Смешанные цементы общестроительного назначения

Современное высокоскоростное строительство требует от цементной промышленности дальнейшего увеличения выпуска вяжущих, улучшения физико-механических свойств, долговечности и экономичности. Решение этих задач тесно связано с такими вопросами, как постепенное исчерпание запасов наиболее качественного сырья, возрастающая острота экологических проблем, необходимость учета при оценке эффективности материалов критерия энергоемкости. С развитием применения бетонов массового изготовления имеет место расширение использования различных минеральных добавок - отходов промышленности.

По мнению председателя международного комитета ТС-51 «Цементы»[2], «смешанные цементы» постепенно займут 3/4 или 4/5 объема производства и тогда «чистые» портландцемен- ты станут цементами специальными, предназначенными для особого применения. Вопрос введения добавок в цемент у нас поднят еще в 1908 г. проф. С.И.Дружининым в связи с применением в гидротехнических сооружениях пуццоланового портландцемента, а в 1929 г. под его руководством была создана «Комиссия по гидравлическим добавкам [6,8]». В последующем наша страна уверенно заняла ведущее место в мире по производству цементов с активными минеральными добавками.

Отдельного рассмотрения заслуживают цементы с доменными шлаками. Как следует из табл. 1, применение шлака позволяет значительно увеличить ресурсы цемента, а следовательно, и объемы производства бетонов. Одновременно достигается экономия энергоресурсов. Так, на производство I т ПЦД (портландцемента с добавкой) марки 400 расходуется 273 кг уел. топл., а ШПЦ (шла- коиортландцемента) марки 400 - 163 кг уел. топл. То есть, целесообразно увеличение выпуска ШПЦ, которое сегодня ещё получает дополнительный импульс для своего развития в связи с применением эффективных пластифицирующих и суперпластифици- рующих добавок, вводимых в бетонную смесь и позволяющих улучшить физико-механические показатели бетонов.

Вместе с тем необходим учет особенностей цементов и требований к бетонам по всему комплексу свойств. Как известно, значительная часть выпускаемых ШПЦ имеет пониженную дисперсность (не более 3000 см-Уг, а как следствие - низкую марку (300) и замедленное твердение. Наиболее заметно это проявляется для вяжущих с повышенным содержанием шлака (более 40 %) и при использовании кислых шлаков.

Таблица 6.3

Потребительские ресурсы цементов различных марок

Марка цемен та по ГОСТ 10178-85 !

Марка цемента

|

Количество добавки,%

Количество цемента из 1т клинкера

Марка бетона' М200

(класс В15)

Марка бетона

мзоо

(класс В22,5)

Марка бетона М400

(класс ВЗО)

Расход цемента, кг/м 3

Количество бетона, м з

Расход

цемента, кг/м з

Количество i бетона, м з

Расход

цемента, кг/м з

Количество

! бетона, м з

|

Поргланд цемен т (ГЕЦ

400 ) 500

-

  • 1000
  • 1000
  • 258
  • 235
  • 3,9
  • 4,3
  • 350
  • 315
  • 2,9
  • 3.2
  • 472
  • 428
  • 2,1
  • 2,3

Портландцемент с

400

18

1220

264

4,6

355

3,4

525

2,3

миморальной добавкой (ПДЦ)

500

8-10

1100

244

4,6

332

3,3

465

2,4

Ш л а ко порланд-

400

51

2040

305

6,7

410

5,0

582

3,5

цемент

(ШПЦ)

500

40

1660

277

6,0

374

4,4

515

3,2

Применение их для бетонов, к которым предъявляются требования по долговечности, и для монолитных бетонов может привести к ухудшению качества изделий, увеличению длительности и трудоемкости ухода за бетоном, увеличению длительности ТВО (тепловлажностной обработки). Поэтому преимущественное развитие должны получить ШПЦ с умеренным содержанием шлака - 40 %, обеспечивающие марку 400 и активность при пропаривании не менее 25-30 МПа (при испытании по методике ГОСТ 310-76).

