Решение проблемы более рационального использования портландцемента возможно за счет применения композиционных вяжущих и комплекса технологических приемов, предусматривающих уменьшение содержания в нем малоактивных частиц путем более тонкого помола и предотвращения флокуляции частиц цемента, взаимодействия продуктов гидратации портландцементного клинкера с активированными тонкомолотыми минеральными добавками [1…3].
Получение высокоэффективных вяжущих веществ нового поколения сегодня сопровождается использованием сложных составов компонентов с целью получения высококачественных бетонов разного функционального назначения с улучшенными, а иногда и с принципиально новыми свойствами и определенной заранее заданной структурой. В основу создания таких вяжущих положен принцип целенаправленного управления технологией на всех ее этапах: использование активных компонентов, разработка оптимальных составов, применение химических модификаторов, использование механохимической активации компонентов и некоторых других приемов.
При изготовлении композиционных вяжущих процесс помола является основным по роли капиталовложений в оборудование. В ходе помола происходит физико-химическая активация компонентов, в дальнейшем определяющая свойства полученного композиционного вяжущего.
В качестве активного компонента вяжущего применялись цемент ЦЕМ I 42,5 Н и клинкер ЗАО «Белгородский цемент», в качестве химической добавки − суперпластификатор Полипласт СП-1 производства ООО «Полипласт Новомосковск», в качестве наполнителя – перлит Мухор-Талинского месторождения (Бурятия).
Суперпластификатор Полипласт СП-1 вводился при совместном помоле цемента (клинкера) с сухой добавкой, что обеспечивало капсулирование зерен цемента суперпластификатором.
При определении оптимальной дозировки суперпластификатора Полипласт СП-1, необходимой для получения композиционных вяжущих, проводили исследования с химическими добавками для бетонов методом мини-конуса.
После анализа зависимостей растекаемости цементного теста от концентрации добавки суперпластификатора Полипласт СП-1 (рис. 1) была принята следующая его дозировка − 1 % от массы вяжущего.
Получение композиционных вяжущих возможно с использованием как портландцементного клинкера, так и уже готового портландцемента.
Помол компонентов производился в центробежном агрегате с параллельными помольными блоками (ЦА ППБ) при постоянной во всех опытах загрузке (по массе) измельчаемого продукта и мелющих тел.
Для экономии клинкерной составляющей и регулирования свойств вяжущих варьировалось содержание минеральной добавки (перлита). Была установлена целесообразность замены клинкера и введения в состав вяжущего до 30 % без снижения прочностных характеристик и принят следующий исходный состав композиционного вяжущего: портландцементный клинкер + гипс – 70 % (гипс 5 % от клинкерной составляющей), наполнитель (кремнеземсодержащая добавка) – 30 %, суперпластификатор – 1 % от общей массы вяжущего.
Описание кинетики измельчения является одной из наиболее важных проблем при разработке общей теории процесса.
Большой практический интерес вызывает совместный помол цемента и минеральных наполнителей в присутствии суперпластификатора, что имеет место при получении композиционных вяжущих.
Для анализа этих процессов был произведен помол ряда составов, для которых были определены кинетические константы помола [4], представленные в табл. 1.
Таблица 1
Кинетические константы помола композиционных вяжущих
Состав вяжущих |
Начальная скорость (U0), м2/(кг×мин) |
Коэффициент торможения (kt), кг/м2 |
Коэффициент корреляции (kkor) |
ЦЕМ I 42,5 Н + Полипласт СП-1 + перлит |
10,72 |
0,0012 |
0,9944 |
Клинкер + гипс + Полипласт СП-1 + перлит |
10,1 |
0,0008 |
0,9537 |
Изменения прироста удельной поверхности композиционных вяжущих и их мгновенной скорости помола представлены на рис. 2.
Сравнивая фактическое значение мгновенной скорости помола композиционного вяжущего с расчетным, полученным путем сложения соответствующих долей скоростей помола в тех же условиях отдельных компонентов вяжущего видно, что во временном интервале до 40 мин (достаточном для получения КВ) имеет место взаимодействие компонентов, приводящее к взаимному ускорению помола. Причем, вероятно, большее значение имеет ускорение помола цемента и клинкера с кремнеземсодержащими добавками, так как обратный процесс не способен обеспечить такой прирост скорости.
