Инновационные технологии производства вяжущих, пигментов и бетонов

Цементная промышленность занимает ведущее место в потреблении энергетических ресурсов. Наряду с черной и цветной металлургией, топливоперерабатывающей и химической промышленностями, производство строительных материалов и, в том числе, цемента, представляет одну из основных составляющих энергетического баланса промышленности. В энергопотреблении цементного производства ведущими технологическими процессами выступают процессы дробления, измельчения, обжига, смешения, реализуемые путем использования электрической энергии и энергии топлива. adidas zx 500 Правильное решение выбора рациональных видов топлива и электроэнергии, а также решение проблемы интенсификации процессов тепло- и массообмена является важной составной частью проблемы оптимизации топливно-энергетического баланса страны и повышения эффективности хозяйства энергетического и связанных с ним производств. Анализ возможных (альтернативных) способов снижения энергоемкости производства цемента высветил ряд проблем и показал возможность повышения их эффективности путем некоторых изменений в технологиях современных заводов. Насущной проблемой является необходимость удовлетворения запросов различных отраслей народного хозяйства в цементе, обусловившей выпуск широкого его ассортимента. Дефицит природного сырья обусловил широкое развитие комплексное производство цемента и других продуктов на основе кооперирования цементной промышленности с другими отраслями промышленности. В цементном производстве широко используются такие отходы производства, как доменные гранулированные шлаки, топливные шлаки и золы, нефелиновый (белитовый) шлам, фосфорные шлаки, отходы переработки сланцев и др. В качестве интенсификаторов производственных процессов применяют гипсовый камень, фосфогипс, плавиковый шпат, триэтаноламин, метасиликат, триполифосфат натрия и т. п. Снижению энергоемкости процесса способствует, наметившаяся в последние годы тенденция перевода новых заводов на работу по сухому способу, поскольку, как показала практика, таким способом можно обработать почти любой сырьевой материал, с более низкими энергозатратами, чем при мокром. Разработка новых методов интенсификации технологических процессов и создание на их основе высокоэффективных технологий, основываются на выявлении и применении соответствующих физических эффектов и физико-химических воздействий на технологические среды в процессе их обработки. Особый интерес представляет влияние дисперсности (крупности частиц) твердых фаз на условия проведения общих для большинства процессов, протекающих в условиях вынужденной конвективной диффузии, в том числе процессов смешивания, уплотнения, формования и т. п., а также массообменных процессов; сопровождающихся или завершающихся разнообразными химическими и фазовыми превращениями, например, окислением, растворением, выкристаллизацией, сушкой и т. п. Так как скорости гетерогенных химико-технологических процессов пропорциональны активной поверхности взаимодействия фаз, дисперсность твердой фазы — один из основных параметров, определяющих условия проведения этих процессов, а увеличение дисперсности—один из основных путей их интенсификации. Основу предлагаемых инновационной технологии получения цементов и пигментов составляют физико-химические эффекты воздействия энергии газовых потоков на технологические среды в процессе их измельчения. Виды и эффективность таких воздействий для каждого конкретного материала установлены в процессе теоретических исследований термо-, газодинамических и химических процессов в гетерогенных средах, а также экспериментальных исследований лабораторных, полупромышленных и промышленных образцов газодинамических дезинтеграторов различных конструкций. В результате получены образцы следующих продуктов

Получение высококачественных цементов, являющихся основой получения композиционных строительных материалов, представителями которых являются бетоны, не решает проблемы повышения эффективности производства в этой отрасли. Современное состояние технологии бетонов и подобных им материалов представляется исключительно интересным. Очевиден быстрый переход от привычных экстенсивных (не качественных, но в большом количестве) методов к интенсивным технологиям, обеспечивающим резкое ускорение процессов с существенной экономией цемента, энергии и трудозатрат [Соломатов В. И., Тахиров М. К., Тахер Шах Мд. Интенсивная технология бетонов: Совм. Изд. СССР-Бангладеш. — М.: Стройиздат, 1989. –264 с.: ил. – НГАУ 691.32/С, 401 679 ]. Наблюдается смещение приоритета в развитии бетонов от традиционных путей совершенствования структуры и составов в сторону технологии их получения. При этом давнее противоречие между прогрессом в изыскании и оптимизации составов бетонов различного назначения и консервативностью технологии приготовления смесей получает новое и, в известной мере, неожиданное решение. Такое решение нашло отражение в интенсивной раздельной технологии бетонов, основное положение которой — разделение процессов и независимость режимов приготовления наполненных