Минеральный порошок для цемента
Плотные и высокоплотные асфальтобетонные смеси, применяемые в верхних слоях покрытий автомобильных дорог и городских улиц, содержат в своем составе минеральный порошок.
Минеральный порошок-материал, получаемый при помоле горных пород или твердых отходов промышленности. Минеральный порошок может быть активированный и неактивированный. Активированный минеральный порошок-материал, получаемый при помоле горных пород или твердых отходов промышленного производства с добавлением активирующих веществ, при помоле битуминозных пород, в том числе и горючих сланцев.
Активирующие вещества – это смесь поверхностно активных веществ (ПАВ) или продуктов, содержащих ПАВ, с битумом, рационально подобранная применительно к химической природе сырья для производства минерального порошка.
В соответствие с ГОСТ Р 52129-2003 <1>порошки минеральные в зависимости от показателей свойств и применяемых исходных материалов подразделяют на марки МП-1(порошки неактивированные и активированные из карбонатных осадочных горных пород и порошки из битуминозных пород) и МП-2 (порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства ). Карбонатная порода – осадочная порода состоящая более чем на 50% из одного или нескольких карбонатных минералов, например из известняков (СаСО3), доломитов (СаСО3, MgCO3 с примесями глинистого, железистого, кремнистого и др. веществ) и переходных между ними разновидностями.
Некарбонатная порода — это осадочная или изверженная порода, состоящая более чем на 50% из минералов кремнезема (SiO2), например опок, трепелов, туфов, песчаника, гранитов.
Порошковые отходы промышленного производства – это отходы промышленного производства не требующее измельчения, например золы — уноса и золо — шлаковые смеси тепловых электростанций, пыль уноса цементных заводов, металлургические шлаки и др.
ГОСТ 52129-2003 ограничивает содержание полуторных окислов (Al2O3+Fe2O3) в горных породах и промышленных отходах производства используемых при приготовлении порошков, и в порошковых отходах промышленного производства, используемых в качестве порошка до 7% — для активированных порошков и до 1,7% — для неактивированных порошков. В твердых промышленных отходах производства, используемых для приготовления порошков, и в порошковых промышленных отходах производства, используемых в качестве порошков, ограничивается так же содержание активных CaO+MgO до 3%, водорастворимых соединений до 6%. Эти ограничения, на наш взгляд подлежат уточнению. Так, например, исследованиями Ядыкиной В.В., Высоцкой М.А., доказано, что за счет активного взаимодействия минеральных порошков, содержащих 20-40% оксида кальция с битумом замедляется интенсивность его старения в асфальтобетоне, что способствует повышению долговечности.
В работе Высоцкого А.В. установлено, что содержание оксидов железа в минеральном порошке в количестве 50-80% приводит к повышению коррозионной устойчивости асфальтобетона и к снижению интенсивности старения битума за счет более активного взаимодействия поверхности минерального материала с его компонентами.
Технология приготовления минеральных порошков аналогична технологии помола сухих горных пород и технических каменных материалов, которые широко применяют в цементной, керамической и огнеупорной промышленностях . Во многих случаях приготовление минеральных порошков производят вдали от мест их применения в битумоминеральных и асфальтобетонных смесях, что вызывает необходимость их упаковки в крафт-мешки во избежании значительных потерь от распыла при транспортировании навалом в автомобилях и вагонах. Технология приготовления порошков заимствована из давно известных технологий размола материалов на любых видах мельниц, обеспечивающих заданную техническими условиями тонкость помола и наименьшую стоимость порошка.
Технологические переделы получения минеральных порошков следующие: разработка камня крупных размеров в карьере (взрывом); транспортирование камня к дробильной установке; плинтовка негабаритного камня; грохочение; первичное дробление камня до габаритных размеров; грохочение; вторичное дробление до крупности 15-20 мм; подсушка габаритного камня 15-20 мм до влажности менее 0,5%; помол камня без сепарации или с сепарацией, также без сепарации с обработкой активирующей смесью; хранение минерального порошка и упаковка; транспортирование минерального порошка к месту применения. В данное время порошки приготовляют на шаровых мельницах производительностью 3-10 т/ч, которые широко используются при размоле клинкера портландцемента и др. материалов.
