ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ С ПРИРОДНЫМИ АКТИВНЫМИ МИНЕРАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ

Полный текст:

Аннотация

Одним из эффективных и актуальных направлений энергосбережения в производстве портландцемента, получивших распространение во всем мире, является совместный помол портландцементного клинкера с вводимыми минеральными добавками в виде пуццолановых пород, зол и шлаков.
Основной целью исследования является научное обоснование возможности получения портландцемента стабильного качества путем совместного помола портландцементного клинкера с природными минеральными добавками с учетом условий размещения производства.
В качестве активной минеральной добавки к портландцементу изучены доступные речные (кварц-полевошпатовые) пески Ленского бассейна и многотоннажное сырье – цеолитсодержащие породы месторождения Хонгуруу. В исследованиях применялись стандартные методы испытаний вяжущих и бетонов на их основе, современный метод рентгенофазового анализа.
В статье приведены результаты определения активности изучаемых минеральных добавок к портландцементу. Исследованы основные свойства портландцемента из клинкера, гипсового камня и минеральных добавок применительно к организации производства портландцемента стабильного качества и изделий на его основе для ресурсного обеспечения объектов строительства в Северо-Восточной части Арктики и Севера России. Изучено влияние количества добавок и тонкости помола портландцемента из клинкера с цеолитсодержащей породой и кварц-полевошпатовым песком на нормальную густоту и сроки схватывания цементного теста, прочность стандартных образцов из цементного раствора.
Установлена возможность получения портландцемента типа ЦЕМ II/А-П32,5Н и ЦЕМ II/А-П 42,5Н из привозного портландцементного клинкера и местных минеральных добавок при экономии 5–15 % портландцементного клинкера.

Ключ. слова

Об авторах

Местников Алексей Егорович, докт. техн. наук, профессор

677000, г. Якутск, ул. Белинского, 58

Кудяков Александр Иванович, докт. техн. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Рожин Василий Никитич, ст. преподаватель

677000, г. Якутск, ул. Белинского, 58

Список литературы

1. Смирнова О.О., Липина С.А., Кудряшева Е.В. и др. Формирование опорных зон в Арктике: методология и практика // Арктика и Север. 2016. No 25. С. 148–157. Условия доступа: https://narfu.ru/university/library/books/3024.pdf (дата обращения: 23.01.19).

2. Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года // Правительство России [официальный сайт]. Условия доступа : http://government.ru/info/18360/ (дата обращения: 23.01.19).

3. Лукьянчиков С.А., Кудяков А.И. Управление качеством высокопрочных цементных тяжелых бетонов на основе сырьевой базы Сибирского региона // Эффективные рецептуры и технологии в строительном материаловедении : сб. Международной научно-технической конференции. Новосибирск : Новосибирский государственный аграрный университет, 2017. С. 47–53.

4. Стешенко А.Б., Кудяков А.И. Раннее структурообразование пенобетонной смеси с модифицирующей добавкой // Инженерно-строительный журнал. 2015. No 2 (54). С. 56–62.

5. Кудяков В.А., Кудяков А.И., Лукьянчиков С.А., Кудяков К.Л. Управление технологическими процессами производства модифицированных бетонов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. No 6 (65). С. 116–126.

6. Ильина Л.В. Повышение эксплуатационных характеристик строительных материалов на основе цемента длительного хранения : автореф. дис. . докт. техн. наук. Л., 2011. 39 с.

7. Кузнецова Т.В. Основные направления развития химии и технологии цемента // Технологии бетонов. 2014. No 11 (100). С. 46–49.

8. Perraki T., Kontori E., Tsivilis S., Kakali G. The effect of zeolite on the properties and hydration of blended cements // Cement and Concrete Research. 2010. No 32. Р. 128–133.

Читайте так же:

Расход известково цементного раствора

9. Horst-Michael Ludwig, Wensheng Zhang. Research review of cement clinker chemistry // Cement and Concrete Research. 2015. No 78. Р. 24–37.

10. Кудяков А.И., Симакова А.С., Кондратенко В.А., Стешенко А.Б., Латыпов А.Д. Влияние органических добавок на свойства цементного теста и камня // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20. No 6. С. 138–147.

11. Zaichenko M., Serdiuk O., Khalujshev O. The technology and properties of modified Portlandcomposite cements for sustainable construction // Modern industrial and civil construction. 2013. V. 9. No 1. Р. 23–31.

12. Nelyubova V.V., Strokova V.V., Sumin A.V., Jernovskiy I.V. The structure formation of the cellular concrete with nanostructured modifier // Key Engineering Materials. 2017. V. 729. P. 99–103.