связующих (цементного теста) и бетонных смесей. Происходит коренное изменение многовековой сущности перемешивания — отход от принципа неторопливого перелопачивания бетонных масс, который лежит в основе работы и современных бетоносмесителей с их дистанционным и компьютерным управлением, в направлении резкой интенсификации процесса перемешивания. Раздельное приготовление означает качественно новый этап в технологии бетона, значение которого для строительства и других oтpacлей хозяйства долговременно и еще не осознается в полной мере. Внедрение интенсивных приемов с применением новых перспективных смесительных аппаратов — активаторов, турбулизаторов кавитационного типа, диспергаторов, дезинтеграторов и др. — возможно лишь при раздельной технологии бетонов. Пониманию доминирующей роли принципа раздельности в технологии бетона в значительной мере способствовала полиструктурная теория, получившая развитие в последние годы. Необходимость раздельной технологии приготовления бетонных смесей — важнейшее следствие полиструктурной теории. Формирование микроструктуры эффективно путем интенсивных механических и физических воздействий на смесь для обеспечения оптимальных условий самоорганизации, распределения ПАВ, пластификаторов и модифицирующих веществ, активации вяжущих и наполнителей в контактной зоне. Удовлетворительное структурообразование на макроуровне достигается простым обволакиванием заполнителей, для чего 6ыстроходные смесители не обязательны. Раздельная технология обеспечивает экономию цемента до 5% при изготовлении тяжелого и до 25% легкого бетона. Кроме того, повышается однородность смеси, возможность использования антагоничных модификаторов и ПАВ (гидрофобных и гидрофильных), не смешивающихся или реагирующих друг с другом, ведения процесса в разных температурных режимах, варьирования длительностью и интенсивностыо перемешивания, снижается необходимое количество пластификаторов и других модификаторов на 30-50%. Принцип раздельности послужил исходным моментом для создания в последнее время спектра новых эффективных технологий таких, как послойное бетонирование изделий, бетонирование с фиксацией каркаса заполнителей, кар» (сная технология изделий и покрытий и др. Из полиструктурной теории следует также необходимость оптимального наполнения связующих, т. е. nike air max 2017 goedkoop объективно необходима оптимизация составов по количеству, дисперсности и физико-химической активности наполнителей. Цементный камень в бетонах не наполнен в таком понимании, поскольку содержание непрогидратировавшихся остатков це-ментных зерен в микроструктуре случайно, неконтролируемо и недостаточно для оптимального наполнения. Введение кварцевых, известковых, доломитовых, шлаковых, зольных и иных наполнителей требуемой дисперсности и активности позволяет экономить до 60% и более цемента без ущерба для механических свойств изделий с одновременным повышением стойкости и других эксплуатационных свойств. I Решению специальных задач уплотнения и упрочнения бетона, ускорения его твердения способствует наполнение его тонкодисперсными отходами производства ферросилиция, крентами, фосфорсодержащими породами, цементной пылью, диатомитами. Введение наполнителей — самый простой, доступный и эффективный путь экономии цемента, особенно при приготовлении легких и литых бетонов, кладочных и штукатурных растворов, бетонировании пассивных сооружений, использовании сухих смесей. Настало время признать наполнение бетонов не только желательным, но и обязательным. В современном строительстве наполненные бетоны должны стать нормой, а ненаполненные — исключением. nike tn Раздельное приготовление, оптимальное наполнение и целенаправленное использование модификаторов — основа современных интенсивных технологий бетонов. К интенсивным, по нашему мнению, следует относить технологии, обеспечивающие резкое сокращение продолжительности отдельных технологических операций и всего процесса в целом, существенную экономию материальных, энергетических и трудовых ресурсов при одновременном повышении качества изделий и строительных работ. Внедрение интенсивных технологий ставит перед исследователями комплекс новых научных и инженерных задач: создание эффективных высокоскоростных смесителей, оптимизация составов и режимов перемешивания, изучение процессов гидратации и структуро-образования бетонов в динамических режимах и в условиях интенсивных физических воздействий. В настоящей книге, написанной совместно специалистами-бетоноведами СССР и Народной Республики Бангладеш, отражены результаты теории и практики последних лет в области интенсификации технологии бетона на примере комплексного применения эффективных модификаторов, доступных и экономичных наполнителей, в том числе и золы-уноса, электротермофосфорного шлака, глиежа и других отходов. Показана эффективность раздельной технологии приготовлeния бетонных смесей с применением скоростных смесителей отечественного производства для улучшения качества смесей и физико-техничeских свойств бетонов, существенной экономии цемента и сокращения продолжительности технологических процессов.

