Цемент с повышенным содержанием минеральных добавок

Сергей Лукошкин
Сергей Лукошкин Менеджер по технической поддержке продаж, ЛафаржХолсим Россия
Опубликовано 20 апреля 2020, среда

С целью снижения содержания клинкерной части в цементах, широкого использования минеральных компонентов – отходов промышленности, снижения выбросов углекислого газа при производстве клинкера во многих передовых странах мира получили широкое распространение цементы с высоким содержанием (от 30 до 80%) активных минеральных добавок. Использование активных минеральных добавок при производстве цемента обусловлено не только необходимостью экономии дорогостоящего клинкера, но и необходимостью придания бетонам определенных строительно-технических свойств (повышенная водонепроницаемость, морозостойкость, трещиностойкость, стойкость к коррозии). Данное положительное влияние на свойства бетона обусловлено наличием пуццоланической активности у минеральных компонентов (шлак, кислая зола-уноса, пуццолана, микрокремнезем), т.е. способностью взаимодействовать с гидроксидом кальция, который образуется в значительном количестве (15-20%) при гидратации основных клинкерных минералов, с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция гелевидной структуры, которые уплотняют и упрочняют структуру цементного камня. Наиболее широко в мировой практике для производства цементов применяются золы-уноса и шлаки. Пуццоланы имеют высокую водопотребность, поэтому их использование ограничено. Микрокремнезем по причине высокой удельной поверхности имеет низкую технологичность (зависает в силосах, налипает на транспортирующие и дозирующие устройства), поэтому при производстве цемента не используется. В России нет зол-уноса требуемого качества для производства цемента, поэтому единственный материал, пригодный для производства цемента с повышенным содержанием минеральных добавок класса прочности не ниже 42.5 – это доменный гранулированный шлак.

Пластифицированный цемент низкой водопотребности

Данная технология производства цемента была разработана в СССР для обеспечения нужд военно-промышленного комплекса. Технология предполагает совместный помол компонентов цемента в присутствии органического модификатора с целью механохимической активации клинкера и минеральных добавок. Преимущества данной технологии производства цемента следующие:

  • Снижение клинкерной части до 30% за счет замещения ее минеральными добавками до 70%
  • Повышение прочности цементов до класса 82,5 (до 100 МПа) за счет увеличения степени гидратации клинкера и снижения водопотребности
  • Повышение гарантированного срока хранения цемента до 12 месяцев
  • Снижение удельных затрат топлива и выбросов СО2 и Nox на каждую тонну цемента в 2-3 раза
  • Улучшение технологических параметров работы цементных мельниц, перекачиваемости цементов
  • Повышение качества и долговечности бетонов

На заводе Щурово было проведено несколько промышленных тестов по производству цемента низкой водопотребности. В качестве минерального компонента использовался шлак Северсталь и кварцевый песок в количестве около 40%. В качестве органического модификатора использовалась химическая добавка на основе эфиров поликарбоксилатов, которая показала более высокую эффективность по сравнению с нафталин сульфонатами. Характеристики цемента (по ПНСТ 19-2014 - расплыв конуса 130 мм) представлены в таблице ниже.

Прочность при сжатии Сроки схватывания Н.Г.Ц.Т. Блэйн Шлак Песок Химическая добавка ЭПК
2 суток 7 суток 28 суток начало конец    
  MПa MПa MПa мин мин % см2/г % %  

1

45.0 55.7 62.6 247 377 22.0 4656 - 40 0.6

2

58.0 72.5 86.0 246 380 22.2 4729 37 - 0.6

Из таблицы видно, что прочностные характеристики цемента со шлаком значительно выше во все сроки твердения, поскольку песок является инертным компонентом. Также необходимо отметить низкую водопотребность цемента (22%) по причине использования химической добавки. Водопотребность обычных цементов в пределе 27-28%. С использованием данных цементов были изготовлены стандартные составы бетона (расход цемента 330 кг/м3), характеристики которых представлены в таблице ниже.

  Плотность [кг/м3] В/Ц ОК
[см]
ОКt
[см]
t
[мин]
R ТВО
[МПа]
R 3 сут
[МПа]
R 7сут
[МПа]
R 28/56 сут
[МПа]

Без химических добавок

№1 песок 2380 0.51 21 12 120 21.8 22.2 26.3 30.6/30.8
№2 шлак 2390 0.49 20 11 105 31.9 26.0 36.1 47.0/52.3

Зика Пласт Е-4 0.5%

№1 песок 2480 0.42 23 10 180 36.5 39.0 46.2 53.6/57.8
№2 шлак 2500 0.46 21 10 110 44.1 38.1 46.1 62.7/68.4

Зика Пласт Е-4 1.0%

ЦЕМ II/А-К(Ш-И) 42.5Н ЩУР 2400 0.56 21 13 130 26.3 25.9 33.5 41.4
ЦЕМ I 42.5Н ЩУР 2430 0.55 22 13 190 32.0 30.8 40.2 48.8

По результатам испытаний можно сделать следующие выводы:

    ? Возможность производства на цементе со шлаком бетонов класса прочности В35 без химических добавок и В50 с химическими добавками ? Возможность производства на цементе с песком бетонов класса прочности В22.5 без химических добавок и В40 с химическими добавками ? Остановка кинетики набора прочности после 28 суток на цементе с песком без химических добавок ? Недостаточная сохраняемость подвижности бетонов на цементах низкой водопотребности

Кроме того, была зафиксирована потеря пластифицирующего эффекта цемента с химической добавкой на основе эфиров поликарбоксилатов в процессе хранения. При этом, себестоимость цемента низкой водопотребности значительно выше по сравнению с обычными цементами по причине использования химической добавки. Таким образом, широкое применение цемента низкой водопотребности невозможно по вышеуказанным причинам. Альтернативная возможность для производства цемента с повышенным содержанием минеральных компонентов – цемент ЦЕМ II/В-Ш 42.5Н с количеством шлака 30%.

