1 стр. из 1

Сухие строительные смеси (ССС) обычно получают перемешиванием портландцемента, тонкодисперсных порошкообразных наполнителей и мелких заполнителей. Однако ССС многофункционального назначения требуют специальной предварительной подготовки составов вяжущего.Например, их успешно получают благодаря домолу или интенсивному перемешиванию обычного портландцемента с тонкодисперсными золами, шлаком, кварцевым песком (в последнее время — с микрокремнеземом) и химическими добавками полифункционального действия.

Промышленное производство сухих смесей получает все больше одобрение у строителей и предприятий малого бизнеса, по­скольку в них нет воды. Совершенно очевидны сокращение транспортных расходов и повышение производительности труда за счет тарирования сухих смесей определенной массы, а также длительное сохранение свойств во времени при хранении, позволяющее осуществлять производство и доставку их впрок, например, в зимний период. Чрезвычайно важно одновременное повышение прочности цементного камня на сжатие и растяжение за счет введения в состав смесей полимерной фибры и тонкодисперсных фракций промышленных отходов. Наконец, возможно получение смесей специаль­ного назначения, например, для ячеистого бетона.

К технологическим эффектам от улучшения поверхностных свойств относят адгезию смесей к стеновым и потолочным поверхностям, кольматирование пор, заданный класс шероховатости поверхности отделочного слоя в наружных стеновых панелях и наружную гидрофобизацию цветных пигментов. Приветствуя в целом развитие производства широкого ассортимента разнообразных ССС, следует отметить и наличие недочетов в их производстве.

К сожалению, производители ССС, как правило, не сообщают ни состава смеси, ни вида добавок, ни тем более последовательности введения компонентов в смесь и времени их перемешивания, считая достаточными для строителя гарантийные рекомендации в области назначения и дозирования количества воды, хотя непосредственное применение смеси в дело — это завершающий этап того же технологического процесса производства материала.

Эти «скрытые» технологические аспекты, конечно, не всегда могут со всей очевидностью проявиться. Например, при отделке внутренних стен или «самовыравнивании» полов. Задержка завершения твердения смесей на таких участках не так заметна, поскольку перекрывается другими видами работ, практически всегда имеющихся в строительстве. Однако при монтажных работах или монолитном строительстве требования по срокам твердения становятся предметом пристального внимания производителя работ.

Замедление твердения или, что еще хуже, отсутствие нарастания гарантированной прочности часто происходят (конечно, исключая нарушения технологического регламента по дозированию компонентов) из-за неравномерного распределения при перемешивании малых количеств порошкообразных добавок в объеме смеси. Вследствие этого из одного «замеса» в упаковочную тару потребителю отвешиваются конкретные объемы смеси с содержанием разного количества добавки. Или та же ситуация может быть и при введении жидкообразных добавок, когда под действием центробежной силы они налипают на поверхности смесительного барабана и готовый продукт либо вообще не содержит добавок, либо, наоборот, в избыточном количестве, приводящем к серьезному замедлению твердения смеси. Однако последний случай может быть вызван и другими причинами. Жидкий раствор добавки перемешивается сначала с вяжущим (или оно проявляет склонность к взаимодействию с ним) и тем самым в дальнейшем способствует замедлению его твердения или перемешивается с заполнителем либо с тонкомолотой добавкой. Тогда при хранении возможна частичная гидратация вяжущего, что приводит к недобору прочности. В целях исключения или своевременного определения возможных нежелательных явлений производитель должен сопровождать рекомендации по применению смеси графиком нарастания прочности во времени.

Режимы перемешивания отдельного вяжущего с добавками или непосредственно всех компонентов смеси, в том числе и для разрушения агломератов из склонных к слипанию тонкодисперсных частиц, характеризуются высокими скоростями сдвига и динамического давления. Благодаря интенсивному энергетическому воздействию, сопровождающемуся кавитационным (схлопыванием ваккумных пузырьков), истирающим (обдирающим поверхность), а при помоле еще и раскалывающим эффектами, практически все компоненты прибретают в той или иной степени химическую активность, и процесс сопровождается образованием механохимических продуктов.

