,5-2,0 1,0-1,5	1,5-2,5 1,0-2,0 2,0-3,0 1,5-2,5	2,5 2,0 2,5 3,0

Интенсифицирующее действие этих солей-электролитов объясняется их способностью активизировать различные физико-химические процессы твердения цемента, в частности, его гидратацию.

Для тепловой обработки бетона сборных железобетонных изделий и конструкций наиболее широкое применение получило пропаривание. Его осуществляют в камерах, где за счет подачи насыщенного водяного пара создаются при атмосферном давлении повышенная температура t = 80 ÷90 0 С и высокая влажность φ_а = 95÷100 %. В таких условиях значительно повышается скорость химических реакций гидратации цемента.

На эффективность твердения бетона большое влияние оказывает режим его пропаривания, который характеризуется длительностью и температурой последовательных стадий процесса: ее повышением, изотермическим прогревом и охлаждением бетона. Примерный лабораторный режим пропаривания в условиях учебного процесса показан на рис. 11.1.

Домол цемента, значительно повышающий его удельную поверхность, производится в шаровых мельницах, вибромельницах, бегунах и других устройствах. Цемент с более развитой поверхностью зерен твердеет интенсивнее, так как после затворения водой больший объем его вещества подвергается гидратации за единицу времени. Значение удельной поверхности цемента определяется по п. 6.2.

В лабораторной работе изучаются методы интенсификации твердения бетона, и оценивается эффективность их применения.

Рис. 11.1. Примерный график пропаривания бетона:

1 – подъем температуры; 2 – изотермический прогрев; 3 — охлаждение

Источник

Чем мокрый способ производства цемента отличается от сухого?

Так называемые «мокрая» и «сухая» технология производства цемента являются самыми распространенными способами получения этого незаменимого строительного материала.

Российские цементные заводы используют преимущественно «мокрый» метод, в то же время практически все зарубежные производители связующего работают по «сухой технологии».

Отличия мокрой технологии производства цемента от сухой

Обе технологии имеют свои преимущества и свои недостатки. Основной недостаток, которым отличается мокрый способ производства цемента – значительная энергоемкость процесса, отражающаяся на себестоимости конечного продукта. Сухая технология отличается большей экологической опасностью и соответственно большими капитальными затратами на устранение данного фактора. Рассмотрим оба способа производства цемента подробнее.

«Мокрая» технология производства связующего

Технологическая схема мокрого способа предусматривает раздельную первичную обработку компонентов клинкера. Измельченные «ингредиенты» загружаются в специальное оборудование для кратковременной выдержки под слоем воды. После этого компоненты клинкера, мокрыми, попадают в специальные мельницы, где их перемалывают до состояния порошка и тщательно перемешивают.

Подготовленный таким образом шлам подается в вертикальные и горизонтальные «шлюмбассейны» на корректировку необходимого соотношения «ингредиентов». Следующей технологической операцией идет печной обжиг откорректированного шлама и охлаждение промышленными холодильными установками. Полученный таким образом клинкер измельчается до мелкодисперсного порошка – цемента. Далее производятся: лабораторный анализ на соответствие цемента требованиям ГОСТ, фасовка и отправка потребителю.

Преимущества «мокрой» технологии

Меньшие технологические затраты на измельчение сырья. Такие компоненты как мел и глина хорошо размокают в воде при первичной обработке в бассейнах. Соответственно процесс их измельчения происходит намного проще и легче;
Транспортировка, усреднение и корректировка шлама происходит проще и экологически безопаснее, чем аналогичные операции при сухой технологии;
В разы меньшее пылеобразование;
Конструкция печей обжига шлама проста, надежна и имеет высокий Коэффициент Использования пространства – от 0,89 до 0,91;
Имеется принципиальная возможность использовать сырьевые компоненты «пестрого» химсостава и хорошей гомогенизации шлама.

Недостатки

Большой удельный расход тепловой энергии на обжиг сырья для производства цемента. Сырье поступающее на обжиг, имеет среднюю влажность 35-45%. Соответственно для испарения влаги и прогрев компонентов требуется порядка 5 450-6 800 кДж/кг тепловой энергии или 35% тепловой мощности печи. Поэтому часть обжиговой печи работает как сушильный агрегат со всеми вытекающими «неприятностями»;
Высокая материалоемкость обжиговых печей при небольшой производительности.

Указанные недостатки выливаются в относительно низкую производительность труда, значительные технологические и эксплуатационные расходы, обуславливающие относительно высокую себестоимость производства.

«Сухая» технология производства связующего

В этом случае основное производственно-технологическое оборудование аналогично мокрому способу. Изменения заключаются в принципиально иной технологической схеме производства клинкера. После предварительного измельчения компоненты клинкера подаются в сушильные барабаны, причем каждый компонент подается в отдельный барабан. После сушки «ингредиенты» перемешиваются и поступают в общую мельницу для дальнейшего измельчения и ввода присадок.

Следующая операция обусловлена видом и влажностью глины. Все остальные компоненты корректируются по указанным параметрам глины. Суть операции заключается в незначительном увлажнении (не более 13% влажности) шлама и последующую подачу на обжиг. Соответственно небольшой влажности энергетические затраты на обжиг небольшие, а печи менее металлоемки и менее габаритны. Операции, следующие после обжига шлама, аналогичны предыдущему способу производства цемента.

Преимущества «сухой» технологии

Относительно невысокий удельный расход тепловой энергии расходуемой на обжиг клинкера – 2 900-3 700 кДж/кг;
Меньший на 30-40% объем печных газов при аналогичной производительности и возможность их вторичного использования для сушки компонентов. Это позволяет существенно снизить энергозатраты на производство клинкера и требует меньших капиталовложений на обеспыливание;
Относительно меньшая металлоемкость обжиговых печей при большей производительности по сравнению с «мокрой» технологией. Производственная мощность печей при «сухом» способе – от 3 000 до 5 000 тонн продукта в сутки, что на 100-200% мощнее аналогичного оборудования работающего по «мокрой» технологии;
Отсутствует необходимость в наличии мощных источников технологической воды.

Недостатки

В разы большее пылевыделение, обуславливающее сложность обеспечения санитарных норм и охрану окружающего пространства;
Относительная сложность конструкции обжиговых печей;
«Капризность» обжиговых печей по отношению колебаний химсостава сырья, его дисперсности и степени важности;
Относительно низкий Коэффициент Использования печей – от 0,7 до 0,8;

Более высокая трудоемкость энергоемкость на помол компонентов, обусловленные их низкой влажностью.

Источник