Билет № 55 Николай Третьяков

ВНВ, ТМЦ и другие виды смешанных малоклинкерных и бесклинкерных цементов. Физико-химические и экономические предпосылки к их производству и применению в строительстве.

Вяжущее (цемент) низкой водопотребности (ВНВ или ЦНВ получают помолом портландцементного клинкера совместно с добавками гипса, сухого суперпластификатора и минеральными добавками, или домолом заводского цемента совместно с суперпластификатора (и минеральными добавками). В качестве суперпластификаторов используют в основном три группы веществ: конденсаты сульфонатмеламиноформальдегида, конденсат сульфонатнафталиноформальдегида, некоторые модификации лигносульфонатов. Дозировка суперпластификаторов составляет 0,1—1,2 % массы цемента. При помоле цемента в присутствии суперпластификатора, обычно С-3 в количестве до 3 %, происходит «микрокапсулирование» цементных частиц тончайшими оболочками из суперпластификатора. При этом достигаются чрезвычайно низкая водопотребность (15-18 %), быстрый набор прочности в ранние сроки (через сутки 25-30 МПа), высокая конечная прочность (до 80-100 МПа). Марки ВНВ характеризуют содержание клинкера (остальное – минеральные добавки): ВНВ-100 (100 % клинкера), ВНВ-80 (80 % клинкера), ВНВ-50 (50 % клинкера), ВНВ-30 (30 % клинкера). С увеличением содержания минеральных добавок прочность ВНВ снижается, оставаясь тем не менее достаточно высокой (для ВНВ-30 – на уровне рядового портландцемента), что объясняется механохимической активацией составляющих ВНВ в процессе их совместного сухого помола совместно с суперпластификатором. Использование ВНВ позволяет существенно сократить сроки строительства при возведении монолитных сооружений изготовлять железобетонные конструкции в заводских условиях без использования термообработки.

Заметным преимуществом применения бетонов на ВНВ является снижение температуры изотермического прогрева или полный отказ от тепловой обработки. Так, при изготовлении объемных блоков из мелкозернистого бетона при температуре прогрева 35-50 С выявлена возможность сокращения ТВО в два раза, причем проектная прочность достигалась уже в возрасте 1 суток, а в возрасте 28 суток фактическая прочность превышала проектную на 50-70 % и более. Наряду с этим эффективность использования ВНВ обусловлена снижением расхода вяжущего при изготовлении 1 м3 равнопрочных бетонов: коэффициент использования вяжущего по данным промышленной апробации составляет 1,7-2,4 для тяжелого бетона и 1,3-1,4 - для мелкозернистого (коэффициент использования портландцемента - 0,6-0,9, т. е. каждому килограмму расхода портландцемента соответствует 0,06-0,09 МПа прочности бетона).

Особенностью ВНВ является многовариантность составов, и соответственно свойств вяжущих, дающая возможность наиболее полно реализовать потенциал портландцементного клинкера в зависимости от конкретных требований, предъявляемых технологией производства и условиями эксплуатации бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Известно, например, что использование на практике принципов механохимической активации позволило получить вяжущие, качество которых при содержании в них 50-70 % минеральных добавок не уступает качеству цементов марок 500-600 (класса 45 по ЕN). При замене гипса в ВНВ на химические регуляторы схватывания и твердения, а также с применением специальных добавок, понижающих точку замерзания воды в бетоне, получена широкая гамма вяжущих для ведения бетонных работ при отрицательных температурах.

^ Тонкомолотые цементы (ТМЦ) получают совместным тонким помолом портландцементного клинкера или готового портландцемента, активной минеральной добавки (зола-унос, пуццоланы, шлак и т.д.), гипсового камня (гипс). От ВНВ или ЦНВ тонкомолотые цементы отличаются отсутствием суперпластификатора. Механохимическая обработка (тонкий помол) при получении ТМЦ позволяет синергетически усилить полезные свойства компонентов комплексного вяжущего: активность клинкерной части увеличивается в 1,5-2 раза, а частицы наполнителя выполняют роль упрочняющего компонента на микроуровне и являются структурообразующими центрами для новообразований цементного камня. Использование этих принципов позволяет ТМЦ при содержании до 70 % минеральных добавок (ТМЦ-80, ТМЦ-50, ТМЦ-30) по качеству не уступать портландцементам марок 400-500, а иногда и превосходить их. При замене гипса в ТМЦ на химические регуляторы схватывания и твердения, а также с применением специальных добавок, понижающих точку замерзания воды в бетоне, получена широкая гамма вяжущих для ведения бетонных работ при отрицательных температурах.