Так механохимической обработкой портландцемента с кварцсодержащими микронаполнителями и порошкообразным суперпластификатором С-3 высокой дисперс­ности удалось получить специальные вяжущие низкой водопотребности [1]. Механодеструкция (усиление раскалывания частиц расклинивающим действием органических добавок вследствие попадания их в трещину) повышает число активных центров в единице объема цементного вяжущего с образованием органоминеральных комплексов от взаимодействия суперпластификатора и клинкерных минералов, активно участвующих в дальнейшей морфологии частиц нового вяжущего. Или добавок, содержащих щелочные соединения, с аморфизированным кремнеземом на поверхности зерен минерального микро-на­полнителя (шлака, золы).

Подтверждением этому является технология изготовления ячеистого бетона, основанная на широком использовании активиро­ванных помолом сухих смесей. В дальнейшем при взаимодествии с водой благодаря диспергации и гомогенизации технологически создаются предпосылки для на­правленного получения необходимого набора проектируемых свойств бетона за счет приса­дочного и внутриструктурного эффекта органоминеральных компонентов в каркасообразующие и кристаллические новообразования вяжущих и микроэлементов микродобавок.

Учитывая вышеизложенное, авторы исследовали влияние помола на смеси, получаемые на основе пластификаторов, портландцемента с кварцсодержащими микронаполнителями из песка и шлака, и на эффект активации сухих порошков щелочных компонентов в смеси с аморфизированными кварцевыми микронаполнителями.

Для систем портландцемента с кварцсодержащими микронаполнителями применили до­бавку комплексного действия — подмыленный щелок. Благодаря наличию от мыла карбоксильной группы с хорошим «присадочным» эффектом к зернам цемента и благодаря наличию щелочи (NaОH) для взаимодействия с аморфизированной поверхностью кварца подмыльный щелок представлялся наиболее оптимальным с пози­ции усиления общего (синергетического) эффекта от изменения поверхностной энергии раз­молотых частиц и химического взаимодействия со щелочами.

Табл. 1. Составы и свойства строительных растворов на основе молотого портландцемента с кварцевым наполнителем

Опыты проводились со строительными растворами при использовании портланд-це­мента активностью 43 МПа и молотого кварцсодержащего вяжущего состава (цемент+песок): 70+30, 50+50, 34+66 %, — с активностями, соответственно, 36,9 МПа,23,8 МПа и 18,0 МПа. Заполнителем для раствора служил высушенный и просеянный через сито с отверстиями 5 мм песок с Мк=1,04 при содержании 1 % глинистых и пылеватых частиц. Подвижность смесей соответствовала величине погружения стандартного конуса (8–9 см). Подмыльный щелок добавлялся из расчета 0,1–0,5 % жирных кислот на 1 кг цемента, и вся смесь перемешивалась 3 мин. Из смеси формовались образцы размером 7,07x7,07x7,07 см.Результаты испытаний приведены в таблице 1, из которой видно, что смеси имеют по­вышенную пластичность и водоудерживающую способность (по сравнению со смесями на портландцементе), прочность состава вяжущего (70+30 %) соответствовала проектной.

Характеристики исходных материалов для изготовления ячеистого бетона приведены в таблице 2.

Для получения газобетона был проведен совместный помол газообразователя — алюминиевой пудры ПАП-1 с кварцевым песком и аморфизированными кварцметаллосодержащими микронаполнителями (шлаками) как на традицион­ных, так и на шлакощелочных вяжущих с использованием еще и алюминийсодержащего отхода от металлизации труб, а также ферросилиция совместно с порошкообразными органическими пластификаторами. Этот помол обес-печил получение высококачественного газобетона, характеристики которого приведены в таблице 3.

Характеристики, приведенные в таблице 3, и свойства сырья соответствуют требованиям ГОСТ 25458 для обычного автоклавного газобетона, дисперсность сухой смеси для получения газобетона составила 3200–3500 кв. см/г.

Этот же технологический подход был использован при изготовлении ячеистых смесей на шлакощелочном вяжущем методом сухой механофизической активации компонен­тов сырьевой смеси, включая добавку металлосодержащего порообразователя [3].

