Новые возможности улучшения качества теплоэффективных строительных материалов

• Измельчение сыпучих материалов методом свободного высоконагруженного удара
• Значение модуля крупности инертного заполнителя в производстве теплоэффективных строительных материалов
• Отчет о результатах независимых лабораторных испытаний

Как известно, любое производство бетонных и железобетонных изделий связано с использованием вяжущих и заполнителей.
Степень пригодности того или иного вяжущего или заполнителя определяется требуемыми характеристиками получаемых изделий.

Так, например, производство пенобетона и полистиролбетона низких плотностей предполагает использование высокомарочных цементов и природных песков групп: тонкий или очень тонкий (Мк 1,0 и менее). Что, прежде всего, обусловлено самой структурой ячеистого бетона и бетона на легком заполнителе сферической формы (полистиролбетон), состоящей из округленных пустот и межпоровых перегородок.

Принимая во внимание, что теоретически, без учета толщины межпоровых перегородок при максимально плотной укладке сферических пустот одинакового диаметра (кубическая схема размещения), возможно достижение ячеистой пористости 52.34 %, что не позволяет получать строительные материалы плотностью менее 1000 кг/м³.

Таким образом, получение строительных материалов плотностью менее 1000 кг/м³ на основе поризованного бетона и бетона на легких заполнителях становится возможным только при выполнении следующих обязательных условий:

1. Создание в материале двух, трех и более модальных построений сферических пор для увеличения процента поризации материала (до 74 % при двухмодальной и до 80 % при трехмодальной схеме укладки).
2. Уменьшение крупности частиц применяемого заполнителя (кварцевый песок, доменный шлак, зола уноса). Учитывая, что сам «скелет» поризованного материала характеризуется показателями прочности стенок (перегородок), необходимо стремиться к повышению прочности межпоровых перегородок при снижении их толщины. Иными словами, крупность частиц применяемого заполнителя должна быть гарантированно меньше толщины перегородок поризованного материала. В противном случае заполнитель из конструкционного материала межпоровых перегородок превращается в чужеродные включения, значительно снижающие прочность и теплотехнические показатели поризованного строительного материала.

Однако, при выборе инертного заполнителя, модуль крупности которого соответствует требованиям пункта 2, многие производители теплоэффективных строительных материалов сталкиваются с определенными трудностями. Дело в том, что месторождения тонких и очень тонких чистых (с минимальным содержанием примесей глинистых частиц) песков достаточно редки, а техногенные отходы различного происхождения, запасы которых весьма велики, требуют дополнительной обработки (измельчение, фракционирование), что является достаточно сложной технологической операцией.

Учитывая, что в основном объеме, производство теплоэффективных строительных материалов (пенобетона, полистиролбетона) развивается по пути создания предприятий небольшой мощности и упрощенной схемы производства, создание оборудования подготовки инертных и вяжущих компонентов, адаптированного к условиям производства строительных материалов, представляется особенно актуальной. При этом агрегаты измельчения способны не только решать задачи получения оптимального грансостава заполнителя различного происхождения (как природных, так и искусственных сыпучих материалов), но и резко повысить реологическую активность применяемого заполнителя.

Как известно, на процесс твердения бетонных смесей значительное влияние оказывает характер поверхности зерен, как цемента, так и заполнителя. Так, например, все резкие неровности на поверхности песка могут быть заполнены естественно образовавшейся оболочкой из глины, извести, окислов железа. Представленная оболочка плотно облегает зерно песка, изолируя его от сцепления с зернами цементного теста, тем самым, препятствуя физико-химическим процессам между частицами цемента и песка, что в конечном итоге приводит к ухудшению физико-механических свойств готовых изделий. Помол инертных заполнителей различного происхождения позволяет полностью решить данную проблему, увеличивая удельную поверхность отличного качества и высокой активности. Таким образом, агрегаты измельчения сыпучих материалов позволяют пересмотреть основные требования к сырьевым материалам для производства ячеистых бетонов неавтоклавного твердения и полистиролбетона низких плотностей при более рациональном использовании природных ресурсов отдельных регионов.

Основные физико-механические характеристики бетона напрямую зависят от качества используемых материалов для его приготовления. Особенности структуры ячеистых бетонов неавтоклавного твердения, способ формования стеновых блоков и панелей из этого материала предъявляют повышенные требования к качеству используемого цемента.