Технология производства минерального порошка довольно энергоемка и трудоемка, поэтому его производство в условиях асфальтобетонных заводах не эффективно.
В Центрально-Черноземном районе (ЦЧР) действуют два мощных цементных завода: ЗАО «Белгородский цемент» и ЗАО «Осколцемент», мощности которых недозагружены из-за недостаточного спроса. Из-за отсутствия карбонатного сырья, сложности технологии производства минерального порошка дорожные организации Белгородской, Курской, Воронежской и других областей ЦЧР и других регионов Росси намерены применять в асфальтобетонных смесях цемент в качестве минерального порошка, что должно обеспечить высокое качество асфальтобетона в верхних слоях покрытий автомобильных дорог и городских улиц, а так же снижение стоимости устройства таких покрытий (за счет снижения транспортных расходов).
При планово-распределительной экономике цемент являлся строго фондируемым материалом (минеральным вяжущим) для приготовления строительных растворов, цементных бетонов, а так же для производства сборных цементобетонных, железобетонных деталей и конструкций. Применение цемента на других работах запрещалось, по этому не велись научно-исследовательские работы по его применению не по назначению.
В рыночной экономике применение цемента на любых видах работ, в том числе и в качестве минерального порошка в асфальтобетонных смесях, диктуется получением максимально возможного дохода-прибыли. Однако, применение цемента в качестве минерального порошка в асфальтобетонных смесях сдерживается из-за отсутствия нормативных документов. Действующие нормативные документы, регламентирующие качество минерального порошка ГОСТ Р 52129-2003 <1>, качество асфальтобетонных смесей и асфальтобетоннов ГОСТ 9128-97 <4>не содержат сведений о возможности применении цемента в качестве минерального порошка.
Портландцемент и шлакопортландцемент общестраительного назначения изготовляют на основе портландцементного клинкера в соответствии с требованиями ГОСТ 101178-85<4>. По вещественному составу цемент подразделяют на портландцемент (без минеральных добавок), портландцемент с минеральными добавками ( с активными минеральными добавками не более 20%), шлакопртландцемнт ( с добавками гранулированного шлака более 20 %). По прочности при сжатии в 28 суточном возрасте цемент подразделяют на марки: портландцемент 400, 500, 550 и 600; шлакопортландцемент 300, 400 и 600.
Для приготовления асфальтобетонных смесей могут быть использованы в качестве минерального порошка цементы с наименьшей активностью, (портландцемент марки не выше 400, шлакортландцемнт марок 300, 400).
Особенности применения цемента в качестве минерального порошка заключается в его минеральном составе, значительно отличающегося от минерального состава порошков из карбонатных горных пород. Минеральный порошок марки МП-1состоит в основном из минералов СаСО3, не вступающих в реакции гидролиза и гидротации .
Образование цементного клинкера происходит в зоне спекания вращающихся печей в интервале температур 1100-1500 градусов. В результате взаимодействия СаО свободных окислов и получение соединений силикатов алюминатов, ферритов кальция с образованием жидкой фазы до 15-30% и главнейших соединений в такой последовательности: 2СаОSiO2 (двухкальцевый силикат С2S), 3СаОAl2O3 (трехкальцевый алюминат С3А), 4СаОAl2OFe2O3 (четырехкальцеевый алюмоферрит C4AF) и 3CaOSiO2 (трехкальцевый силикат С3S). В конечном продукте может содержаться небольшое количество (до 1,5%) избыточной свободной CaO или MgO.
В портландцементе содержание клинкерных минералов бывает: трехкальциевого силиката (C3S) 37-60%, двухкальциевого силикаита (C2S) 15-37%, трехкальциевого алюмината (C3A) 7-15% и четырехкальциевого алюмоферрита (C4AF) 10-18%. Для замедления реакции схватывания цементного теста в результате образования гидросульфоалюмината кальция в цементный клинкер при помоле вводят до 3 % гипса (CaSO4 2H2O).
При взаимодействии цемента с водой возникают процессы гидратации (реакция, протекающая с присоединением воды) и гидролиза (реакции без распада вещества или с распадом его и образованием новых соединений).
Эти сложные процессы в общих чертах могут быть отнесены к следующим реакциям главнейших минералов. В процессе взаимодействия с водой трехкальциевого силиката происходит гидролитическая диссоциация по реакции: 3CaOSiO2 +nH2O — 2CaOSiO2 nH2O+Ca(OH)2.
