Внешние механические воздействия в технологии бетонов (стр. 9 )

ОБТЦ – особобыстротвердеющий цемент Rсут=20.0 МПа

Так, при тонком помоле клинкера .нельзя избежать образования мелкой фракции (менее 5 мкм) в количестве от 12.5% от половины массы средней фракции (5 - 30 мкм). При отсутствии сепарации неизбежно останется крупная фракция (более 30 мкм) .в количестве 25 – 50 % от массы средней фракции. В цементах из мелкокристаллических клинкеров при прочих равных условиях крупной фракции содержится в 1.5 раза меньше, чем в цементах из крупнокристаллических клинкеров. Гранулометрический состав высокопрочных цементов (Таблица ) отличается повышенным содержанием фракций 5 - 30 и менее 5 мкм, а быстротвердеющих - фракции менее 5 мкм. Коэффициент линейной корреляции между содержанием фракции менее 5 мкм и прочностью цемента через 1 сутки твердения составляет 0.77 (поэтому эта фракция предпочтительна в БТЦ), а между количеством средней фракция и активностью цемента в 28-суточном возрасте - 0.68

Меньший размер кристаллических блоков алита по сравнению с белитом является вероятной причиной сосредоточения алита в мелких фракциях цемента. Так, при 55% алита в исходном клинкере и удельной поверхности цемента 3000 см2/г - во фракции менее 5 мкм содержится в среднем 60% элита, а при повышении удельной поверхности цемента до 5000 см2/г – уже 75- 80% алита. Таким образом на стадии помола происходит существенное изменение химико-минералогического состава цемента, когда разные фракции цемента состоят из разных, по сути, минералов!

Обеднение средней фракции алитом нельзя. признать положительным фактором. Напротив, обогащение мелкой фракции белитом помогло бы активизировать его твердение. Это одна из важнейших проблем технологии цементов. Такое распределение минералов достигается в цементах Белгородского и Балаклейского заводов (у них во многом схожая сырьевая база) благодаря дендритной структуре белита, “армирующей” промежуточное вещество клинкера и повышающей его хрупкость. Большее количество белита сосредоточивается здесь в мелкой, а алита - в средней фракциях цемента, чем и объясняются хорошо известные строителям положительные свойства цемента Белгородского и Балаклейского заводов - быстрое нарастание прочности, в частности при пропаривании, высокая трещиностойкость, пониженная усадка и ползучесть. 

10.3.1.3 Связь динамики гидратации цементов из специальных клинкеров с их зерновым составом.

Исследования показали, что при повышении тонкости помола цемента с 2000 см2/г до 6000 см2/г (при оптимальном содержании гипса для каждого уровня дисперсности), степень гидратации (по содержанию неиспаряемой воды) и прочность в 1 - 3 суточном возрасте растут, а в 28-суточном увеличиваются лишь до определенных пределов, а затем значительно снижаются. Оптимальная дисперсность помола цемента зависит от минералогических особенностей клинкера, и в первую очередь от преобладания в нем тех или иных модификаций алита.

В некоторых случаях с повышением удельной поверхности цемента от 2000 до 3000 см2/г содержание фракции менее 5 мкм вообще снижается, что может вызвать уменьшение гидратации и отсутствие прироста прочности цемента с одновременным повышением его дисперсности.

Наличие максимума дисперсности цемента, превышение которого приводит к замедлению гидратации сравнительно “молодое” открытие, которое, тем не менее, объясняет многие парадоксы встречающие современных исследователей, которые в попытке получить быстротвердеющие цементы однобоко ограничиваются его дополнительным измельчением.

Этот парадокс можно объяснить влиянием двух противоположно действующих факторов - увеличением реакционной поверхности частиц цемента, взаимодействующих с водой, и повышением экранирующей способности гидратных новообразований, которые, окружая частицы цемента, препятствуют доступу воды. При В/Ц = 0,4 степень гидратации мелкой фракции через 1 сут равна 100%, средней фракции – 20%, крупная фракция еще практически не прогидратировала.

Через 3 суток – вся мелкая и уже примерно половина всех средних и крупных фракций также прогидратируют. И только через месяц от 60 до 90 процентов всего цемента прогидратирует.

Такая “ступенчатая” гидратация цемента различных фракций формирует механизм (впервые предсказанный на кончике пера Г. Кюлем), что зоны контакта между продуктами гидратации средней и мелкой фракций “склеивает” именно продукты гидратации мелкой фракции (не бейте сильно - как сумел, так и объяснил).

Все это указывает на интенсифицирующее влияние мелкой фракции на гидратацию остальных фракций цемента. Эксперименты по смешиванию цементов различной дисперсности показали то оптимальное соотношение мелкой и средней фракций в ВПЦ с ромбоэдрическим алитом равно от 1:4.8 до 1:5.1. Без мелкой фракции ВПЦ получить нельзя в принципе! 

10.3.1.4 Основные технологические схемы производства высокопрочных и быстротвердеющих цементов.