Учитывая, что формование изделий из пенобетона происходит по литьевой технологии, гидравлическая активность цемента является очень важным показателем. Подвижную пенобетонную массу разливают в формующую оснастку, в которой и происходит первичное возникновение новообразований в бетоне за счет взаимодействия цемента с водой (процессы гидролиза и гидратации цемента). От сроков схватывания зависит оборачиваемость формующей оснастки на производстве, поэтому гидравлическая активность цемента (скорость нарастания прочности цементного камня) важный показатель, во многом определяющий динамику производства изделий из пенобетона.

Однако на практике не всегда заявленное качество цемента совпадает с его действительными характеристиками. Огромное количество низкомарочного цемента буквально заполонило строительный рынок. Причем наряду с откровенными подделками встречается и цемент от известных производителей, вяжущие свойства которого были утрачены по причине длительного либо неправильного хранения. Таким образом, не имея возможности проверить показатели качества цемента непосредственно при его закупке, совершить ошибку в выборе может как профессиональный строитель, так и частный застройщик.

Как говорилось выше, производство теплоэффективных строительных материалов как никакое другое зависит от качества используемого цемента, поэтому потребность в агрегатах, позволяющих улучшить его характеристики, необычайно велика.

Агрегаты активации на основе измельчения сыпучих материалов методом свободного удара (дезинтеграторы, дисмембраторы) позволяют увеличить активность цемента, а также более полно использовать массу цементных частиц в деле склеивания отдельных зерен заполнителя различных размеров в единый монолит. Таким образом, массовое применение агрегатов измельчения и активации в производстве строительных материалов позволяет не только активировать низкомарочные и лежалые цементы, но и существенно снизить расход вяжущих материалов на производстве.

Выше перечисленные проблемы с минимальными затратами способны решать агрегаты тонкого помола сыпучих материалов методом свободного удара — в частности измельчитель- дезинтегратор серии «ГОРИЗОНТ»^®, разработанный конструкторским бюро завода «ТЕХПРИБОР», город Тула.

Измельчитель-дезинтегратор серии «ГОРИЗОНТ»^® помимо оригинальных технических решений, направленных на улучшение эксплуатационных свойств оборудования, его надежности и эффективности, позволяет кардинально изменять свойства измельчаемого материала с улучшением его физико-механических показателей.

Использование измельчителя - дезинтегратора серии «ГОРИЗОНТ»^® позволяет не только активировать поверхность природного песка, но и существенно увеличить активность цементного зерна.

Завод «ТЕХПРИБОР» совместно с сотрудниками кафедры «ССМиК» Тульского Государственного Университета и испытательной строительной лабораторией ООО «Туластройстандарт» провело ряд исследований свойств материалов, прошедших обработку на дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ»^® и лабораторном дисмембраторе производства завода «ТЕХПРИБОР».

Изменение дисперсности (тонкости помола) цемента после его обработки на измельчителе-дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ»^® характеризуется:

• массовой долей остатка (прохода) на одном или нескольких контрольных ситах;
• величиной удельной поверхности.

Тонкость помола цемента определяют по остатку на ситах с размером ячеек в свету 0.2, 0.08, а иногда и 0.06 мм (сито № 008 — отверстие в свету 80 мкм — является стандартным) в процентах к первоначальной массе просеиваемой пробы с точностью до 0.1 %, а так же по величине удельной поверхности порошка цемента, определяемой на приборах различной конструкции (В.В. Товарова, ПСХ, Блейна и др.).

В этих приборах при точно установленных условиях определяют воздухопроницаемость порошка цемента, а затем по показателям проницаемости и пористости рассчитывают удельную поверхность.

Определение тонкости помола цемента по удельной поверхности выполнялось факультативно по ГОСТ 310.2-76 «Цементы. Методы определения тонкости помола» на приборе для определения удельной поверхности методом воздухопроницаемости типа ПСХ.

Получены следующие результаты:

Таблица 1. Результаты определения удельной поверхности цемента методом ПСХ

Удельная поверхность цемента до обработки (помола) на измельчителе-дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ»®	2745 см2/г
Удельная поверхность цемента после обработки (помол за один прогон) на измельчителе-дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ»®	3815 см2/г
Удельная поверхность цемента после помола на измельчителе-дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ»® за один прогон увеличилась на 39 %(скорость обработки материала 1.39 килограмм в секунду).

Исследование гранулометрического состава некоторых инертных заполнителей (природного песка, гранулированного доменного шлака) проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытания» путем рассева на стандартном наборе сит.