Основным способом улучшения качества ШПЦ (с учетом ограничений по применению бетонов с традиционными ускорителями) остается повышение дисперсности вяжущего до 3500 см2/г и более. Достижению этих целей служит применение эффективных помольных агрегатов - струйных мельниц, начавшееся в нашей стране, а также за рубежом. Для рационального использования ШЩ было бы также целесообразно разделить их на две группы: одна с умеренным, другая с повышенным содержанием шлака (по аналогии со стандартами других стран, в том числе ФРГ). Изменение содержания минеральных добавок от 0 до 20 % способствовало разделению вяжущих в ГОСТе 10178 - на портландцемента с минеральными добавками и без них. Очевидно более существенны отличия свойств при изменении содержания шлака от 20 до 80 %, допускаемое сейчас стандартом.

Предполагаемое увеличение производства цементов возможно за счет более широкого использования электротермо- фосфорных шлаков, топливных шлаков и зол ТЭС, шлаков цветной металлургии и других отходов.

Наибольшее значение имеют широко распространенные золы ТЭС, выход которых достигает 90 % от общего количества золошлаковых отходов, оцениваемого величиной более 100 млнт в год. В настоящее время они вводятся в портландцемент до 20 % и применяются в составе сланцезольного портландцемента, содержащего 20-30 % золы от сжигания горючих сланцев с повышенным содержанием СаО и CaSC>4 (выпуск - около 300 тыс. тонн в год). Разрешается введение золы в состав пуццолановых портландцементов, к разновидностям которых относится и цемент с добавкой до 40 % золы (ЗПЦ) (золопорт- ландцемент). Однако СНиП 5.01.23-83 «Типовые нормы расхода цемента для приготовления бетонов сборных и монолитных, бетонных и железобетонных изделий и конструкций» и ГОСТ 26633-85 ограничивают или запрещают использование пуццо- лановых цементов для изготовления сборного железобетона.

Другим направлением использования отходов является изготовление бесклинкерных вяжущих; из них широко изучены шлакощелочные вяжущие (ШЩВ), компонентами которых служат молотые шлаки и соединения щелочных металлов и которые по воззрениям проф. В.Д. Глуховского следует классифицировать как цементы общестроительного назначения. Технология их не имеет принципиальных отличий от технологии бетонов на традиционных вяжущих с химическими добавками [7], однако для конкретных видов изделий и конструкций она подлежит дополнительной отработке в процессе освоения их промышленного производства. Увеличение выпуска ШЩВ будет происходить по мере решения вопросов обеспеченности сырьевыми материалами, а также по мере подтверждения высокой долговечности ШЩБ (бетонов) в части морозостойкости, отсутствия высолов и доработки технологии изготовления изделий в конкретных производственных условиях.

Возрастающая роль использования местных материалов, к которым относится и ШЩВ, выявляется в связи с намечаемым в настоящее время строительством помольных установок регионального значения. При должном экономическом обосновании, в том числе с позиций энергозатрат, на них может быть реализовано изготовление смешанных вяжущих не только с активными гидравлическими добавками (шлак, зола, перлит я т.п.), но и с добавкой кварцевого песка. Другая основополагающая тенденция заключается в разработке и применении вяжущих связана с решением комплекса вопросов по ускорению твердения бетонов. В 50-х годах в СССР была создана промышленность сборного железобетона и в связи с этим разработан быстротвердеющий цемент (БТЦ). Массовый выпуск его был начат в 1955 г. и производился на 30 заводах. Производство БТЦ основано на подборе соответствующего минералогического состава клинкера; более тонком помоле цемента (до 3000-3500 см2/г) и введении меньшего количества активных минеральных добавок. В соответствии с ГОСТ 10178 - в возрасте 3 сут. БТЦ марки 400 должен иметь прочность при сжатии не менее 25, а марки 500 - не менее 28 МПа. Однако свойства БТЦ определяются при нормальном твердении, в то время как практически весь сборный железобетон подвергается тепловлажностнои обработке. Как показали исследования НИ- ИЖБ, БТЦ, выпускаемые различными заводами, при ТВО не всегда имеют преимущества в сравнении с рядовыми порт- ландцементами. С учетом этого было предложено классифицировать все цементы по активности при пропаривании на три группы [3], причем оказалось, что по этой классификации далеко не все БТЦ соответствуют 1-й группе, наиболее эффективной для бетонов, подвергаемых обычным режимам пропаривания. Поэтому, несмотря на то, что вопрос о создании цементов для сборного железобетона неоднократно поднимался, он и по сей день остается открытым и продолжает изучаться специалистами.