1. nike air max 95 ПУТИ И МЕТОДЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ БЕТОНА

1.1. ПОЛИСТРУКТУРНАЯ ТЕОРИЯ БЕТОНОВ

Полиструктурная теория как единая система научных представлений о закономерностях структурообразования, технологии и свойств композиционных строительных материалов, типичными представителями которых являются бетоны, получила признание и интенсивное развитие в последние годы. 1 В соответствии с полиструктурной теорией бетоны на минеральных и органических вяжущих представляются полиструктурными, т. е. nike roshe run homme bleu marine составленными из многих структур (от атомных и молекулярных до грубых макроструктур в объеме всего изделия), переходящих и проникающих одна в другую по принципу «структура в структуре». При этом принцип полиструктурности понимается не только классификационный фактор или методический прием, а как физическая реальность, как ключ к направленному формированию требуемых физико-технических свойств материалов и назначению их рациональной технологии. В рамках полиструктурной теории впервые опрeделены структурообразующие факторы для каждого структурного уровня и получены, количественные зависимости свойств бетонов от этих факторов. Оптимизация режимов формирования отдельных структур и полиструктуры определяет технологию изготовления бетонов, С инженерной точки зрения наиболее важно рассмотрение обпей структуры бетонов на двух уровнях: микроструктуры, присущей це рентному тесту и цементному камню, и макроструктуры, характерной для бетонной смеси и бетона. Такое разделение полиструктуры достаточно для практической технологии и хорошо отражает объективные закономерности структурообразования и формирования свойств бетонов. Итак, микроструктура бетонов формируется при совмещении минеральных вяжущих (цементов), воды, наполнителей, дисперсных армирующих элементов — волокон, пластификаторов и модифицирующих химических добавок. Цементное связующее (микроструктура) на начальном этапе представляет бинарную дисперсную систему, где роль дисперсионной среды выполняют вода и водные растворы компонентов вяжущих. Свойства микроструктуры в значительной мере определяются явлениями, протекающими в контакте жидкой и твердой фаз, т. е. зависят от количественного соотношения цемента, наполнителей и воды, дисперсности и физико-химической активности наполнителей. При этом имеется в виду, что частицы цемента гидратируются далеко не полностью и остатки их (ядра) играют роль наполнителей, т е. процесс структурообразования определяющим образом зависит от степени гидратации цемента. Поэтому объемное соотношение твердого и жидкого компонентов в цементном связующем С_р представляется в виде: С_р = (1.1) где а, β— соответственно степень гидратации цемента Ц и связывания воды В; Н — наполнитель. Особый интерес представляет экстремальный характер и универсальность зависимости свойств цементных связующих, например, прочности от структурообразующего фактора С_р. Наблюдаемое при малом наполнении снижение прочности сменяется затем в зоне метастабильных состояний резким повышением прочностных показателей, достигая максимума при оптимальной степени наполнения. При этом с увеличением В/Ц относительная величина упрочнения наполненных связующих возрастает, т. е. эффективность наполнения растет с увеличением водосодержания смесей. • Если зависимость R = f(Cp) в области структур, близких к оптимальным, удовлетворительно описывается параболической зависимостью, то количественные зависимости свойств цементных связуюших от дисперсности и активности твердой фазы (наполнителей) в явном виде пока не получены. Зависимость прочности микрокомпонентов от пористости следует экспоненциальной закономерности. Активное участие частиц наполнителей в организации структуры цементных связующих подтверждается опытами по изучению кинетики изменения структурной прочности твердеющих композиций [3]. Установлено, что введение наполнителей размером d_Н / d_В = 1.. .5 ведет к снижению структурной прочности при увеличении его содержания, а наполнителей размером d_Н / d_В = 5. . .15 — к увеличению структурной прочности. Это позволяет в широких пределах изменять периоды формирования структуры связующих, не изменяя В/Ц и не применяя химических добавок. В случае применения в качестве наполнителя молотого кварцевого