Цемент ЦЕМ II/В-Ш 42.5Н с количеством шлака 30%

С целью изучения возможности производства данного типа цемента на заводах Щурово и Ферзиково были проведены сравнительные тесты с целью определения возможности производства продукта оптимального качества. Сырьевые компоненты на данных заводах отличаются. Активность клинкера Ферзиково выше Щурово по причине наличия в сырьевой базе Щурово высокого содержания оксида магния. Кроме того, шлак Тулачермет, который использует завод Ферзиково, имеет преимущества по активности и размалываемости перед шлаком Северсталь, который использует завод Щурово. Характеристики цемента ЦЕМ II/В-Ш 42.5Н (по ГОСТ 30744) представлены в таблице ниже.

Прочность при сжатии Сроки схватывания Н.Г.Ц.Т. Блэйн Шлак
2 суток 7 суток 28 суток начало конец    
  MПa MПa MПa мин мин % см2/г %

1 ЩУР

20.8 27.5 46.9 171 245 28.0 4922 33

2 ФЕР

24.1 35.7 48.3 205 265 27.0 3932 32

Из таблицы видно, что начальная прочность цемента, производства Щурово значительно уступает цементу Ферзиково, в то время, как разница в марочной прочности незначительна. Удельная поверхность цемента, при которой были достигнуты требуемые показатели прочности, завода Ферзиково значительно меньше завода Щурово по причине более высокой активности клинкера и шлака завода Ферзиково. С использованием данных цементов были изготовлены стандартные составы бетона (расход цемента 330 кг/м3) без использования химических добавок (вариант тарированного применения), характеристики которых представлены в таблице ниже.

  Плотность
[кг/м3]
В/Ц ОК
[см]
ОКt
[см]
t
[мин]
R ТВО
[МПа]
R 3 сут
[МПа]
R 7сут
[МПа]
R 28 сут
[МПа]

Без химических добавок

1 ЩУР 2360 0.68 21 14 135 18.9 16.0 20.8 31.9
2 ФЕР 2370 0.68 20 15 130 21.8 17.4 21.1 31.1
ЦЕМ II/А-К(Ш-И) 42.5Н ЩУР 2350 0.72 20 14 120 13.4 13.2 18.5 25.5
ЦЕМ II/А-И 42.5Б ФЕР 2410 0.71 21 14 105 17.3 17.4 20.2 27.4

Из таблицы видно, что характеристики цементов ЦЕМ II/В-Ш по всем параметрам сопоставимы с рядовыми цементами ЦЕМ II/А заводов Ферзиково и Щурово, а прочность в марочном возрасте даже превосходит. Результаты тестирования стандартных составов бетона (расход цемента 330 кг/м3) с использованием химических добавок (вариант навального применения) представлены в таблице ниже.

  Плотность
[кг/м3]
В/Ц ОК
[см]
ОКt
[см]
t
[мин]
R ТВО
[МПа]
R 3 сут
[МПа]
R 7сут
[МПа]
R 28 сут
[МПа]

Зика Пласт Е-4 1.0%

1 ЩУР 2430 0.54 21 15 230 31.9 27.6 35.8 48.4
2 ФЕР 2420 0.53 20 15 170 32.2 30.5 37.2 46.0
ЦЕМ II/А-К(Ш-И) 42.5Н ЩУР 2400 0.56 21 13 130 26.3 25.9 33.5 41.4
ЦЕМ II/А-К(Ш-И) 42.5Н ФЕР 2410 0.55 21 13 150 28.9 30.9 37.9 45.6

Из таблицы видно, что характеристики цементов ЦЕМ II/В-Ш по всем параметрам сопоставимы с рядовыми цементами ЦЕМ II/А заводов Ферзиково и Щурово, а прочность в марочном возрасте даже превосходит.

По результатам испытаний можно сделать следующие выводы:

  • Результаты промышленных тестов показали возможность выпуска цемента ЦЕМ II/В-Ш 42.5Н с повышенным до 32% содержанием минеральной добавки шлака сопоставимого по качеству с текущими продуктами ЦЕМ II/А-К(Ш-И) 42.5Н заводов Ферзиково и Щурово
  • По причине низкой активности шлака производства Северсталь и высоких затрат на помол выпуск цемента ЦЕМ II/В-Ш 42.5Н на заводе Щурово экономически нецелесообразен
  • По причине высокой активности шлака производства Тулачермет экономически целесообразно выпускать цемент ЦЕМ II/В-Ш 42.5Н на заводе Ферзиково

Понравилась статья?

Сергей Лукошкин
Сергей Лукошкин Менеджер по технической поддержке продаж, ЛафаржХолсим Россия
Комментарии 0
Ваше имя *
E-mail *
Телефон
Комментарий *
Спасибо за ваше комментарий!
Мы обязательно ответим вам в ближайшее время.

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, пользовательских данных (сведения о местоположении; тип и версия ОС; тип и версия Браузера; тип устройства и разрешение его экрана; источник откуда пришел на сайт пользователь; язык ОС и Браузера; какие страницы открывает и на какие кнопки нажимает пользователь; ip-адрес) в целях функционирования сайта, проведения статистических исследований и обзоров. Если вы не хотите, чтобы ваши данные обрабатывались, покиньте сайт.

樱花动漫网-官网