Основная технолгическая схема производства высокопрочных и быстротвердеющих цементов основана на использовании специально подобранных компонентов сырьевого шлама идущего на обжиг клинкера. Добыча сырья для БТЦ и ВПЦ – очень хлопотное и дорогое мероприятие, т. к. его отбор на действующих сырьевых карьерах цементных комбинатов приходится вести выборочно. Так на Брянском хаводе отбраковывают запесоченную часть глины и мел из карстовых воронок. На Здолбуновском заводе – глину содержащую более 20% кварцевых зерен, на Воскресенском заводе – включения окремненного мела (синяки), на Новороссийском заводе – содержащие глауконит и фосфориты мергели и т. д.

Производство БТЦ и ВПЦ очень жестко нормирует и производство сырьевого шлама – требуется гораздо более тщательное его усреднение (это влечет увеличение емкостей шламбассейнов) и более тонкий помол сырья до частиц менее 40 мкм. В свое время в СССР только Белгородский завод был способен полностью соответствовать требованиям технологического регламента по подготовке шлама для обжига клинкера под специальные цементы.

Особенных сложностей технического порядка на стадии обжига клинкера во вращающихся печах нет – требуемые термические параметры обжига вполне укладываются в характеристики современных печей. И ряд отечественных цементных комбинатов (в частности Балаклейский, Каменец-Подольский, старооскольский) в свое время вполне успешно выводили свои печи на режимы, обеспечивавшие массовый выпуск клинкера высокой активности из которого в последствии получали цемент марки М-600 и выше. Но из-за такого нештатного и незапроектированного режима работы (печи, все-же проектировали под выпуск рядовых цементов) требовалось повышать расход топлива на обжиг (повышать температуру в зоне спекания) и искуственно понижать производительность печей \на 10-15% (для стабилизации зоны спекания).

Особенности технологии производства ВПЦ и БТЦ также налагают существенные отличия от традиционной схемы производства рядовых цементов и на стадии помола. Основной особенностью режима измельчения БТЦ и, особенно, ВПЦ – применение в шаровых мельницах шаровой загрузки минимально возможного среднего диаметра шаров. Это, в свою очередь, делает практически невозможным использование для помола БТЦ и ВПЦ мощных и высокопроизводительных барабанных мельниц большого диаметра (либо существенно снижать от проектной, скорость их вращения).

Все вместе это обуславливает тот факт, что даже современные мельницы работающие в замкнутом цикле с сепарацией, при помоле БТЦ и ВПЦ показывают производительность в 40 – 50% меньшую, чем при помоле рядовых цементов.

Мало того, все дорогостоящие ухищрения по выпуску высококачественных быстротвердеющих и высокопрочных цементов могут быть полностью нивелированы всего за несколько месяцев хранения. Даже в битуминизированных пятислойных мешках цемент при хранении теряет от 5 до 15 процентов активности в месяц!!!

Поэтому все вместе взятое (кратко приведенное выше) во все времена обуславливало крайне “недоброжелательное” отношение цементных заводов даже к самой идее наладить массовый и постоянный выпуск БТЦ и ВПЦ. И только когда на ответственейшие объекты, в первую очередь военной инфраструктуры и среднего машиностроения требовались такие высококачественные цементы, “твердая рука Партии” могла сподвигнуть цементные комбинаты на подобного рода свершения.

Следует ли удивляться, что в отсутствие этой “твердой руки” БТЦ и ВПЦ также напрочь исчезли с отечественного рынка цемента - объективные экономические предпосылки для их выпуска еще не сложились, – дешевле получается такие цементы экспортировать, если в том возникает нужда.

(Вполне возможно, что подороржание цемента в России сформирует более благоприятную коньюктуру, когда массовое применение БТЦ и ВПЦ станет экономически целесообразным – и тогда отечественный строительный рынок опять, как и четверть века назад, с восторженным придыханием и восхищением будет “смаковать” эти чарующие любого заводского технолога аббревиатуры – БТЦ, ОБТЦ, ВПЦ.)

(продолжение следует)

Часть 5.

10.4.2.3 Изменение сорбционной способности порошков

http://www. ibeton. ru/a170.php

Несмотря на огромнейшее количество работ, посвященных сорбционной активности минеральных порошков, количественной теории этого явления еще пока нет. Причина – разнообразие и параллельное осуществление физико-химических механизмов молекулярной сорбции одновременно (адсорбция, абсорбция, хемсорбция, капиллярная конденсация, диффузия, миграция по стенкам пор и т. д.). В то же время связь сорбционной способности порошка с площадью свободной поверхности – факт установленный.

Исследование активации кристаллических минералов в процессе механоактивации экспериментально подтвердило, что их сорбционная активность увеличивается не только под влиянием прироста свободной поверхности в результате измельчения, но также и из-за измененного состояния вещества в зоне остаточного напряжения происходящего в следствии механоактивации. Вполне возможно, что это способствует более яркому доминированию именно хемсорбционных процессов.

И хотя достаточно исчерпывающую научную базу под это явление еще не подвели, тем не менее, узко практическую пользу уже научились извлекать. Так вяжущие низкой водопотребности (ВНВ) были предложены в свое время в СССР как способ во многом базирующийся именно на увеличивающейся сорбционной (в данном случае – хемсорбционной) способности минеральных порошков в процессе механоактивации. Так совместный помол цемента с ПАВ (Суперпластификатор С-3) позволил получить качественно новое вяжущее.