песка выполняется условие А_П< ,т. е.: поверхностная активность вяжущего доминирует над поверхностной активностью наполнителя А_П. Оптимальное соотношение размеров дисперсной фазы d_Н / d_В= 5. . .15 способствует повышению прочности при сжатии до 10% при содержании песка 10—20% по массе, высокие показатели прочности сохраняются при наполнении до 37% — по массе. Протяженность поверхностных трещин шириной 5—20 мкм в оптимально наполненных цементных композициях в 3 раза меньше по сравнению с ненаполненными и неоптимально наполненными композициями. Air Jordan 13 Снижение поврежденное™ цементных связующих способствует повышению стойкости в условиях многократного увлажнения и высушивания. После 30 циклов увлажнения в пресной воде и высушивания при 50°С протяженность поверхностных трещин образцов, изготовленных из цемента с наполнителем крупностью d_Н /d_В = 1. . .5, увеличилась в 2,5—3,2 раза, в то время как идя образцов, изготовленных на оптимально наполненном цементе, она увеличилась в 1,6—1,9 раза. Это способствовало повышению коэффициента стойкости АГ_СТ до 0,82—0,92. Коэффициент стойкости же ненаполненных композиций и наполненных частицами размером t/_H/t/_B = 1. . .5 составил 0,18—0,24. Анализ поверхности разрушения образцов показал, что при d = = (1—5)t/_B поверхность разрушения наполненных образцов практически не отличается от поверхности разрушения ненаполненных образцов. Увеличение размера частичек до d_H = (5—15)d ведет к образованию на поверхности разрушения «ручейкового узора», что свидетельствует о взаимодействии наполнителей с фронтом движущейся трещины и стремлением сдержать ее рост в материале. Таким образом, влияние размера частиц наполнителей сказывается не только на начальных этапах структурообразования связующих, но и влияет на механизм рушения бетонов под действием внешних нагрузок и эксплуатационных сред. Гидрофобные и гидрофильные ПАВ изменяют условия межчастичных взаимодействий, что ведет к изменению прочности в среднем на 14—20%. adidas original Обработка наполнителей водоцементной суспензии повышает их поверхностную активность и, в итоге, прочность композиций. При совмещении цементных связующих и заполнителей (песка и щебня) образуются собственно бетоны, характеризуемые макроструктурой. Формирование макроструктуры определяется иными факторами: объемными долями связующих и заполнителей и упаковкой последних, соотношением их прочностных и деформационных свойств, а также интенсивностью взаимодействия в контакте связующее — заполнитель. Введение заполнителей искажает картину армирования структурных блоков и протекания усадочных деформаций, вызывает возникновение полей собственных напряжений в струк-туре бетонов. При анализе механизмов формирования макроструктуры бетонов целесообразно выделить три характерных случая взаимодействия твердеющей растворной части с заполнителями. 1. Адгезия (способность в-ва удерживаться на поверхности другого в-варастворной части к заполнителю R_а выше ее когезионной прочности R_к, R_a > r_k. Такой случай возможен при специат юй обработке заполнителей, инициирующей фронт затвердения от пов рх-ности раздела в периферийные зоны матричного материала (цем нт-ного связующего). В матричном материале возникают радиаль tbie трещины, которые, объединяясь, разделяют бетон на отдельные бл( ки, в которых трудно реализовать механические характеристики запо ни-телей при воздействии внешней нагрузки. 2. Адгезионная и когезионная прочность равны, R_а = R_k. Исследования, проведенные на модельных материалах, показали сложное распределение деформаций, напряжений и трещин в растворной чг ли. Трещины зарождаются и развиваются как в периферийных учас ках растворной части, так и на границах раздела с заполнителями в у ict-ках перехода от совершгнной к ослабленной адгезии. Прогнозиров ние процесса трещинообразования матричного материала при его избират лть-ной адгезии к заполнителям затруднено, что позволяет достат* чно надежно конструировать материалы с заданными физико-техничесь imh свойствами. 3. Адгезия растворной части к заполнителю ниже ее когезио! кой прочности, /?_а < R . Такая ситуация возможна в реальных матери; iax, поскольку в начальный период твердения деформации усадки стрем тся вызвать увеличение поверхности раздела матричного материала заполнителями.