Меню

Бетоны с низким содержанием цемента



Низкоцементные и ультранизкоцементные огнеупорные бетоны

Последние десятилетия характеризуются бурным развитием технологии огнеупорных бетонов и методов их укладки. Возникновение и совершенствование технологии огнеупорных низкоцементных бетонов и использование различных приемов, снижающих смачивание бетонной футеровки металлом, позволили решить проблему эксплуатации огнеупоров даже в самых тяжелых условиях.

Обычные плотные огнеупорные бетоны представляют собой смесь алюминаткальциевого цемента (высокоглиноземистого или глиноземистого) с огнеупорным заполнителем (корундом, бокситом, высокоглиноземистым или рядовым шамотом). Содержание цемента в обычных плотных огнеупорных бетонах составляет, как правило, 15—25 %. Такие классические бетоны имеют свои недостатки:

· Высокое содержание цемента обеспечивает высокую прочность огнеупорного бетона в исходном состоянии, однако в интервале 300—900 °С вследствие дегидратации цемента наблюдается потеря прочности;Растет пористость огнеупорного бетона вплоть до температур образования керамических связей.

В 1970—1980-х гг. на мировом рынке огнеупорных масс появляются огнеупорные бетоны с низким содержанием цемента, лишенные этих недостатков. Они представляют собой сложные многокомпонентные композиции, содержание цемента в которых без ущерба для механических свойств может быть снижено до долей процента. Это компенсируется наличием в их составе тонкодисперсных и ультрадисперсных порошков, диспергирующих добавок, компонентов регулирующих схватывание и твердение.

Бетонные огнеупорные массы с пониженным содержанием цемента содержат соответственно 7-12% и менее 5% цемента, поэтому они лишены этих недостатков. Их состав сложен и сбалансирован: кроме зернистых заполнителей и цемента они содержат ультрадисперсные порошки, дефлокулянты, регуляторы механизма и скорости схватывания и твердения. Исходная прочность этих огнеупорных бетонов часто ниже, чем у бе­тонов с высоким содержанием цемента, однако, они существенно упрочняются уже при низкотемпературной сушки, а при температуре около 600°С начинает образовываться керамическая связь. Бетоны такого класса характеризуются высокой плотностью, прочностью, термостойкостью, абразивостойкостью, химической стойкостью. Благодаря низкому содержанию цемента и, соответственно, оксида кальция низкоцементные огнеупорные бетоны обладают вы­сокой огнеупорностью, по своим характеристикам они соответствуют высококачественным огнеупорным кирпичам. Если для приготовления бетонов с высоким содержанием цемента в смесь необходимо добавить 9-15% воды, то для низкоцементных и ультрацементных как правило, достаточно 4-7%. Чем меньше цемента содержит огнеупорная смесь, тем более негативно сказывается передозировка воды на механических свойствах бетона. Поэтому для приготовления низкоцементных огнеупорных смесей необходимо использование интенсивных смесителей принудительного действия и вибрации при укладке. При отсутствии такой возможности следует применять огнеупорные самоуплотняющиеся смеси. После смешивания с малым количеством воды самоуплотняющиеся смеси образуют огнеупорный бетон, ко­торый растекается и дегазируется без приложения вибрации. Для обычных огнеупорных бетонов это невозможно без добавления излишнего количества воды, что снижает их механические свойства. Самоуплотняющиеся огнеупорные бетонные смеси обладают всеми преимуществами низкоцементных огнеупорных бетонов (низкая пористость, высокая плотность, прочность, абразивостойкость, термостойкость), они имеют гладкую зеркальную поверхность. Их применение целесообразно также для футеровки труднодоступных мест, нанесения тонких слоев, при ремонте футеровок методом заливки.

Для правильного выбора огнеупорного бетона, обладающего оптимальным сочетанием свойств для тех или иных условий эксплуатации, необходимо учитывать следующие отличительные характеристики низкоцементных смесей:

1. Высокая плотность, низкая пористость, малый размер пор. Наличие в составе бетонов ультрадисперсных порошков размером 0,5—10 мкм увеличивает плотность упаковки частиц, это, а также наличие диспергаторов снижает количество воды, необходимое для приготовления бетона (до 4—7 против 8—12% для обычных бетонов). Это приводит к возрастанию плотности бетона, снижению пористости и увеличению доли мелких пор.

