Применение наполнителя "Карболцем" для снижения себестоимости сухих строительных смесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение наполнителя «Карболцем» для снижения себестоимости сухих строительных смесей

Светлана Савкина

При производстве клинкера из вращающейся печи с потоком отходящих газов часть материала выносится в виде пыли. Пылеунос может достигать 20-30%. Ценнейшим свойством данного продукта является то, что он представляет собой частично обожжёный материал и содержит значительную долю сырья, на подготовку которого (добыча, транспортировка, помол, тепловая обработка) было затрачено большое количество электроэнергии и топлива.

В настоящее время в связи с повышенными требованиями к экологии окружающей среды для многих предприятий цементной промышленности задача утилизации цементной пыли становится первоочередной. В связи с этим компания Holcim Rus приняла решение найти рациональный способ применения пыли от производства белого портландцементного клинкера для изготовления различных строительных материалов.

Данный продукт может являться полноценным минеральным компонентом сухих строительных смесей и мелкоштучных бетонных изделий. Представляемому наполнителю известково-силикатного состава мы дали торговое название «Карболцем», которое полностью отражает его химико-минералогическую основу.

В ходе исследовательской работы перед нами стояли следующие задачи:

- определить химико-минералогический и гранулометрический состав наполнителя «Карболцем»;

- оценить влияние наполнителя «Карболцем» на строительно-технические свойства цементного камня.

Для сравнения химический состав наполнителя «Карболцем» и белого портландцемента марки ПЦБ-1-500 Д0 производства ОАО «Щуровский цемент» представлен в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав наполнителя «Карболцем» и белого цемента

Наполнитель «Карболцем» представляет собой однородный минеральный порошок светлого цвета (коэффициент отражения света равен 70% абсолютной шкалы). Из результатов химического анализа следует, что в наполнителе «Карболцем» преимущественно содержатся оксиды кальция, алюминия и кремня, что показывает схожесть его химического состава с белым портландцементом. Среднее содержание СаО в наполнителе «Карболцем» не менее 48%, оксидов кремния - не более 15% и алюминия - не более 5%. Присутствующие в наполнителе оксиды могут реагировать со свободной известью портландцемента. Продукты этих реакций кольматируют поровое пространство твердеющего цементного камня, тем самым увеличивая его прочность. Щелочные оксиды входят в состав наполнителя «Карболцем» в количестве не более 2%, что не окажет существенного влияния на высолообразование и долговечность затвердевшего цементного камня.

По результатам гранулометрического анализа (таблица 2 и рисунок 1) можно сказать, что зерновые составы наполнителя «Карболцем» и белого портландцемента ПЦБ-1-500 Д0 существенно не отличаются.

Таблица 2. Дисперсность наполнителя «Карболцем» и белого портландцемента

Рисунок 1. Гранулометрический состав наполнителя «Карболцем» и белого цемента

Из таблицы 2 видно, что D(v, 0,1) и D(v, 0,5) у белого портландцемента и наполнителя «Карболцем» также существенно не отличаются. Средний размер частиц белого цемента (17,01 мкм) немного меньше по сравнению со средним размером частиц наполнителя «Карболцем» (22,09 мкм). Однако, основное отличие наполнителя «Карболцем» и белого цемента лежит в области крупных фракций. Из полученных данных видно, что в наполнителе «Карболцем» частиц размером порядка 60 мкм содержится около 5%, а в белом цементе таких частиц не содержится.

По данным петрографического анализа в наполнителе «Карболцем» условно можно выделить три основные фракции (рисунок 2): мелкая фракция - не более 8 мкм (69%), крупная фракция - не более 60 мкм (6%) и спекшийся агломерат - не более 35 мкм. Эти данные согласуются с данными гранулометрического анализа.

Рисунок 2. Схематичное изображение наполнителя «Карболцем» - мелкие зерна, 2 - крупные зерна, 3 - спек

Таблица 3. Состав наполнителя «Карболцем» по данным петрографического анализа

Петрографический анализ показывает, что карбонат кальция (таблица 3) присутствует в наполнителе «Карболцем» в слабо закристаллизованной форме. Он представляет собой мелкие зерна размером 2 - 8 мкм, которые преимущественно состоят из СаСО₃ на поверхности которого образуется пленка из мелкокристаллического (коллоидного) СаО в хорошо закристаллизованной форме. Также СаСО₃ присутствует в виде крупных хорошо закристаллизованных зерен размером 40 - 60 мкм в количестве не более 15% по массе.

Спекшийся агломерат - это полиморфное образование, ядром которого является СаСО₃ (в количестве 50%), на поверхности которого находятся зерна СаО (10%), сцементированного стекловидной фазой, преимущественно состоящей из 30 - 35% г-С₂S и 5% аморфной алюмосиликатной фазы. Спек по размерам неоднороден, в нем можно выделить две фракции:

- крупная размером 20 - 35 мкм (5%);

- мелкая размером 10 - 20 мкм (20%).

По данным рентгенофазового анализа (рисунок 3) видно, что в наполнителе «Карболцем» присутствует СаО, СаСО₃, а также SiO₂, который скорее всего содержится в стекловидной фазе спека. Рентгенофазовый анализ подтверждает данные петрографического анализа наполнителя «Карболцем».

