Научно-производственная фирма
Нанопорошковые технологии


Для тех, кому принципиально быть выше конкурентов!
 
 
Активация цемента
    Как известно, сейчас на рынке в России сложился острый дефицит цемента, поэтому многие торговые компании начали осуществлять поставки цемента китайского производства, где существует значительный избыток производственных мощностей и количество производителей измеряется сотнями и тысячами заводов.


У некоторых производителей качество цемента значительно уступает российскому и такие партии не редкость для нашей страны. Отправлять их обратно экономически невыгодно, а использовать и продавать как качественный цемент просто преступно.



По понятным причинам срок транспортировки цемента может составлять около 1 месяца, и более. При этом не понятно, сколько этот цемент лежал на складе, ожидая погрузки в транспорт. Цемент любой марки и любого производителя при хранении теряет от 5 до 15 % своей активности за месяц. Причем чем больше марка цемента, тем больше потери в процентном выражении. Уже через полгода хранения М600 и М500 и М400 превращаются в М200, если не ниже. Процесс идет не только от воздействия влаги, но и под воздействием содержащегося в атмосфере углекислого газа, многослойная упаковка из бумаги от этого нисколько не спасает.




Наша компания предлагает разработку и поставку оборудования непрерывного действия по активации цемента, позволяющей увеличить марочность цемента и стабилизировать его основные характеристики. Это оборудование также легко вернет марочность старому, залежалому цементу.

Активация цемента также целесообразна в любом локальном производстве с использованием цемента, где при его активации характеристики и показатели на технике ЭМК существенно превышают начальные, по нашим оценкам до 20%.



Измельчение цемента с добавками сегодня приобрело характер эпидемии, ответ на нее придет чуть позже. Качество добавок не контролируется – золы нестабильны и содержат несгоревший уголь, природное сырье надо брать с разрешения государства и тоже неоднородно, не считая добычу, транспорт и т.п. затраты. Высокое качество цемента подразумевает целый набор свойств, а не только 28 суточную прочность на сжатие кубиков. Действительно тонкий помол увеличивает скорость гидратации и быстрый набор прочности, уменьшает долю непрореагировавшего клинкера в бетоне. Но в то же время реология цемента сильно меняется и он может уже не иметь свойств, которые позволяют транспортировать его в силоса и далее подавать питателем в бетоносмеситель. Более того, быстрая гидратация может создать проблемы быстрого схватывания. Более того, быстрое твердение может привести к чрезмерному нагреву бетона. В тонком материале более сложного химического состава, чем классический Портланд-цемент, при длительной выдержке могут идти процессы кристаллизации с падением прочности – никто не изучал медленно протекающие процессы в столь сложных составах, термодинамика таких систем никому не известна. Если такие материалы применять в конструкционном бетоне – беда неминуема. Когда она придет – неизвестно. Опыт по классическому бетону накоплен более, чем за век выдержки. Что будет за 10 лет с новыми материалами широкого состава – никто не в состоянии предсказать.



Об экономии энергии за счет механохимической технологии в данном случае говорить не следует. Затраты энергии (подведенной в виде электрической энергии к двигателю мельницы) составляют по порядку величины 1000 килокалорий на кг.
Явление механохимического синтеза – пороговое. Для тяжелых элементов идет, а для легких, составляющих цемент, - нет, точнее практически не идет, т.к. требуются затраты энергии на 2 порядка больше. Использование термина «механохимическая обработка цемента» – это обычный бантик. При указанных затратах энергии речь идет скорее о гомогенизации компонентов цементной смеси на уровне дисперсности порядка единиц микрон (меньше только для некоторых мягких минералов типа гипса). Такая характеристика тонкомолотого цемента с силикатными добавками, как длительность сохранения свойств при хранении, очень сомнительна (дезактивация цемента за счет гидратации оксида кальция с последующей карбонизацией определяется удельной поверхностью, которая намного выше в случае тонкомолотого цемента) и реально не требуется. Такие материалы разумно готовить перед употреблением для собственного использования, а не для продажи на рынок. Очевидно, использование таких специальных цементов для производства конструкционного бетона для многоэтажного строительства опасно.


Механическая активация цемента – это понятие сейчас используется и применяется не всегда корректно.

Коротко суть такова. Цемент – смесь минералов с высоким содержанием кальция, конкретно она состоит в основном из Ca3S, Ca2S, Ca3A, Ca4AF. При помоле клинкера вводят гипс, чтобы схватывание затормозить, а также шлаки (аморфное стекло в основном из SiO2). Камень образуется при гидратации минералов, причем состав гидрозольных минералов с размерами частиц в нм сильно отличается от состава минералов в сторону меньшего содержания кальция. Другими словами, чтобы получить активный материал - цемент, не имеющий огромного увеличения объема при гидратации и твердении, связывают оксид кальция в перечисленные минералы. При гидратации образуется избыток кальция в виде гидроксида кальция, что не желательно – идет карбонизация, и вообще его прочность ниже других компонентов.

Поэтому в бетон необходимо вводить активные добавки, которые называют пуццолановыми, чтобы связать этот избыток гидроксида кальция. Шлак в СССР добавляли автоматически, чтобы утилизировать шлаки металлургии, а также сделать портланд-цемент дуракоустойчивым. В США введение в бетон пуццолановых добавок – дело производителей бетона. Вводят обычно золы уноса, т.к. они не только имеют высокую реакционноспособность (это в основном стекло), но и сферическую форму частиц, что придает пластичность бетону и снижает водопотребление для хорошей укладки бетона. Однако золы в штатах имеют, как правило, высокое качество, в частности они стоят чуть дешевле цемента и их не хватает.

Добавляют в бетон также золы похуже, которые для экологии (снижения выброса окислов азота и серы) энергетики производили при низких температурах. В итоге в них угля больше предельного значения 3.5%. Поэтому их очищают от угля специальными электросепараторами, доводят содержание угля до требуемых 3.5%. Для снижения захвата воздуха этими частицами угля, что дополнительно снижает прочность бетона, вводят органические добавки.

Наши золы имеют очень сильную вариацию по составу и дисперсности, т.е. не удовлетворяют стандартам и непригодны для внесения в бетон без проверки каждой партии золы (что убивает всю экономику автоматически). Но зато они были получены как правило при высоких температурах сгорания, в них много сферических частиц. Энергетики получают энергию, а зола для них отход, обслуживание которого они вбивают в себестоимость благодаря монополии.


Бетон – композиционный материал, в котором обеспечено многомодальное заполнение пространства. Чем плотнее – тем выше прочность. Щебень – порядка 2 см, песок 1 мм, вяжущее примерно 50 мкм. Логично добавлять кремнеземистые или стеклянные добавки сферической формы на уровне менее 10 мкм (для субмикронных добавок форма частиц значения очевидно уже не имеет). Тогда они выполняют сразу несколько полезных функций: пластификатор, поглотитель избытка гидроксида кальция, заполнитель (уменьшает размер пор, а значит сильно увеличивает прочность).

Вернемся к механической активации.

Свежий цемент активировать бессмысленно – химическая активность вполне отвечает требованиям. Обычно под механической активацией понимают рост активности цемента после обработки в шаровой мельнице. Этот рост связан с уменьшением среднего размера частиц в результате помола и/или дезагрегации. Эффект неоднозначный для прочности бетона и экономики.

Лежалый цемент имеет низкую активность по ряду причин: агрегация в первую очередь тонких частиц (при приготовлении бетона размер частиц вяжущего приближается к песку, поэтому композита оптимальной структуры не образуется, много пор, высокое водопотребление, слабое пересыщение раствора и низкая прочность в итоге); карбонизация поверхности вследствие активного поглощения сначала влаги из воздуха, а следом углекислого газа – корка снижает скорость реакции частиц клинкерных минералов с водой при затворении. Механическая активация лежалого цемента увеличивает активность в разы благодаря дезагрегации вяжущих частиц и повреждению (удалению) поверхностной корки карбоната.

При активации в шаровых мельницах неизбежно идет измельчение частиц, а это имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Рост содержания тонких частиц, реагирующих с водой очень быстро, на практике может иметь отрицательные последствия – между приготовлением бетона и его укладкой может быть значительное время, а раннее схватывание приводит к необходимости введения еще большего избытка воды (а это поры и снижение прочности).


Как делать правильно? Во-первых, измельчение цемента в шаровых мельницах у производителя оптимально для экономики – дальнейший помол экономически нецелесообразен – нормальное распределение по размерам частиц сдвигается в сторону малых размеров слишком большой ценой (очевидный выход на плато дисперсности от времени помола). Если вы будете это делать у себя, экономика тем более будет отрицательной. Поэтому, подвергать механической активации необходимо только лежалый цемент, закупленный по низким ценам не в пиковый сезон, и делать это надо перед использованием, т.к. падение активности после активации будет идти еще быстрее. На каком оборудовании это надо делать? Не в шаровых мельницах, а в аппаратах свободного удара. Даже дезинтегратор дает положительные результаты – но идет не измельчение, а в основном дезагрегация крупных частиц. Тонкие частицы вообще проскакивают вхолостую – и это в данном случае не есть плохо.


Лучше использовать Электромассклассификатор – он делает то же самое, но:

ротор один, изготовление и обслуживание в разы легче;

т.н. пальцы работают все, а не только первые 2 ряда, как в дезинтеграторе;
воздух он гоняет по кругу почти без потерь, без запыления окружающей среды самой активной компонентой;

крупную фракцию, которую только и имеет смысл измельчать, можно выделить и потом отправить на помол.


В итоге будем иметь оптимальную гранулометрию цемента – без переизмельчения, дезагрегированную массу, без крупных частиц, которые практически не работают в качестве вяжущего материала – из-за близкого размера с песком и медленной гидратации (спустя много лет в обычном бетоне остается до 20% непрореагировавшего цемента, в основном Ca2S).

Многочисленные исследования, проводившиеся как в нашей стране, так и за рубежом, позволили установить зависимость от гранулометрического состава прочности и скорость твердения цемента. На основании ряда работ, в т.ч. А. Н. Иванова-Городова было установлено, что равномерное и быстрое твердение цемента достигается при следующих зерновых составах: зерен мельче 5 мкм — не более 20 %, зерен размерами 5-20 мкм — около 40-45 %, зерен размерами 20-40 мкм — 20-25 %, а зерен крупнее 40 мкм — 15-20 %. Правильно сформированный гранулометрический состав, позволяет получать высокоактивный быстротвердеющий цемент при абсолютно рядовых показателях его удельной поверхности.


 Вверх
 
 
© 2018 ООО НПФ «Нанопорошковые технологии»
Любое использование материалов сайта в сети Интернет допустимо при условии указания названия ООО НПФ «Нанопорошковые технологии» и размещения гипертекстовой ссылки на источник заимствования. Использование материалов сайта вне сети интернет допускается исключительно с письменного разрешения правообладателя.
Данный Интернет-ресурс носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 ГК РФ