Двухкальцевый силикат при взаимодействии с ограниченным количеством воды гидратируется по следующиму уравнению: 2СaOSiO2+nH2O – 2CaO SiO2 nH2O.
Трехкальцеевый алюминат весьма быстро присоединяет воду по уравнению: 3CaOAl2O3+H2O – 3 CaOAl2O3 6H2O.
Поскольку в цементной смеси имеется гипс последний вступает в реакцию с гидротрехкальцеевым алюминатом, образуя труднорастворимое новообразование – гидросульфоалюминат кальция по следующему уравнению:
Четырехкальцеевый алюмоферрит при взаимодействии с водой образует: 4CaOAl2O3Fe2O3+nH2O – 3CaOAl2O3 6H2O+CaOFe2O3 nH2O.
Таким образом, в асфальтобетоне с применением цемента в качестве минерального порошка, несмотря на наличие на их поверхностях структурированных пленок битума, при увлажнении могут происходить в какой-то мере реакции гидролиза и гидротации клинкерных минералов с образованием указанных новообразований. Иследование возможности протекния реакций гидролиза игидротации клинкерных минералов в водонасыщенном асфальтобетоне, химического взаимодействия компонентов битума с цементом не проводились.
Для выяснения вопроса о возможности применения цемента в качестве минерального порошка в асфальтобетонных смесях необходимо провести комплексное исследование по решению следующих задач:
-изучение процессов взаимодействия портландцемента и шлакопортландцемента с компонентами битума и свойств асфальтовяжущего на их основе;
-обоснование оптимальной добавки цемента в минеральном порошке при его частичной замене;
-разработка рациональных составов асфальтобетонных смесей с применением цемента в качестве минерального порошка и с использованием минерального порошка с оптимальной добавкой цемента для устройства верхних слоев покрытий автомобильных дорог;
-исследование физико-механических характеристик, долговечности и коррозионной стойкости полученного асфальтобетона;
-подготовка нормативно-технической документации для внедрения в производство результатов работы;
-апробация результатов теоретических и лабораторных исследований в промышленных условиях.
Список литературы
1. ГОСТ Р 52129-2003. «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия». — М., 2003. – 12с.
2. Высоцкая М.А. Асфальтобетон с применением известьсодержащих минеральных порошков. Автореферат на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. – Белгород, 2004. – 22с.
3. Высоцкий А.В. Эффективный асфальтобетон на минеральных материалах из железосодержащего техногенного сырья КМА. Автореферат на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. — Белгород, 2004. — 23с.
4. ГОСТ 9128-97. «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон. Технические условия». — М., 1997. — 13с.
С анализом российского рынка ЩМАС Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков « Рынок стабилизаторов щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей в России » .
Гридчин А.М., д-р техн. наук, проф.,
Шухов В.И. канд. техн. наук, доц.,
Кайдалов О.А., аспирант
Белгородский государственный технологический
университет им. В.Г. Шухова
Источник
Минеральные порошки-заменители цемента (активные минеральные добавки и наполнители)
Уральский Завод Строительных Материалов производит минеральные порошок марки МП-1 и МП-1 Активированный всех фракций.
Минеральные порошки-заменители цемента (активные минеральные добавки и наполнители) составляют отдельную и достаточно автономную группу. Эти порошки вводят либо при помоле клинкера, либо непосредственно в бетонную смесь. Минеральные добавки снижают затраты на строительство, повышают прочность, морозостойкость, водонепроницаемость бетона, а также оказывают влияние на конечные свойства бетона за счет гидравлического или пуццоланового воздействия. Добавки, проявляющие пуццолановую активность, могут быть как естественного происхождения (вулканический пепел), так и побочными продуктами, образующимися при сгорании топлива (зола-унос) или металлургической промышленности (кремнеземная пыль, микросилика).
Комитет SBC RILEM предложил вариант классификации минеральных добавок техногенного происхождения. Эта классификация позволяет оценить материалы по их воздействию на цементные системы: по проявлению вяжущих свойств и пуццолано-вого эффекта, то есть способности вступать в химическую реакцию с присутствующими и образующимися в бетонной смеси химическими соединениями.