Результаты определения гранулометрического состава природного песка приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты определения гранулометрического состава природного песка

Наименование остатка	Зерновой состав Остатки, % по массе, на ситах с размером отверстий сит, мм						Модуль крупности, Мк	% измельчения
	2.5	1.25	0.63	0.315	0.16	<0.16
До помола на измельчителе-дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ»®
Частный, %	1.6	7.4	24.6	45.8	18.3	2.3	2.21
Полный, %	1.6	9.0	33.6	79.4	97.7	100
После обработки на дисмембраторе
Частный, %	0.8	2.0	13.6	42.0	25.6	16.0	1.62	26.7
Полный, %	0.8	2.8	16.4	58.4	84.0	100
После обработки на измельчителе-дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ»®
Частный, %	0.1	0.1	0.6	12.0	30.8	56.4	0.57	74.2
Полный, %	0.1	0.2	0.8	12.8	43.6	100

скачать протокол испытаний «Результаты определения гранулометрического состава» в формате PDF

По полученным результатам испытаний можно сделать следующий вывод:

1. Первоначально (до помола) песок относился к группе средний (Мк=2.21), основной процент зерен песка сосредоточен на ситах, с размером отверстий 0.63 и 0.315 мм.
2. После обработки на дисмембраторе песок перешел в группу мелкий (Мк=1.62), основной процент зерен песка сосредоточен на ситах, с размером отверстий 0.315 и 0.16 мм. Как один из вариантов использования полученного песка с обновленными характеристиками в строительстве - приготовление обычных штукатурок, где необходимый размер зерен песка для подготовительных слоев обрызга и грунта не должен превышать 2.5 мм, для отделочного слоя (накрывки) — 1.2 мм.
3. После обработки на измельчителе-дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ»^® группа песка — очень тонкий, основной процент (56.4 %) зерен песка прошел через сито, с размером отверстий 0.16 мм, процент измельчения — 74.2 %.

Полученные характеристики песка позволяют использовать его для приготовления теплоэффективных строительных материалов, где значительное влияние на прочность оказывает влияние модуль крупности песка, причем, чем мельче песок, тем прочнее получаемый материал (неавтоклавный пенобетон, полистиролбетон).

Результаты определения гранулометрического состава гранулированного доменного шлака приведены в таблице 3.

Таблица 3. Результаты определения гранулометрического состава шлака

Наименование остатка	Зерновой состав Остатки, % по массе, на ситах с размером отверстий сит, мм								Модуль крупности, Мк	% измельчения
	10	5	2.5	1.25	0.63	0.315	0.16	<0.16
До помола на измельчителе-дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ»®
Частный, %	0.2	3.2	15.94	34.16	31,26	11.80	3.52	3.32	3.37
Полный, %			15.94	50.1	81.36	93.16	96.68	100
После обработки на дисмембраторе
Частный, %	-	0.2	1.4	7.61	31.26	32.86	15.23	11.64	2.12	37.1
Полный, %			1.4	9.01	40.27	73.13	88.36	100
После обработки на измельчителе-дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ»®
Частный, %	-	-	0.2	1.6	13.2	35.4	36.6	13.0	1.54	54.3
Полный, %			0.2	1.8	15.0	50.4	87.0	100

Скорость обработки материала 1.4 килограмма в секунду

скачать протокол испытаний «Результаты определения гранулометрического состава» в формате PDF

По полученным результатам испытаний можно сделать следующий вывод:

1. Первоначально (до помола) шлак относился к группе повышенной крупности (Мк=3.37), основной процент зерен шлака сосредоточен на ситах, с размером отверстий 1.25 и 0.63 мм.
2. После обработки на дисмембраторе шлак перешел в группу средний (Мк=2.12), основной процент зерен шлака на ситах, с размером отверстий 0.63 и 0.315 мм.
3. После обработки на измельчителе-дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ»^® группа шлака — мелкий, основной процент зерен шлака на ситах 0.315 и 0.16 мм, процент измельчения —54.3 %.

В зависимости от предъявляемых характеристик к инертным заполнителям, полученные измененные характеристики шлака позволят использовать его в различных отраслях строительства.

Таким образом, улучшенная модель измельчителя-дезинтегратора «ГОРИЗОНТ»^® позволяет получать улучшенные физико-механические характеристики сыпучих материалов, а, следовательно, значительно улучшить качество продукции ряда отраслей промышленности, в том числе строительной индустрии.

Автор статьи серии «Строительная лоция»
Инженер-технолог завода «ТЕХПРИБОР»
Коренюгина Н.В.