Рисунок 3. Фазовый состав наполнителя «Карболцем»

Таким образом, наполнитель «Карболцем» преимущественно состоит из карбоната кальция, что дает основание использовать данный продукт в качестве минеральной добавки для производства различных строительных материалов. Карбонатные наполнители, добавляемые к портландцементу в количестве свыше 5%, благоприятно влияют на гидратацию клинкерных минералов. Благоприятная роль карбонатных наполнителей сводится к формированию в структуре цементного камня, главным образом, дополнительного количества гидрокарбоалюмината кальция, что приводит к упрочнению его структуры.

В ходе исследовательской работы нами были использованы составы на основе белого портландцемента ПЦБ-1-500 Д0, наполнителя «Карболцем» и различных химических добавок (таблица 4).

Таблица 4. Составы вяжущего, содержащего наполнитель «Карболцем»

Наполнитель «Карболцем» обладает большой удельной поверхностью и способен сорбировать на себе воду, что ухудшает как подвижность, так и сроки схватывания полученного вяжущего. Поэтому для регулирования подвижности в состав вяжущего вводилась добавка суперпластификатора Мelment F15. Добавка вводилась в количестве 1% (составы 6 - 10 в таблице 4). С целью удлиннения сроков схватывания в составы 11 - 15 вводилась комплексная добавка - пластификатор в сочетании с замедлителем схватывания (винная кислота в количестве 0,2%).

В качестве контрольных образцов были выбраны составы 1 - 5. Бездобавочный белый портландцемент (состав 1) был выбран как контрольный, чтобы показать свойства цементного камня, а образцы, содержащие 10, 20, 30 и 40% наполнителя (составы 2 - 5), с целью показать влияние наполнителя на свойства цементного камня.

На начальном этапе работы, исследовалось влияние добавок на нормальную густоту и сроки схватывания цементного теста. Полученные данные представлены на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4. Нормальная густота цементного теста

Рисунок 5. Сроки схватывания цементного теста

Из полученных данных видно, что при введении наполнителя «Карболцем» в состав цемента до 40 % нормальная густота увеличивается незначительно (составы 2 - 5) по сравнению с контрольным образцом (состав 1). Это можно объяснить тем, что наполнитель сорбирует на себе часть воды затворения за счет более развитой удельной поверхности, чем у обычного портландцемента, тем самым повышая водопотребность. Введение пластификатора в количестве 1% снижает водопотребность на 21 % (НГ = 0,27) и способствует снижению нормальной густоты цементного теста (составы 6 - 10) с содержанием наполнителя «Карболцем» примерно на те же 20% по сравнению с контрольными образцами (составы 1 - 5).

При этом, идёт значительное сокращение времени схватывания цементного теста, содержащего 1 % пластификатора Melment F15, как у контрольного образца, так и образцов, содержащих «Карболцем». Полученное вяжущее можно условно отнести к быстросхватывающимся белым портландцементам, при небольшом отрыве времени начала и конца схватывания цементного теста (15-20 минут).

Винная кислота изменяет поверхностно-активные процессы и способна сорбироваться на поверхности цементных зёрен, что можно объяснить ее дифильным строением. Кроме того она обладает слабовыраженным пластифицирующим эффектом. Поэтому ее введение совместно с пластификатором (составы 11 - 15) еще больше уменьшает нормальную густоту, примерно на 30%, по сравнению с контрольными (составы 1 - 5).

На следующем этапе работы мы исследовали влияние наполнителя «Карболцем» на прочностные характеристики цементного камня на 3, 7 и 28 сутки. Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5. Прочностные характеристики цементного камня в различные сроки твердения

строительный наполнитель цементный минералогический

При увеличении концентрации наполнителя «Карболцем» в составе вяжущего прочность цементного камня как в ранние, так и в поздние сроки твердения снижается незначительно (примерно на 10%) по сравнения с бездобавочным цементом (состав 1). Минимальное падение прочности на поздние сроки твердения наблюдается у образца состава 2 - 107,2 МПа, а максимальное у состава 5 - 69,5 МПа. При введении пластификатора количество воды затворения снижается, что приводит к формированию менее пористой структуры цементного камня, за счет чего его прочность увеличивается примерно на 10% (составы 6 - 10) по сравнению с контрольными (составы 1 - 5). Прочность образцов составов 11 - 15 сравнительно ниже, чем прочность образцов составов 1 - 5. На 28 сутки прочность на сжатие в 2 раза меньше, чем у контрольных образцов (составы 1 - 5). Это объясняется наличием в составе добавки винной кислоты. Она замедляет образование кристаллогидратов, которые заполняют поры цементного камня, тем самым процесс твердения вяжущего замедляется.

Таким образом, на основании полученных данных можно рекомендовать применение наполнителя «Карболцем» в качестве минерального компонента сухих строительных смесей, что способствует снижению себестоимости производства без ущерба качеству конечной продукции. Использование различных модифицирующих добавок позволяет регулировать реологические и прочностные характеристики строительных растворов с наполнителем «Карболцем».

Размещено на Allbest.ru