Среди техногенных добавок, проявляющих пуццо-лановую активность и вяжущие свойства, особое внимание уделяется аморфному кремнезему, названному первооткрывателями «Microsilica». «Microsilica» является высокоактивным пуццоланом и стала известной в результате научно-практической активности скандинавских ученых. Сегодня ее используют при любом ответственном строительстве, а мировым монополистом в производстве микросилики и владельцем патентов на технологию ее изготовления является норвежский концерн ELKEM ASA.
В физическом смысле микросилика (аморфный конденсированный микрокремнезем) является пылью, которую образуют микроскопические шарики (микросферы) размером 0,1-0,3 мкм. В бетонных смесях и строительных растворах этот порошок ведет себя двояко: сферическая форма частиц содействует усилению «подшипникового эффекта», а кремнезем проявляет «пуццолановую» активность. Наличие миллионов микросфер облегчает перемещение различных компонентов бетонной смеси по отношению друг к другу, способствуя повышению равномерности распределения компонентов, повышению удобоукладываемости смеси и ее перекачиваемости, что особенно важно в случае применения бетононасосов при высотном строительстве.
При затворении бетонной смеси водой и гидратации клинкерных минералов образуется ряд химически активных веществ, к которым, в первую очередь, следует отнести гидрат окиси кальция и гидрат силиката кальция, во многом определяющий прочность цементного камня и бетона. Добавление в бетонную смесь микрокремнезема создает условия для превращения нестабильной и растворимой гидроокиси кальция в кристаллический гидрат силиката кальция. В результате возрастают прочность и химическая стойкость бетона, а микросферы плотно заполняют пространство, освобождаемое химически связанной водой. Значительно растущая плотность структуры бетона повышает как его прочность, так и водонепроницаемость, а следовательно, и долговечность бетонного камня, его стойкость к факторам коррозии.
Отечественные ученые также исследовали и использовали свойства активного кремнезема при получении рецептур добавок — модификаторов бетона. Под руководством проф. Батракова А.Г. синтезирован модификатор на основе аморфного кремнезема и суперпластификатора, способствующий достижению высоких показателей по прочности, плотности и стойкости. Учеными НИИЖБ синтезированы добавки, как содержащие микросилику, так и ее смесь с золой-уносом, другими компонентами.
Разновидностью минеральных добавок являются расширяющиеся добавки, вводимые в портландце-ментный клинкер при его помоле. В качестве расширяющихся добавок используют алюминаты и сульфаты кальция, оксиды кальция и магния, специально приготовленные из глиноземистого цемента высококальциевые алюминаты, глиноземистый цемент, сталерафи-нировочные шлаки, обожженные алунитовые породы.
В качестве добавок могут рассматриваться следующие материалы для механического укрепления бетона: полипропиленовые волокна, металлическая фибра и стружки, которые не образуют единого арматурного каркаса, но способствуют повышению прочности бетона на изгиб и при срезывающих нагрузках. Вводят волокна или фибру на стадии приготовления бетонных смесей.
Искусственные химические добавки-модификаторы представляют собой вязкие растворы или порошкообразные материалы, растворимые в воде с образованием слабощелочных или нейтральных растворов. Это могут быть чистые неорганические вещества, их смеси, органические соединения, органоминераль-ные комплексы. Модификаторы могут быть синтезированы специально (но не обязательно для нужд строительства) или быть побочными продуктами (отходами) других производств.
Химические органические добавки являются продуктами органического синтеза целлюлозных соединений или переработки отходов лесохимии, целлюлозно-бумажной, химической и нефтехимической промышленности, агрохимии и др. Наиболее распространенные представители органических химических добавок (модификаторов) — это поверхностно-активные вещества (ПАВ), на их основе могут быть получены практически любые функциональные типы добавок. ПАВ по-разному проявляют активность и направление действия. Вид и положение функциональных групп в молекуле обусловливает взаимодействие ПАВ с гидрооксидом кальция на поверхности твердой фазы. Природа радикала и его строение, конформное состо.-яние макромолекулы цепи характеризует сплошность пленки продуктов взаимодействия в поверхностном слое гидратирующего цемента.. Степень растворимости продуктов взаимодействия олигомеров с жидкой фазой цементного камня определяет эффективность модификатора.
Источник