Читайте также:  Как залить площадку перед домом цементом

2. Химическая стойкость к воздействию агрессивных сред и жидких металлов и сплавов.

В Институте УралНИИстром были разработанны низкоцементные огнеупорные смеси марки Ucast^

Условное обозначение включает:

— вид смеси — низкоцементная огнеупорная смесь LCC (low cement castables);

— бренд смеси — Ucast (UralNiistrom castables;

— марку смеси по содержанию Al2O3 максимальную температуру применения.

низкоцементная огнеупорная смесь LCC-Ucast-53-1550

низкоцементная огнеупорная смесь LCC-Ucast-57-1600

низкоцементная огнеупорная смесь LCC-Ucast-60-1650

низкоцементная огнеупорная смесь LCC-Ucast-63-1650

низкоцементная огнеупорная смесь LCC-Ucast-65-1700

низкоцементная огнеупорная смесь LCC-Ucast-69-1700

низкоцементная огнеупорная смесь LCC-Ucast-85-1750

низкоцементная огнеупорная смесь LCC-Ucast-90-1800

Варианты модификаций указываются дополнительной маркировкой:

— ULCC — ultra low cement castable.

Ултранизкоцементная огнеупорная смесь ULCC-Ucast-42

Ультранизкоцементная огнеупорная смесь ULCC-Ucast-45

Ультранизкоцементная огнеупорная смесь ULCC-Ucast-50

Ультранизкоцементная огнеупорная смесь ULCC-Ucast-62

Ультранизкоцементная огнеупорная смесь ULCC-Ucast-72

Ультранизкоцементная огнеупорная смесь ULCC-Ucast-80

Ультранизкоцементная огнеупорная смесь ULCC-Ucast-90

Источник

Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 14.11.2014 2014-11-14

Статья просмотрена: 2135 раз

Библиографическое описание:

Мороз, М. Н. Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности / М. Н. Мороз, В. И. Калашников, И. В. Ерофеева. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 6 (86). — С. 189-191. — URL: https://moluch.ru/archive/86/16218/ (дата обращения: 10.12.2020).

Какими бы хорошими и прогрессивными не были зарубежные и отечественные формообразующие технологии, используемая рецептура бетона остается старой (состава 1840–1850 г.) трехкомпонентной, включающей «цемент-песок-щебень». Старая четырехкомпонентная рецептура бетонных смесей «цемент-песок-щебень-вода» для основного количества регионов пополнилась лишь суперпластификаторами, способными существенно повысить прочность бетона. Для строительства уникальных зданий и сооружений она включает еще один компонент — микрокремнезем. Поэтому можно констатировать, что существенного изменения сухих компонентов, которые бы позволили увеличить прочность бетона в 2–3 раза (с 30–40 до 100–120 МПа) при тех же расходах цемента за 30 лет не произошло. В 1980–1985 г. мы производили бетон с суперпластификаторами марок М400–500 (иногда 600–700). И в настоящее время осуществляется выпуск бетона тех же марок или даже ниже. Если проанализировать статистику марочности выпускаемого бетона по средним городам с населением 500–700 тыс. чел., то по нашим сведениям самым востребованным является бетон М300–400. Если для отечественного строительства не нужны высокопрочные и сверхвысокопрочные бетоны нового поколения (за редким исключением), то должно быть хотя бы освоено производство высокоэкономичных бетонов общестроительного назначения нового поколения марок 150–700 с расходами цемента 150–300 кг на 1 м 3 бетона. Такие пластифицированные бетоны по нашей терминологии [1, 2, 3, 4, 5], определяющей новый состав его, должны быть порошково-активированными, многокомпонентными. К порошково-активированным бетонам относятся как высокопрочные (Rсж=100–150 МПа), сверхпрочные (Rсж150), бетоны повышенной прочности (Rсж=50–100 МПа) и бетоны общестроительного назначения (Rсж=15–50 МПа). Высокие прочности достигаются добавлением дополнительных 2–3 компонентов заданной дисперсности из горных пород.