13. Кудяков А.И. Закладочные твердеющие смеси на нефелиновых вяжущих : автореф. дис. . канд. техн. наук. Л., 1975. 25 с.

14. Монтянова А.Н., Кириллов Д.С., Штауб И.В., Бильдушкинов Е.В. Специфические особенности закладочных работ на руднике «Мир» алмазодобывающей АК «АЛРОСА» // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2012. No 4. С. 10–14.

15. Бикбау М.Я., Высоцкий Д.В., Тихомиров И.В. Бетоны на наноцементах: свойства и перспективы // Технологии бетонов. 2011. No 11–12. С. 31–34.

16. Бикбау М.Я., Вавилов В.А. Портландцемент и его модификация в наноцемент с кварцевым песком // Сухие строительные смеси. 2018. No 4. С. 17–26.

17. Mestnikov A., Semenov C., Strokova V., Nelubova V. Autoclave foam concrete: Structure and properties Citation // AIP Conference Proceedings 2. Сер. «Advanced Materials in Technology and Construction», AMTC 2015: Proceedings of the II All-Russian Scientific Conference of Young Scientists «Advanced Materials in Technology and Construction». 2016. P. 070010.

18. Теория цемента / под ред. А.А. Пащенко. Киев : Будiвельник, 1991. С. 14.

19. Henning O., Kudyakow A., Winkler K. Der Einfluss von Quarz auf Zusammensetzung der Flussigen Phase und der festen Anteils von Zementsuspension // Wissenschaftlice Zeitschrift HAB. Weimar. 1987. 33. 5/6. S. 270.

Дополнительные файлы

Для цитирования: Местников Е.А., Кудяков А.И., Рожин В.Н. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ С ПРИРОДНЫМИ АКТИВНЫМИ МИНЕРАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ. Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2019;(2):192-201. https://doi.org/10.31675/1607-1859-2019-21-2-192-201

For citation: Mestnikov A.E., Kudyakov A.I., Rozhin V.N. PORTLAND CEMENT WITH NATURAL MINERAL ADDITIVES. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel’nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture. 2019;(2):192-201. (In Russ.) https://doi.org/10.31675/1607-1859-2019-21-2-192-201

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

3 ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ИСПЫТАНИЙ

3.1.1 Испытания следует проводить в помещениях с температурой воздуха ° С и относительной влажностью не менее 50 %.

3.1.2 Перед испытанием материалы и воду выдерживают до принятия ими температуры помещения.

3.1.3 Для изготовления и хранения образцов применяют питьевую воду по ГОСТ 2874 .

3.1.4 При проведении испытаний следует применять сосуды, приборы и инструменты, изготовленные из материалов, не реагирующих с цементом, цементным раствором и реактивами.

3.1.5 . Погрешность средств контроля не должна превышать:

1 г — при взвешивании материалов;

Читайте так же:

Пропорции при приготовлении цемента

0 ,5 г — при взвешивании воды;

0 ,5 см — при отмеривании воды.

ГОСТ 22266-2013 Цементы сульфатостойкие. Технические условия

Цели, основные принципы и основной порядок работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН ООО Фирма «ЦЕМИСКОН»

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 44-2013 от 14 ноября 2013 г.)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

4 Настоящий стандарт соответствует следующим европейским региональным стандартам: EN 197-1:2011* Cement — Part 1: Composition, specification and conforming criteria for common cements (Цемент. Часть 1: Состав, технические требования и критерии соответствия обычных цементов); EN 197-2:2000 Cement — Part 2: Conformity evaluation (Цемент. Часть 2: Подтверждение соответствия) в части классификации цементов по вещественному составу и прочности

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить, перейдя по ссылке на сайт http://shop.cntd.ru. — Примечание изготовителя базы данных.

5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 июня 2014 г. N 653-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 22266-2013 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2015 г.

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 10, 2015 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на сульфатостойкие цементы (далее — цементы), предназначенные для изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций, обладающих повышенной коррозионной стойкостью при воздействии сред, агрессивных по содержанию сульфатов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 3476-74 Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цемента

ГОСТ 4013-82 Камень гипсовый и гипсоангидритовый для производства вяжущих материалов. Технические условия

ГОСТ 5382-91 Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа

ГОСТ 6613-86 Сетки проволочные тканые с квадратными ячейками. Технические условия

ГОСТ 30108-94 Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов

ГОСТ 30515-2013 Цементы. Общие технические условия

ГОСТ 30744-2001 Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка

ГОСТ 31108-2003 Цементы общестроительные. Технические условия

Читайте так же:

Схема установки для производства цемент

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины и определения по ГОСТ 30515.