Совме­стный помол вяжущего, пластификатора и кварцметаллосодержащих компонентов обеспечи­вает получение особого вещественного состава сухой смеси, который позволяет направленно изменять свойства конечного продукта в зависимости от природы физико-химических про­цессов при диспергации порошков газообразующих добавок с клинкерными или кварцметаллосодержащими микронаполнителями.

В заключение следует отметить, что химические добавки для сухих смесей на кварцевых или на кварцметаллосодержащих микронаполнителях (металлургиче­ском шлаке) необходимо подбирать с учетом не только их индивидуального, но общего (синергетического) воздействия в целом на компоненты сухой смеси.

Промышленное производство ССС включает четыре основных технологических передела:
 -  доставку и хранение исходных материалов (заполнителей, вяжущих, кварцсодержащих микронаполнителей, диспергируемых порошков, армирующих волокон, химических добавок, пигментов к смесителю в необходимых количествах, но с запасом не менее чем на 3–3,5 часа его работы);
 -  подготовку отдельных компонентов (подогрев и сушку заполнителей, микронаполнителей и пигментов, разбавление вяжущих микронаполнителями, редиспергаторами или армирующими волокнами, модифицирование мелкодисперсных частиц и заполнителей химическими добавками) и их перемешивание;
 -  приготовление ССС;
 -  упаковку, отпуск и хранение готовой продукции.
 
Наиболее энергозатратными операциями являются сушка заполнителей, подогрев их в зимнее время перед подачей из расход-ных бункеров в сушило, модифицирование компонентами добавки и приготовление самих ССС.

Сушка заполнителей на оборудовании (в электрических сушилках с вибрационным желобом) до значений по влагосодержанию 0,1–0,5 % требует расхода электроэнергии 120–320 кВт. При соответствующих этим затратам энергии значениях производительности 0,5–2 куб. м/ч количество испаряемой влаги составляет 50–300 кг/куб. м. Более производительна сушка (при расходе природного газа 40 куб. м/ч и влагосодержании 0,1 %) в барабанных сушилках. Но она требует повышенного расхода воздуха — до 2 500 куб. м/ч — на обеспыливание глинистых частиц и подключение к магистральному газотрубопроводу.

Главный технологический передел, определяющий вид и назначение продукции, — это приготовление сухих смесей. Он базируется на двух направлениях: измельчение зерен минерального наполнителя в молотковых или конусных дробилках с последующим их (совместном или раздельном) помоле с цементом, химическими добавками или цветными пигментами в мельницах; смешение порошкообразных компонентов с дисперсностью, близкой к цементу, с зернами заполнителей в центрифужных смесителях. Среди технологических операций сравнительно новым направлением является раздельное модифицирование компонентов смеси химическими добавками. Поэтому последовательность операций и вид оборудования определяются агрегатным состоянием добавок, гранулометрическим составом компонентов, их сочетанием и порядком введения в смесь, обоснованным в технологическом регламенте.

Анализ докладов, звучавших на регулярных международных научно-технических конференциях «Современные технологии сухих смесей в строительстве», свидетельствует, что для заводов по производству ССС при производительности до 4–6 тыс. т в год главным перемешивающим оборудованием являются вибромельницы и вибросмесители непрерывного действия, а свыше этого объема производства — центрифужные смесители. Эти устройства достаточно производительны, хорошо распределяют порошкообразные добавки и пигменты по высоте слоя смеси, одновременно активируют ее компоненты, но из-за конструктивных недостатков при изготовлении часто выходят из строя.
Другое оборудование, рекомендуемое при малой производительности, — это смесители принудительного действия с вертикальным валом (при малом и большом числе оборотов); при наличии сжатого воздуха они обеспечивают удовлетворительное перемешивание компонентов по всему объему смеси, но разгрузку из чаши смесителя осуществляют не полностью.