Такая стратегия полностью соответствует последним постановлениям Правительства РФ, Министерства строительства и ЖКХ РФ по разработке композиционных материалов. Какие проблемы необходимо решать для производства таких бетонов:

1. Производство дисперсных порошковых наполнителей (каменной муки) из местных горных пород с удельной поверхностью Sуд=3000–4000 см 2 /г;

Читайте также:  Самовыравнивающиеся цементные смеси для пола какие лучше

2. Улучшение качества намывных песков, добываемых земснарядами, с отмывкой их от илистых, глинистых и пылеватых примесей на пескомойках;

3. Производство на специализированных карьерах нерудной промышленности не только щебня, но и каменной муки, тонкого дробленого песка и дробленого песка-заполнителя;

4. Наращивание производства поликарбоксилатного суперпластификатора и строительство новых заводов.

Таким образом, центр тяжести необходимо перенести на получение дополнительных сырьевых компонентов, с помощью которых можно получать бетоны с прочностью до 100–120 МПа без использования микрокремнезема, количество которого оценивается в России в объеме 150 тыс. тонн (выпуск 4–5 млн. м 3 бетона при содержании микрокремнезема 10 % от массы цемента). При осуществлении такой концепции возможна организация производства дешёвой каменной муки из горных пород непосредственно на заводах ЖБИ и ДСК с созданием отделений помола (по аналогии с заводами газобетона, газосиликата, силикатного кирпича). Такой вариант исключает зависимость заводов от поставщиков каменной муки.

Нами изучены многие молотые горные породы в качестве добавок каменной муки в бетоны. К ним относятся плотные известняки, доломитизированные известняки, доломиты, кварцевые пески и песчаники, граниты, диориты, базальты, диабазы и т. п. [3–7].

Перспективно строительство цехов по выпуску тонкого природного песка (сепарированного) и молотого песка (известняка, доломита) на базе крупных ДСК и ЖБК. Молотые пески (микрокварц) выпускаются Раменским и Люберецким ГОК, но они стоят дороже цемента. Себестоимость 1 тонны молотого кварцевого песка обходится не дороже 500–600 руб. за 1 тонну. Молотый известняк имеет себестоимость и того ниже.

Тормозом в производстве бетонов нового поколения является наличие старых бетоносмесительных узлов, рассчитанных на дозирование трех сухих компонентов бетонной смеси. В настоящее время, как указано ранее, закупаются новые технологии формования, а на бетоносмесительных узлах экономят. Необходимо переоборудование дозировочных отделений старых бетоносмесительных узлов. Прецеденты такого переоборудования по нашим рекомендациям имеются. В г. Рязани в июне-июле будет сдан в эксплуатацию новый завод ЖБИ с несколькими бункерами для дозирования 6–8 компонентов. В г. Тольятти по нашим рекомендациям на бетоносмесительном узле будет установлено 8 бункеров для компонентов бетона. Приобретены дробилка и мельница для дробления и помола известняка.

Российские технологии приготовления бетонных смесей — это в основном, технологии прошлого. В периферийных областных центрах используются пески и щебни различной влажности, которая плохо контролируется. В результате консистенция бетонной смеси и содержание воды изменчивы. Если за рубежом закупаются датчики влажности для бетоносмесителей, то они, как правило, не работают, «зарастают» бетоном. Необходимы коротковолновые датчики нового поколения, устанавливаемые вне бетоносмесителей (с обратной связью с приводным двигателем бетоносмесителя).