Принципы технологии ТМЦ использованы при получении новых гипсовых, гипсоцементнопуццолановых и пробужденных безклинкерных вяжущих, бетоны на которых характеризуются повышенными по сравнению с традиционными материалами прочностью и стойкостью при воздействии внешних факторов, а также значительно меньшей энергоемкостью.

Бесклинкерный цемент – шлако-щелочный цемент, который может употребляться в тех же сферах внедрения, что и обычный цемент. Физико-химические характеристики шлако-щелочного цемента подобны свойствам обычного цемента. А строительный раствор и бетон из такового цемента различаются высочайшей износостойкостью даже в брутальной среде, таковой как морская вода, также владеет низкой температурой гидратации.

База шлако-щелочного цемента - шлак. Получить его может быть 2-мя методами:

1) Главные составляющие – Al2O3, SiO2, CaO – смешиваются в пропорции, которая дозволяет получить лучший состав консистенции для получения качественного шлака опосля расплава компонентов. В качестве сырья на выбор могут быть применены:

• зольная пыль, вулканический пепел, пуццолана

• известняк, известковая глина, карбонат кальция либо доломитизированный известняк

• песок, глина содержащая песок либо известь содержащая песок

• минеральные отходы, содержащие кальций, алюминий, кремний.

2) Готовый доменный шлак, приобретенный в процессе производства чугуна.

1) Создание цемента на базе специального гидравлического шлака

Процесс производства бесклинкерного цемента на базе специального гидравлического шлака состоит из 3-х шагов, которые различаются от шагов производства обычного портландцемента: плавление, остывание расплава, помол цемента.

Физико-химические характеристики цемента/строительного раствора Обыденный цемент, сопоставимый со качествами портландцемента Измененныйудобоукладываемость 0 ++температура гидратации ++ +крепкость при сжатии в возрасте 1 день ++ +крепкость при сжатии в возрасте 28 дней 0 ++устойчивость к проникновению воды 0 +устойчивость к действию CO2 0 +коррозиестойкость 0 0сульфатостойкость ++ +++устойчивость к действию серной кислоты + ++устойчивость к действию хлора + +

0 идиентично 


+ незначительно превосходит 


++ превосходит


+++ намного превосходит

Кроме больших потребительских черт создание бесклинкерным методом оказывает наименьшее действие на окружающую среду по сопоставлению с традиционными способами производства цемента.

При производстве цемента обычным методом сырье традиционно добывается из земли в огромных количествах и трансформируется в цементирующий материал через обжиг, спекание либо плавление и помол. Данные процессы являются очень энергоемкими и оказывают негативное влияние на окружающую среду.

Кроме добычи сырья выброс в атмосферу отработанных газов и загрязнение атмосферы пылью тоже негативно сказываются на состоянии окружающей среды. Хотя создание бесклинкерного цемента не свободно от выделения в атмосферу газов и пыли, оно все таки служит наиболее экологически незапятнанным по сопоставлению с созданием обычного портландцемента.

Тоже в производстве бесклинкерного цемента употребляется вторичное сырье, такое как зольная пыль, что дозволяет экономить природные ресурсы планетки.

Сравнительная черта параметров бесклинкерного цемента и обычного портландцемента

Потребление сырья (кг) на тонну производимого цемента ASCEM ПортландцементИзвестняк 400 1200Глина 50 200Гипс 0 50Зольная пыль 650 100Активизатор 100 0Всего 1200 1550Потребление энергии ASCEM ПортландцементПервичное потребление энергии (гигаДжоуль) 1,7 3,2Электричество(кВт/ч) 180 100Общее потребление энергии 2,4 3,6Выбросы газов и пыли в атмосферу ASCEM Portland CementCO2 (мг/Нм2) 175 528No2 (мг/Нм2) 200 - 300 600 - 2200SO2 (мг/Нм2) 35 35Пыль(мг/Нм2) <50 <50

Источник: по данным компании ASCEM BV

Стоимость производства описанного бесклинкерного цемента складывается из числа тех же частей, что и стоимость производства обычного цемента. Размер инвестиций в создание такового цемента не намного различается от размера инвестиций в создание обычного цемента (из расчета суммы инвестиций на тонну производимого цемента), но создание бесклинкерного цемента быть может доходно даже на заводах с маленькими мощностями, таковыми как 120000 - 350000 тонн в год. Это дозволяет основать создание цемента даже в тех регионах, где уже находятся изготовители обычного цемента. Потенциальные изготовители шлакового цемента могут занять место на рынке меж маленькими изготовителями обычного цемента(30.000-80.000 т/г) и большими изготовителями (начиная с 700.000 т/г).

Не считая того, для производства бесклинкерного цемента на базе специального шлака подступает наиболее широкий ассортимент первичного и повторного сырья, чем для производства обычного цемента, таковым образом, изготовитель может выбрать наиболее доступное сырье для производства.