4 Классификация и обозначения

4.1 Классификация цементов по типам, классам и подклассам прочности должна соответствовать ГОСТ 30515 с дополнительным обозначением сульфатостойкости «СС» и таблице 1 настоящего стандарта.

4.2 По вещественному составу цементы подразделяют на типы:

ЦЕМ I СС — сульфатостойкий портландцемент;

ЦЕМ II/А СС и ЦЕМ II/В СС — сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками;

ЦЕМ Ill/A СС — сульфатостойкий шлакопортландцемент.

4.3 Типы, классы и подклассы прочности сульфатостойких цементов, а также разрешенные к применению добавки — основные компоненты цемента указаны в таблице 1.

Применяемые классы и подклассы прочности

Разрешенные минеральные добавки — основные компоненты

32,5Н; 32,5Б; 42,5Н; 42,5Б

Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками

Доменный гранулированный шлак

ЦЕМ II/А-К(Ш-П,МК) СС

Смесь шлака с пуццоланой или микрокремнеземом

Доменный гранулированный шлак

Примечание — Типы, классы и подклассы прочности — по ГОСТ 31108.

4.4 Условное обозначение цемента должно состоять:

— из наименования цемента по 4.2 и таблице 1;

— обозначения типа цемента по таблице 1;

— класса и подкласса прочности;

— обозначения сульфатостойкости «СС»;

— обозначения настоящего стандарта.

Пример условного обозначения сульфатостойкого портландцемента класса прочности 42,5 быстротвердеющего:

Сульфатостойкий портландцемент ЦЕМ I 42,5Б СС ГОСТ 22266-2013.

То же условного обозначения сульфатостойкого портландцемента с добавкой пуццоланы класса прочности 32,5 нормальнотвердеющего:

Сульфатостойкий портландцемент с пуццоланой ЦЕМ II/А-П 32,5Н СС ГОСТ 22266-2013 .

Допускается опускать в условном обозначении цемента его наименование.

Пример условного обозначения 1:

ЦЕМ I 42,5Б СС ГОСТ 22266-2013 .

Пример условного обозначения 2:

ЦЕМ II/А-П 32,5Н СС ГОСТ 22266-201 3.

Условные обозначения пластифицированных или гидрофобизированных цементов должны дополнительно включать в себя обозначение пластификации «ПЛ» или гидрофобизации «ГФ», помещаемые перед номером настоящего стандарта.

Пример условного обозначения пластифицированного сульфатостойкого портландцемента класса прочности 42,5 нормальнотвердеющего:

Сульфатостойкий портландцемент ЦЕМ I 42,5Н СС ПЛ ГОСТ 22266-2013 или ЦЕМ I 42,5Н СС ПЛ ГОСТ 22266-2013.

То же гидрофобизированного сульфатостойкого портландцемента с содержанием шлака от 20% до 35%, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющего:

Сульфатостойкий портландцемент со шлаком ЦЕМ II/В-Ш 32,5Н СС ГФ ГОСТ 22266-2013 или ЦЕМ II/В-Ш 32,5Н СС ГФ ГОСТ 22266-2013.

Условное обозначение цемента, в котором содержание щелочных оксидов не превышает 0,6% его массы, дополняют словом «низкощелочной» или обозначением «НЩ».

Пример условного обозначения сульфатостойкого портландцемента, класса прочности 32,5, быстротвердеющего, низкощелочного, пластифицированного:

ЦЕМ I 32,5Б СС НЩ ПЛ ГОСТ 22266-2013.

5 Технические требования

Цементы должны соответствовать требованиям настоящего стандарта и изготовляться по технологической документации, утвержденной предприятием-изготовителем.

Читайте так же:

Расчет потребности цемента для раствора

5.1 Характеристики

5.1.1 Клинкер, применяемый при производстве цемента, по химическому и расчетному минералогическому составу должен соответствовать требованиям, приведенным в таблице 2.

В процентах массы клинкера

Трехкальциевый алюминат , не более

, не более

Оксид алюминия , не более

Оксид магния , не более

5.1.2 Цемент по химическому составу должен соответствовать требованиям, приведенным в таблице 3.

В процентах массы цемента

Типы сульфатостойких цементов

ЦЕМ I СС классов и подклассов прочности 32,5Н; 32,5Б; 42,5Н

ЦЕМ I СС класса и подкласса прочности 42,5Б

ЦЕМ II/А-Ш СС, ЦЕМ II/В-Ш СС, ЦЕМ II/А-П СС, ЦЕМ II/А-К СС всех классов и подклассов прочности

ЦЕМ Ill/А СС всех классов и подклассов прочности

Потери при прокаливании (ППП), не более

Нерастворимый остаток (НО), не более

Оксид серы , не более

Ион хлора , не более

Щелочные оксиды в пересчете на

* Требование по содержанию в цементе щелочных оксидов применяют по соглашению между поставщиком и потребителем.