Много нерешенных проблем с организацией производства самоуплотняющегося бетона (СУБ). Эти бетоны являются вершиной прогресса в науке и техники бетонов на сегодняшний день. Разве они не определяют стратегию инновационного развития бетонного кластера в России? В Евросоюзе производство самоуплотняющегося бетона на заводах сборного железобетона составляет около 50 %. В нашей практике они практически не производятся. И если появляются сообщения в российской печати, то это высокопластичные бетоны, не удовлетворяющие американским нормам АSТМ или трем последним маркам СУБ Евростандарта. Без каменной муки, тонкого песка и оптимальной гранулометрии заполнителей они не могут быть получены.

Разработкой их и исследованием усиленно занималась и занимается коллектив нашей кафедры «Технология строительных материалов и деревообработки». Нами разработаны не только высокопрочные и сверхпрочные бетоны и фибробетоны (в том числе соответствующие зарубежным «High Performant Concrete»), но и бетоны общестроительного назначения с прочностью 30–60 МПа [8–11]. Имеется и промышленная реализация в г. Красноярске [2]. Различия между порошково-активированными высокопрочными бетонами и бетонами общестроительного назначения с прочностью 30–60 МПа исчезают, если сравнивать их по величине обобщающего экономического, технического и экологического критерия — удельного расхода цемента на единицу прочности бетона при сжатии , кг/МПа. Какие бы научные исследования не проводились с целью создания эффективных бетонов, оценочным критерием должен стать удельный расход цемента на единицу прочности. Он должен быть не выше 4–5 кг/МПа [3–4, 6, 9, 10]. Если это сверхпрочный бетон с Rсж=150 МПа, то расход цемента должен быть не выше 600 кг на 1 м 3 бетона. Если это бетон с прочностью 40 МПа, то расход цемента не должен превышать 200 кг на 1 м 3 бетона. Получение таких значений и дальнейшее снижение его в перспективе должно быть стратегическим направлением инновационных технологий.

Читайте также:  Цемент шпц 400 сертификат

1. Калашников В. И. Терминология науки о бетоне нового поколения. Строительные материалы. 2011. № 3. С. 103–106.

2. Суздальцев О. В., Дрянин Р. А., Калашников В. И. О терминологии защитно-отделочных и архитектурно-декоративных бетонов нового поколения. Новый университет. Серия: Технические науки. 2014. № 5–6 (27–28). С. 43–46.

3. Калашников В. И. Как превратить бетоны старого поколения в высокоэффективные бетоны нового поколения. Бетон и железобетон. 2012. № 1. С. 82.

4. Калашников В. И. Основные принципы создания высокопрочных и особовысокопрочных бетонов. Популярное бетоноведение. 2008. № 3. С. 102.

5. Калашников В. И. Что такое порошково-активированный бетон нового поколения. Строительные материалы. 2012. № 10. С. 70–71.

6. Калашников В. И., Тараканов О. В., Кузнецов Ю. С., Володин В. М., Белякова Е. А. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей. Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 47–53.

7. Калашников В. И., Тараканов О. В., Белякова Е. А., Мороз М. Н. Новые направления использования зол ТЭЦ в порошково-активированных бетонах нового поколения. Региональная архитектура и строительство. 2013. № 3. С. 22–27.

8. Калашников В. И., Демьянова В. С., Володин В. М., Гусев А. Д. Ресурсосберегающие порошковые фибробетоны с использованием техногенных отходов. Строительные материалы. 2012. № 8. С. 52–53.

9. Калашников В. И., Ананьев С. В. Высокопрочные и особовысокопрочные бетоны с дисперсным армированием. Строительные материалы. 2009. № 6. С. 59–61.

10. Калашников В. И., Хвастунов А. В., Хвастунов В. Л. Физико-механические и гигрометрические свойства порошково-активированных высокопрочных щебеночных бетонов и фибробетонов с низким удельным расходом цемента на единичу прочности. Научно-технический вестник Поволжья. 2011. № 5. С. 161–164.

11. Калашников В. И., Скачков Ю. П., Ананьев С. В., Троянов И. Ю. Геометрические параметры фибры для высокопрочных бетонов. Региональная архитектура и строительство. 2011. № 1. С. 27–33.

[1] Работа выполнена при поддержке Стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики (СП-89.2015.1)

Источник