В. П. СИЗОВ, канд. техн. наук (ЦНИИОМТГ) Об активации цемента с наполнителями при раздельной технологии приготовления бетона
Для выполнения больших объемов строительно-монтажных работ в нашей стране требуется громадное количество строительных материалов, в том числе и цемента. Вопросу рационального использования и экономии цемента уделяется большое внимание. Проведены исследования по выявлению резервов его экономии за счет введения химических добавок (С-3, СДБ), активации цемента, применения чистых и фракционных заполнителей и т. д.
В 30-е годы была изучена [1) прочность песчаного цемента и бетона на нем. При смешении цемента с отдельно молотым песком прочность смешанного песчаного цемента снижалась, причем процент этого снижения соответствовал проценту молотого песка, введенного вместо цемента. Наряду с этим изучалась Щ прочность песчаного цемента на смешанном вяжущем при совместном помоле цемента с песком. В этом случае при замене песком 30% цемента была получена прочность песчаного цемента, близкая или равная прочности исходного цемента. Результаты опытов автор [3] объяснял догматом клинкерной части (активацией) цемента.
Исследования прочности бетона при замене части цемента молотым песком при обычной технологии приготовления и укладки па смешанном вяжущем (полученным путем смещения цемента и молотого песка) описаны в работах [1—4 и др.). Их опыты показали снижение прочности бетона, причем происнт снижения соответствовал примерно проценту введенного молотого песка п смешанное вяжущее вместо цемента. Практически сколько вводилось в цемент молотого песка, на столько снижалась прочность бетона. Сказанное наглядно подтверждается данными табл. 1.
Работа по изысканию резервов экономии цемента всегда находилась в центре внимания ученых и строителей. В 50-е годы был создан институт тонкого измельчения цемента, в котором разработаны специальные вибромелыницы для домалывания (активации) цемента до удельной поверхности S = =5000...7000смг/г, При этом марка цемента повышалась на две ступени (с 400 до 600), что позволяло увеличивать прочность бетона или экономить до 50... „80 кг цемента на 1 м3 бетона.
Однако производительность вибромельниц была небольшой, они оказались несовершенными, часто выходили из строя. Домолотый цемент быстро терял свою активность, и за несколько дней его марка снижалась до исходной. Эта технология не нашла применения.
Автор работы [4] предложил мокрый помол клинкера в шаровых специально переоборудованных мельницах. Предлагалось также мокрое домалывание цемента непосредственно в смесителе при снятых лопастях шарами, твердым гравием. щебнем. Оба способа активации позволяли экономить до 20% цемента (пли повышать прочность бетона). Однако из-за сложности первого способа и несовершенства второго они также не нашли практического применения. Кроме того, все описанные эксперименты не увенчались успехом, но привели к большим убыткам.
В настоящее время предложены способы активации цемента и смешанного вяжущего при помощи ультразвука и электрогидравлнческого эффекта, а также в скоростных смесителях. Два первых способа не вышли за пределы лабораторных опытов. Результаты опытно-экспериментальных работ по активации смешанного вяжущего (цемента, молотого песка) вместе с водой и С-3 в скоростном смесителе СБ-148 изложены в [5].
В [5] описан опыт получения высокомарочных бетонов на рядовых и даже низкомарочных цементах при замене До 50% цемента молотым кварцевым песком, применении раздельной технологии приготовления бетонной смеси и предварительной активации смешанного вяжущего. В соответствии с раздельной технологией вначале приготовляют вяжущее, состоящее из цемента, молотого песка, воды и С-3. Активация цементного вяжущего производится в обычных или скоростных смесителях в течение 1,5...2 мин. Затея его подают, куда одновременно загружают песок и шебень, бетонную смесь тщательно перемешивают.
Ангеры статьи [о) утверждают, что предложенная технология приготовления бетонной смеси с предварительной активацией смешанного вяжущего позволяет получать высокопрочный бетой даже при замене 50% цемента молотым песком, а при замене 17 и 33% цемента прочность бетона получается даже выше, чем бетона на исходном цементе (без замены части его молотым песком).
Из табл. 4 статьи [5] следует, что при замене 17, 33, 50% цемента молотым песком прочность бетона оказалась соответственно 103, 92 и 72 МПа, тогда как на исходном цементе, без замены части его молотым песком, — 84 МПа. Жесткость бетонных смесей всех составов при расходе воды 162, 122, 120. 100 л оказалась примерно одинаковой (10.. 11 с), а в составе три — 5 с.