Анализ полученных расчетных данных по начальной скорости помола и коэффициенту торможения, показал, что больший прирост удельной поверхности через 150 мин помола наблюдается у состава, состоящего из 70 % клинкера + гипс, 30 % перлита с добавкой суперпластификатора Полипласт СП-1. Этот состав, как видно из табл. 1, имеет сравнительно меньшую начальную скорость помола, равную U0 = 10,1 м2/(кг×мин), чем состав на цементе (U0 = 10,72 м2/(кг×мин)), однако коэффициент торможения у него меньше, и составляет kt = 0,0008 кг/м2, по сравнению с составом цемент + перлит +Полипласт СП-1 (kt = 0,0012 кг/м2), что может быть обусловлено тем, что размолотый цемент вызывает более сильное вторичное агрегирование частиц, налипание на мелющие тела и корпус мельницы, что не наблюдается у клинкера.
Использование перлита в качестве минеральной добавки вносит существенное изменение в зерновой состав вяжущего (рис. 3), что обусловлено, в первую очередь, особенностями строения самой добавки.
Графики вяжущего на основе портландцемента имеют похожий вид с одним четким пиком в области крупных частиц. Вяжущие на основе клинкера имеют большое содержание мельчайших частиц в диапазоне 0,66…1,81 мкм. Введение минерального наполнителя при помоле вяжущего на основе клинкера смещает графики в область более мелких частиц, при этом кривые имеют несколько ярко выраженных пиков, по сравнению с портландцементом. Кривая вяжущего с перлитом имеет большое содержание мелких частиц в диапазоне 0,66…1,81 мкм.
Определены основные физико-механические характеристики композиционных вяжущих, результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2
Физико-механические характеристики композиционных вяжущих
Компоненты вяжущих |
Прочность, МПа, в возрасте, сут |
|||||
при изгибе |
на сжатие |
|||||
3 сут |
7 сут |
28 сут |
3 сут |
7 сут |
28 сут |
|
ЦЕМ I 42,5 Н |
4,61 |
5,3 |
7,4 |
33,2 |
36,4 |
52,6 |
ЦЕМ I 42,5 Н + Полипласт СП-1 |
6,8 |
9,08 |
11,63 |
47,2 |
65,4 |
83,7 |
ЦЕМ I 42,5 H + Полипласт СП-1+ перлит |
7,34 |
9,69 |
12,45 |
50,7 |
66,9 |
87,1 |
Клинкер + гипс |
7,73 |
9,45 |
10,65 |
54,9 |
79,4 |
96,2 |
Клинкер + Полипласт СП-1+ гипс |
8,66 |
11,8 |
14,2 |
62,4 |
65,2 |
73,5 |
Клинкер + Полипласт СП-1 + перлит + гипс |
7,26 |
9,33 |
12,65 |
52,3 |
67,2 |
90,5 |
На основании полученных данных анализа распределения частиц по размерам и физико-механических испытаний предлагается высокоэффективное композиционное вяжущее с прочностью на сжатие 90,5 МПа с использованием перлита в качестве минеральной добавки.
Список используемой литературы:
1. Кузнецова, Т.В. Механоактивация портландцементных сырьевых смесей [Текст] / Т.В. Кузнецова, Л.М. Сулименко // Цемент и его применение. - 1985. - № 4. - С. 20-21.
2. Юдович, Б.Э. Цемент низкой водопотребности: новые результаты и перспективы [Текст] / Б.Э. Юдович [и др.] // Цемент и его применение. – 2006. – Июль – август. – С. 80–84.
3. Сулейманова, Л.А. Неавтоклавные газобетоны на композиционных вяжущих [Текст] / Л.А. Сулейманова, В.С. Лесовик, А.Г. Сулейманов. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. – 152 с.
4. Рахимбаев, Ш.М. Расчет констант скорости некоторых процессов технологии искусственных конгломератов [Текст] / Ш.М. Рахимбаев // II Проблемы материаловедения и совершенствование технологии производства строительных изделий. – Белгород: БТИСМ, 1990. – С. 42–51.