На заводах с производительностью продукции в 30 тыс. т/год используются для приготовления смесей на кварцсодержащем цементе центрифужные смесители. Эффективность их оценивается по критерию Фруда (Фр), характеризующего отношение центробежной силы и силы тяжести, действующих на частицы смеси при ее перемешивании. При Фр<1 частицы ложатся на дно и постепенно выталкиваются лопастями на внутреннюю поверхность барабана смесителя, поднимаясь в направлении вращения и образуя «некоторый» угол естественного откоса. В этом режиме работы исключается разрушение непрочных компонентов, время перемешивания значительно увеличивается, но наблюдается «мертвая зона» между лопастями и днищем. В случае, когда 1<Фр<3 частицы выбрасываются в свободное пространство и смесь находится во взвешенном состоянии, энергозатраты не велики и время перемешивания минимальное. При 3<Фр<9, когда на внутренней поверхности центрифужного смесителя образуется более или менее однородное кольцо смеси при небольших затратах по времени, режим называется центрифужным и является предпочтительным для строительных смесей.

Если кольцо становится плотным, то должна быть уменьшена величина центростремительной силы (интенсивность вращения лопастей) или должно быть обеспечено механическое разрыхление смеси путем установки в боковые стороны барабана смесителя дезагломераторов либо введением в состав специальных веществ с эффектом отделения или отталкивания частиц друг от друга и от поверхности барабана. Однако в условиях образования однородного кольца средней плотности благоприятно перемешиваются частицы повышенной прочности и дисперсности при заметном воздухововлечении, например, входящие в строительные растворы песок и обычный портландцемент.

Как следует из изложенного, равномерное перемешивание с тонкодисперсными порошкообразными добавками или пигментами при данных режимах невозможно без раздельного предварительного модифицирования этими компонентами микронаполнителей или цементных зерен. Одним из вариантов модификации возможно считать нанесение вод-ных суспензий пигментов или раствора добавок на поверхность микронаполнителей и песка при окончании их сушки.

Смеси на кварцсодержащем цементе имеют обширную область применения в строительстве и поэтому заводы по их изготовлению создаются повышенной мощности (по сравнению с другими материалами). Наиболее универсальным способом их изготовления является совместный помол цемента, кварцсодержащих микронаполнителей, химических добавок и пигментов. Поэтому их производство желательно размещать на помольных установках цементных заводов.

Вопрос измельчения портландцемента с микронаполнителями изучался нами на опытном заводе НИИЦемента в двухкамерной шаровой мельнице со следующими характеристиками: длина — 2 270 мм, диаметр внутренний — 810 мм, число оборотов мельницы — 37 об./мин., мощность двигателя — 25,6 кВт, число оборотов двигателя — 980 об./мин. При вращении барабана мельницы мелющие тела под действием центробежной силы непрерывно поднимаются вверх до тех пор, пока их масса не преодолеет эту силу, после чего они падают по тонкой кривой линии. Процессы помола протекают благоприятно в том случае, если число оборотов мельницы обеспечивает эффективную работу мелющих тел. При этом материалы измельчаются ударом шаров и силой трения между поверхностями мелющих стальных цилиндриков. Износ мелющих тел требует их добавления через каждые 100–200 час.работы мельницы. Полную смену и сортировку мелющих тел производят через 1 800–2 000 часов работы мельницы.

Приведенные примеры работы оборудования использованы для иллюстрации технологичееких процессов. В этом отношении читатель может отдать предпочтение и другим производителям оборудования, которое появилось на рынке, но опыт эксплуатации у них не велик, да и не все вспомогательные агрегаты экономически выгодны. Большое количество оборудования имеется для производства пенобетонных смесей и значительно меньше для газобетона. Наиболее интересным представляется оборудование для получения пенобетона турбулентно-кавитационным способом с ускорением и последующей разгрузкой под давлением.

Литература
1. Батраков В. Г. «Модифицированные бетоны». Техпроект. — М, 1998.
2. Бабаев Ш. Т., Башлыков Н. Ф., Сердюк В. Н.«Основные принципы получения высокоэффективных вяжущих низкой водопотребности.Промышленность строительных материа­лов». / Сер. 3, «Промышленность сборного железобетона»: ВНИИЭСМ. Вып. 1, 1991.
3. Сычев М. М. «Неорганические клеи». — Л.: «Химия», 1974. 

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!