Качественный скачок в производстве сборного железобетона может быть достигнут при условии получения требуемых прочностей бетона за 12-18 ч без ТВО или при резком сокращении ее сроков (до 3-4 ч). Высокие темпы твердения бетонов важны также для аварийно-восстановительных и ремонтных работ и вообще крайне желательны для строителей.

Определенным шагом вперед в этом направлении явились и особо быстротвердеющие цементы (ОБТЦ) и их промышленный выпуск*. Эти цементы по кинетике твердения и прочностным показателям являются наилучшими среди портландцемен- тов традиционного минералогического состава. В 3-х суточном возрасте они имеют прочность 30-32,5 МПа, а в 28-ми суточном - 60 и более МПа. Однако из-за жестких требований к сырьевой базе технологии производства эти цементы не получили промышленного развития.

В 70-х годах в различных странах были проведены работы по созданию сверхбыстротвердеющих цементов (СБТЦ) на основе галогенсодержащих и сульфоалюминатных клинкеров, использование которых создает предпосылки для отказа от ТВО и обеспечивает за счет этого суммарную экономию энергоресурсов (при учете фактических усредненных затрат топлива в производстве сборного железобетона и цемента) до юокг уел. топл. на I мз бетона. Наилучшим по скорости твердения явился сульфоалюминатный цемент - бесалит [i]; работы но его созданию были доведены до выпуска опытно-промышленных партий. Вместе с тем следует признать, что технология изготовления СБТЦ разработана недостаточно. Неясным остается вопрос о сырьевой базе, так как возможность использования зол ТЭС для их производства не подкреплена экспериментально. Стабильность качества исследованных партий неудовлетворительна. Не решен вопрос о транспортировании и хранении СБТЦ в связи с их слеживаемостыо.

Как следствие, недостаточно отработанной является и технология бетонов на СБТЦ, не определены рациональные виды и дозировка добавок для обеспечения сохраняемости смесей без ущерба для твердения бетона.

Работы проф. А.В.Волженскиого по созданию СБТЦ путем рационального сочетания известных компонентов (например, портландцемента, гипса, глиноземистого шлака в составе алю- мосульфатно-шлакового цемента), пока еще не вышли за рамки лабораторных исследований.

В этой связи могут представлять интерес безгипсовые композиции, включающие добавки пластификатора и ускорителя, которые были использованы при изготовлении изделий из высокопрочного бетона в г. Красноярске и позволяют за счет резкого снижения В/Ц и структурообразующего действия мелкодисперсных карбоалюминатов обеспечить высокие физикомеханические показатели и темпы твердения бетона.

В деле же организации производства СБТЦ первоочередная задача заключается в освоении опытно-промышленного производства таких цементов стабильного качества, изучении свойств бетонов и отработке технологии изготовления изделий на их основе в условиях маломасштабного производства. Последняя задача должна решаться совместно с проектировщиками железобетонных конструкций, поскольку сейчас не имеется теоретически обоснованных данных о величине распалубочной прочности бетона, знание которых весьма существенно для беспропарочной технологии. Поэтому предполагается в дальнейшем, что при разработке рабочих чертежей на изделия и конструкции, необходимым этапом будет определение расчетным путем минимально допустимой распалубочной прочности бетона с учетом вида изделий и технологии их изготовления.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >