Приготовление бетонной смеси с применением мокрого помола клинкера
Метод получения цементного теста заданного состава путем мокрого помола в мельницах клинкера и необходимых добавок (минеральных, гипса, пластификаторов, гидрофильных ПАВ, электролитов) разработан СоюзДорНИИ и НИИЦемента и осуществлен в полупроизводственном масштабе в Москве на опытной помольной установке. Успешное выполнение работ позволило рекомендовать мокрый помол для широкого внедрения в производство.
Опытная установка включала: 1) двухкамерную шаровую мельницу диаметром 1,5 м с электродвигателем 120 кВт, со скоростью вращения 27 об/мин (длина первой камеры 1,97 м, шары диаметром 35—75 мм и общей массой 4,8 т; длина второй камеры — 3,5 м, металлические цилиндры-цильпебсы диаметром 18—20 мм, длиной 30 мм, общей массой 6,5 т); 2) три тарельчатых питателя типа ТП-750; 3) ленточные транспортеры, подающие материалы от склада до бункеров над мельницей; 4) два шламосмесителя вместимостью по 2 м3 с электродвигателями по 2,8 кВт для вращения лопастей, перемешивающих шлам; 5) два насоса С-232 производительностью по 6 м3/ч для перекачки шлама; Сачок объемом 1 м3 и два дозировочных бачка для отмеривания дозы шлама на каждый замес (бачки были расположены над бетоносмесителями); 6) трубопроводы диаметром 65 и 75 мм для транспортирования шлама от шламосмесителей к бачку бетоносмесителя; 7) дробилки для предварительного дробления кусков крупного клинкера перед размолом.
Для разных схем помола необходимо подбирать соответствующее оборудование. В частности, особое внимание требует конструирование выгрузочной футеровки (в выгрузочной цапфе); на мельницу была поставлена футеровка от другой мельницы Ш-lM. Хорошие результаты достигнуты при замене на мельнице входной футеровки гладкой конусной футеровкой, при этом привод можно установить с любой стороны мельницы, меняя направление ее вращения.
Рассмотрим предпосылки, послужившие основанием для внедрения нового вида помола клинкера, и особенности этой технологии.
Мокрый помол позволяет:
1) резко снизить потери цемента от его распиливания при транспортировании, начиная с выдачи из мельницы и кончая перемешиванием в бетоносмесителе; по нашим опытам они не больше 0,1%;
2) устранить снижение активности цемента от лежания, так как производится помол в водной среде с последующим приготовлением теста;
3) значительно снизить расход электроэнергии на помол — примерно на 25%;
4) упростить транспортирование и хранение клинкера; его можно перевозить в открытых баржах, полувагонах и хранить под открытом небом сколько угодно лет при любых погодных условиях;
5) практически решить вопрос о широком использовании местных минеральных материалов как активных, так и не вступающих в реакцию с цементом (молотого карбонатного материала, минеральных строительных отходов, кирпичного боя, золы ТЭЦ и других материалов);
6) значительно улучшить условия труда работающих на помоле;
7) устранить затруднения, связанные с необходимостью хранить на строительных площадках цементы разнообразных видов и марок, которые в ряде случаев для упрощения работ смешиваются (ссыпаются в одни емкости), что вызывает перерасход цемента;
8) размалывать цемент быстрее, чем по обычному способу на тех же мельницах и при той же затрате электроэнергии;
9) значительно выравнивать минералогический состав цемента, что видно на резком повышении сульфостойкости и морозостойкости бетонов (а также уменьшения их ползучести).
Более тонкий мокрый помол клинкера способствует большему вскрытию трехкальциевого алюмината и образованию с гипсом высокоосновной формы гидросульфоалюмината ЗСаО-А12О3×ЗСаSO4-З1H2О. Даже несульфатостойкий цемент с 11% минерала С3А при введении больших доз гипса в цементное тесто мокрого помола резко увеличивает свою морозостойкость. Разрушение растворных образцов — результат совместного действия двух агрессивных воздействий — замораживания воды и последующего связывания гидратирующего алюмината с гипсом в период, когда произошло упрочнение образцов за счет формирования структур из силикатных минералов.
В цементе, содержащем до 6% минерала С3А, когда цементное тесто еще находится в упруго-вязко-пластичном состоянии, при мокром помоле успевает связаться с гипсом практически все количество этого минерала. Несмотря на наличие в данном составе большего количества воды (В/Ц = 0,41 против 0,33 у образцов на цементе сухого помола) морозостойкость их значительно выше. Разрушение образцов на этом низкоалюминатном цементе также является следствием двух агрессивных воздействий. Следовательно, можно предполагать, что не разрушение бетонов на сульфатостойких портландцементах является результатом: а) блокировки гидросульфоалюминатных соединений новообразованиями из силикатных минералов; б) недостаточных сроков воздействия на бетоны, приготовленные на таких цементах, агрессивной сульфатной среды.
Образцы мокрого помола на сульфатостойких клинкерах имеют, несомненно, более высокие технические свойства. Результаты испытаний убедительно доказывают роль отдельных минералов клинкера в образовании структур с различными свойствами, правильность отнесения бетонных работ к химической технологии и роль строителя в обеспечении проектных решений при условии, что техника производства бетонных работ сочетает науку о химии цемента и технологии бетона с организацией на их основе прогрессивных приемов бетонирования.
Организация работ только тогда имеет право называться прогрессивной, когда потенциальные возможности цемента, дефицитного и дорогостоящего (по трудоемкости) материала, будут использованы с максимальным эффектом. Основой для такого использования является организация направленного структурообразования цементного камня. Однако неверно считать, что мокрый помол клинкера можно применять при несовершенной организации производства. Мокрый помол должен быть ведущим технологическим переделом, которому подчиняется весь производственный ритм. Действительно, при помоле клинкера необходимо получившееся цементное тесто сразу же использовать в растворо- и бетоносмесителях. Возможен помол шлама с торможением процессов схватывания цементного теста, что связано с дополнительными трудностями, и его обычно не применяют.
Приготовление шлакопортландцемента и цемента с золой ТЭЦ осуществляют по дзухстадийной схеме. В этом случае производят помол большого количества гранулированного шлака, золы или других минеральных материалов и далее при помоле клинкера смешивают их с цементным тестом. Следовательно, остановка мельницы с разогретым в ней шламом из клинкера вызывает его загустевание, требует промывки мельницы, что влечет за собой потери вяжущего. Отсюда ритм производства связан с ритмом непрерывно и надежно работающей мельницы. Для исключения всяких потерь цемента в виде шлама, происходящих по любым непредвиденным причинам, целесообразно организовывать отбор воды от шлама,. предварительно «разжиженного» промывными водами, путем его вакуумирования и затем использовать сгущенное до заданного В/Ц тесто в производстве.
При начале опытных работ, когда бетонная смесь на цементе мокрого помола выдавалась в автосамосвалы, потеря шлама по случайным причинам (в основном из-за задержки в подаче автомобилей, развозивших смесь в Москве) составила в односменную работу 1,25% и в двусменную 0,6% от количества выпущенного цемента.
При проектировании мокрого помола клинкера надо иметь в виду, что сточные воды из цеха помола, как и из любых мест, должны подаваться в особые приямки с таким объемом отстойников, которые обеспечивают их осветление от зерен цемента. Слив неосветленных вод в короткий срок забивает цементной пастой канализационные трубы.
Теоретической основой для использования мокрого помола клинкера явился анализ приготовления бетонной смеси. Действительно, от момента ее замешивания до уплотнения проходит достаточно времени, чтобы в процесс бетонирования можно было вписать процесс помола клинкера. Анализ сроков схватывания цементов разнообразного минералогического состава и возможности регулирования их позволил автору данного учебника сформулировать положение о твердении цемента (о его гидролизе и гидратации) как о процессе, протекающем заторможено. Одной из причин различной степени торможения этого процесса является наличие в цементе мгновенно реагирующего с водой минерала С3А. Учитывая сказанное и дальнейшее развитие технологии приготовления бетонов с гидрофильными пластифицирующими добавками, организация помола клинкера мокрым способом способствует процессу производства работ. Правильная точка зрения на необходимость организации работ с минимальной затратой труда на строительной площадке не имеет оснований для отказа от реализации этого приема.
Действительно, цемент до его смешивания с водой является полуфабрикатом. Твердение цемента — длительный процесс. Хранение цемента и применение его снижает эффективность использования и резко ухудшает условия труда в запыленных помещениях.
Мокрый способ помола клинкера хорошо вписывается в технологический процесс и является более простым, чем сухой помол клинкера на цементных заводах. Эффективность мокрого помола клинкера основана на понижении прочности материала в водной среде вследствие расклинивающего действия пленок воды при всестороннем обжатии в дефектах твердого тела, в нашем случае клинкерных частиц. Этот эффект был открыт акад. П. А. Ребиндером. Приведенные сведения о мокром помоле были проверены экономическими расчетами.
Многолетний опыт применения сборного железобетона в широком масштабе показал, что не всегда и не везде монолитный бетон следует заменять сборным. При производстве сборного железобетона повышается расход цемента (что не будет иметь места при мокром помоле), применяется пропаривание для ускорения твердения и ряд других мероприятий, удорожающих сборный железобетон. При этом было незаслуженно ослаблено внимание к научным работам по технологии монолитного железобетона.
Применение сборного или монолитного бетона (железобетона) должно иметь технико-экономическое обоснование. При этом следует учитывать: особенности возводимого сооружения, прогрессивность технических решений, заложенных в проект, климатические условия, наличие или отсутствие базы для изготовления того и иного вида бетона (железобетона), сопоставление себестоимости и цен на материалы и полуфабрикаты для монолитного или сборного бетона (железобетона), систему ценообразования в строительстве и производительность труда, условия размещения рабочей силы, возможность ее получения по профессиям и численности, возможность снижения сметной стоимости, целесообразности отказа от унификации объемно-планировочных решений, различных параметров сооружения и его конструктивных деталей, выгод, связанных с более полным использованием преимуществ неразрезных систем, более гибких архитектурных решений и др.
Из этого перечисления видно, что при решении принципиальных вопросов по выполнению народнохозяйственных планов рассмотрение столь важной области строительного производства нельзя ограничивать узким кругом вопросов. Расчет эффективности и области рационального использования в строительстве бетона того и другого вида должны лежать в основе их выбора. Область применения каждого вида не должна и не может связываться только с названием детали и конструкций, за исключением некоторых специфических по характеру изготовления (например, шпал, балок, колонн, опор контактной сети, линий связи и электрификации и некоторых других). Удешевление сборного железобетона и повышение его качества связано с углублением специализации заводов и, в частности, с использованием технологии работ, допускающей широкое применение различных марок бетона.