5.1.3 Допускается вводить во все типы цементов добавки — вспомогательные компоненты, соответствующие требованиям ГОСТ 31108. При этом в цементах типов ЦЕМ II и ЦЕМ III суммарное содержание добавок — основных и вспомогательных компонентов не должно быть более указанного в таблице 1 ГОСТ 31108.

5.1.4 По соглашению между поставщиком и потребителем допускается вводить в цемент при помоле пластифицирующие добавки в количестве не более 0,5% массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки. Пластифицирующие добавки не следует применять, если они плохо сочетаются с супер- или гиперпластификаторами, вводимыми в бетонную или растворную смесь при их изготовлении для снижения водопотребности и/или повышения живучести этих смесей.

5.1.5 Для защиты от воздействия влаги и воздуха и удлинения сроков хранения цемента допускается вводить в цемент при помоле гидрофобизирующие добавки в количестве не более 0,3% массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки. Гидрофобизированный цемент не должен впитывать воду в течение 5 мин от момента нанесения капли воды на поверхность цемента.

5.1.6 При производстве цемента для интенсификации процесса помола допускается вводить технологические добавки, не ухудшающие качество цемента, в количестве не более 0,5, органических добавок — не более 0,1% массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки. При этом суммарное содержание всех видов органических добавок, вводимых в цемент, не должно быть более 0,5%.

Эффективность технологических добавок при их первом применении, а также отсутствие их отрицательного влияния на свойства цемента и бетона должны быть подтверждены результатами испытаний в аккредитованных испытательных центрах.

5.1.7 Предел прочности при сжатии цемента соответствующего класса и подкласса прочности приведен в таблице 4.

Портландцемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3СаО∙SiO₂ и 2СаО∙SiO₂ 70-80 %).

Самые распространённые методы производства портландцемента — так называемые «сухой» и «мокрый». Всё зависит от того, каким способом смешивается сырьевая смесь — в виде водных растворов или в виде сухих смесей.

Читайте так же:

Готовая цементная смесь для садовой дорожки

При измельчении клинкера вводят добавки: 1,5…3,5 % гипса СaSO₄∙2H₂O (в перерасчёте на ангидрид серной кислоты SO₃) для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок — для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Сырьём для производства портландцемента служат смеси, состоящие из 75…78 % известняка (мела, ракушечника, известнякового туфа, мрамора) и 22…25 % глин (глинистых сланцев, суглинков) либо известняковые мергели, использование которых упрощает технологию. Для получения требуемого химического состава сырья используют корректирующие добавки: пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы.

При мокром способе производства уменьшается расход электроэнергии на измельчение сырьевых материалов, облегчается транспортирование и перемешивание сырьевой смеси, выше гомогенность шлама и качество цемента, однако расход топлива на обжиг и сушку на 30-40 % больше чем при сухом способе.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1470 °C в течение 2—4 часов в длинных вращающихся печах (3,6×127 м, 4×150 м и 4,5×170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь мокрого способа условно можно поделить на зоны:

сушки (температура материала 100…200 °C — здесь происходит частичное испарение воды);
подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O → Al₂O₃∙2SiO₂ + 2H₂O; далее при температурах 600…1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
декарбонизации (900…1200 °C). В этой зоне происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО₃ → СаО + СО₂, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al₂O₃, SiO₂) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al₂O₃ — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С₃А), протекающих ступенчато;
экзотермических реакций (1200…1350 °C). В этой зоне завершается процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С₃А, С₄АF (F — Fe₂O₃) и C₂S (S — SiO₂) — 3 из 4-х основных минералов клинкера;
спекания (1300→1470→1300 °C). В этой зоне происходит частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C₂S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С₃S);
охлаждения (1300…1000 °C). Здесь температура медленно понижается. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Узнать данный вид цемента можно по внешнему виду — это зеленовато-серый порошок. Как и все цементы, если к нему добавить воду, он при высыхании принимает камнеобразное состояние и не имеет существенных отличий по своему составу и физико-химическим свойствам от обычного цемента.

ПДК в воздухе (согласно ГОСТ 12.1.005-88): 6 мг/м3

Существуют следующие виды портландцемента:

быстротвердеющий;
нормальнотвердеющий;
пластифицированный;
гидрофобный;
сульфатостойкий;
дорожный;
белый и цветной;
с умеренной экзотермией;
с поверхностноактивными органическими добавками.

голоса

Рейтинг статьи

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ С ПРИРОДНЫМИ АКТИВНЫМИ МИНЕРАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