В связи с изложенным последующие опыты (1, 2, 3, 4) проводились нами при постоянном расходе воды, равном 162 л и постоянных О. К. (Ж 5...10 с). В опытах применяли гранитный щебень фракций 5... 10 и 10... 20 мм, песок с Мкр 1,9... 2, цемент воскресенского завода марки 400, молотый кварцевый песок удельной поверхностью 3500 см2/г, суперпластнфикатор С-З. Чтобы воспроизвести опыты авторов, составы бетонов приняты из табл. 3 статьи [5]. Как оказалось, анилин не увеличивает пластичность смесн и не повышает прочности бетона, он токсичен, поэтому при помоле песка его не вводили. Результаты опытов приведены в табл. 2.
Проведенные опыты не подтвердили повышения прочности бетона при замене 17 и 33% цемента молотым песком. Например, прочность бетона при введении в цемент 17, 33 и 50% молотого песка при предварительной активации смешанного вяжущего, воды и С-З в скоростном смесителе (при окружной скорости >20 м/с) оказалась соответственно 70,2; 59,7; 50,8 МПа, т. е. на 10, 23 и 35% ниже, чем прочность бетона на исходном цементе при его активации. Процент снижения прочности меньше процента введенного молотого песка.
Объясняется это активацией смешанного вяжущего (исходного цемента). Следовательно, степень снижения или повышения прочности бетона всецело зависит от степени активации исходного цемента (смешанного вяжущего). при падежном способе активации вяжущего возможно получение равнопрочного бетона при введении до 20% молотого песка. Например, прочность бетона состава 2, равная 70,2 при активации вяжущего, незначительно меньше прочности 74,0 МПа бетона на исходном составе без активации (состав 1).
К сожалению, надежных и высокопроизводительных смесителей для активации цемента по мокрому способу пли мельниц по домалыванию цемента по сухому способу нет. Решение этой проблемы позволит заменить до 20...25% цемента активными добавками без снижения прочности бетона по сравнению с прочностью его па исходном цементе (без активации). Но над этой проблемой еще предстоит работать.
Статья [5] посвящена очень актуальной проблеме, но написана она небрежно и содержит явно завышенные технико-экономические данные. Предлагаемая раздельная технология приготовления бетона усложняет производство бетонных работ, в два раза снижает производительность бетонного завода и резко увеличивает энергозатраты. Необходимо монтировать дополнительный бункер и дозатор для молотого песка, скоростной смеситель, помольную установку (или централизованно получать молотый песок). Кроме того, на существующих бетонных узлах установить его трудно. Все затраты, связанные с монтажом упомянутого оборудования, помолом песка и активацией цемента, приводят к значительному увеличению стоимости.
Кварцевый песок трудно поддается помолу, резко повышает износ мельниц. Он является инертным материалом и не повышает прочности бетона, его нецелесообразно применять даже для разбавления (понижения марки цемента). В этом случае лучше использовать природные добавки и золы, не требующие помола, или различные шлаки, которые легко поддаются номаду.
Вообще лучше выпускать цемент низких марок (например, 200) для растворов и бетонов класса В7..В10. В строительстве имеются большие резервы экономии цемента. Его можно экономить за счет применения С-З (15...20%), чистых и фракционированных заполнителей (5... 10%). а также за счет повышения общей культуры всего комплекса бетонных работ, начиная со складирования материалов и кончая укладкой бетона в конструкцию (5... ..10%)Усиленная пропаганда использования молотого песка для экономии цемента или повышения прочности бетона дезориентирует строителей, наносит вред делу, отвлекает ученых от выполнения плановых работ. Активировать рациональнее только цемент. В этом случае уменьшается объем смесителя и упрощаются его доработка и монтаж на заводах ЖБИ.
Выводы
Активация по мокрому способу повышает марку цемента и позволяет его экономить. Эта идея не нова, но она не находила воплощения из-за отсутствия надежных механизмов для активации цемента.
Песок сокращает время активации цемента, но ие повышает прочности бетона, поэтому можно обходиться только активацией цемента.
Необходимо разработать надежные мельницы для домола цемента и скоростные смесители для его активации по раздельной технологии.
Бетон и железобетон, 1988