27.04.2008 00:14:31
Журнал «ВесьБетон» — всегда свежая и профессиональная информация о производстве и применению бетонов и других строительных материалов, добавках, оборудовании и многом другом.
Особенности журнала ВесьБетон:
Планируемое в нашей стране увеличение объемов жилищного строительства на душу населения в год до уровня других технически развитых стран, задачи дальнейшего поступательного экономического и социального развития страны могут быть решены при соответствующей наращивании объемов производства строительных материалов. Решение этой задачи в значительной мере связаны с развитием производства и экономным использованием минеральных вяжущих веществ, основным из которых является в настоящее время и на обозримое будущее портландцемент и его разновидности. В 70-х годах прошлого века СССР занимал 1-ое место среди всех стран в мире по производству цемента. В ходе проходящих с 90-х годов прошлого века экономических преобразований пренебрегалась роль цементной промышленности в экономике страны и особенно в перспективах ее дальнейшего социально-экономического развития. Износ основных фондов существующих цементных заводов составляет в среднем около 70%, а коэффициент использования их мощностей немногим превышает 50%. В настоящее время наша страна по объемам производства цемента в год занимает 6-е место, уступая Индии, США, Японии, Южной Корее, а Китаю до 20-ти раз. В целом по стране и по отдельным ее регионам все более острой становится проблема с цементом – его нарастающий дефицит и связанный с этим безудержный рост на него. Цена 1-ой тонны на отечественном рынке уже превышает среднеевропейские до 1,5 и более раз. Цемент стали ввозить в страну из Китая, Белоруссии, Турции. Все это ведет к дальнейшему повышению стоимости жилья, которое для большей части населения становится все более недоступной.
Планируемое увеличение производства портландцемента за счет восстановления и увеличения мощностей на 25 млн. т.[1] полностью не решит проблемы его нарастающего дефицита. Ускоренные меры по модернизации существующих и строительству новых цементных заводов с наращиванием реальной общей мощности до 120 и более миллионов тонн в год необходимы не только с позиций обеспечения потребностей при увеличении объемов строительства, но и с позиций обеспечения национальной безопасности и экономической независимости страны.
Одновременно с этим должны быть предприняты меры и по снижению цементоемкости отечественной строительной продукции, которая значительно превышает этот показатель других технически развитых стран.
Понижение цементоемкости строительной продукции достигается как за счет обеспечения рациональной гранулометрии и чистоты заполнителей строительных смесей и применения химических и минеральных добавок, но и за счет более широкого использования безклинкерных и малоклинкерных вяжущих.Стремление к снижению цементоемкости строительной продукции в определенной мере связано и с тем, что производство портландцемента базируется на высоком потреблении природного минерального сырья и энергоресурсов и сопровождается значительными объемами выбросов вредных побочных продуктов в окружающую среду.
В последнее время отечественная строительная индустрия достаточно эффективно использует химические и минеральные добавки в производстве строительных материалов, изделий и конструкций на основе цемента, достигая при этом определенного снижения их цементоемкости. Но по объемам и эффективности производства и применения безклинкерных и малоклинкерных вяжущих в строительстве она уступает строительным индустриям других технически развитых стран. Рассмотрим ниже состояние производства и применения таких вяжущих и экономии их в строительстве.
1. Производство и применение цементов с пониженным содержанием клинкера
Отечественная наука и практика, непрерывно пополняясь с начала 20-го века по настоящее время новыми разработками, показала эффективность производства и применения цементов с различными минеральными добавками и пониженным содержанием клинкера: смешанных, для строительных растворов, многокомпонентных, низкой водопотребности. Приоритет отечественной науки в разработке таких вяжущих неоспорим.
До недавнего времени отечественная строительная индустрия отличалась от западных широким применением таких цементов. В других технически развитых странах к этому относились скептически, отдавая предпочтение бездобавочным цементом. К настоящему времени ситуация изменилась с точностью до наоборот. В других странах стали производиться цементы с введением различных минеральных добавок в значительных объемах, наши строители стали отдавать предпочтение бездобавочному портландцементу. Новыми европейскими нормами EN 197-1 предусмотрено производство и применение 28-ми разновидностей цемента, из которых только один – бездобавочный. А в качестве минеральных добавок предусмотрено применение доменных шлаков, кремнеземистой и кальциевой зол уноса ТЭС, пуццоланов, глиежей и обожженных сланцев, известняка, микрокремнезема.
Из двенадцати разновидностей цемента, производство и применение которых предусмотрено и новым отечественным межгосударственным стандартом ГОСТ 31108-2003, гармонизированным с европейскими EN 197-1, предусмотрено производство и применение 11-ти разновидностей с теми же, перечисленными выше, добавками. Наши цементные заводы выпускают преимущественно цементы: бездобавочные, с 20% минеральных добавок и шлакопортландцемент. Содержание минеральных добавок в цементах европейским и отечественным стандартом в зависимости от разновидностей добавок и цементов регламентируется от 6-ти до 35%, а в шлакопортландцементе допускается отечественным стандартом до 65%, а европейским до 95%.
По опыту других стран отечественные цементные заводы могут увеличить производство продукции с повышением использования минеральных добавок. Но эффективные использование минеральных добавок может осуществлять в целью снижения цементоемкости и на предприятиях стройиндустрии и строительных организаций созданием участков помола местного природного и техногенного минерального сырья и отдельно приобретаемого клинкера, или смешивания минеральных добавок с портландцементом. Такой путь снижения цементоемкости строительной продукции особенно актуален для регионов, не располагающих цементными заводами, а сырьем для получения минеральных добавок располагает любой регион; металлургические и топливные шлаки, золы, отходы добычи и переработки каменных материалов [4, 5].
2. Производство и применение гипсовых и гипсосодержащих и изделий на их основе
В нашей стране производится и применяется в строительном комплексе преимущественно строительный гипс и в небольшом количестве высокопрочный гипс с общим объемом менее 5% в применяющихся минеральных вяжущих веществ. В других ведущих технически развитых странах производство гипсовых вяжущих веществ достигает 20-27% от общего объема производства минеральных вяжущих веществ. Гипсовая промышленность западных стран в значительных объемах производит гипсоангидритовые и ангидритовые вяжущие. Практически большинство предприятий гипсовых вяжущих европейских стран одновременно производит и строительный гипс, и гипсоангидритовые или ангидритовые вяжущие, используя при этом природный гипсовый камень и техногенный (энерго-, фосфо-, цитро-) гипс. Это позволяет расширить номенклатуру гипсовых вяжущих, часть из которых применяется для изготовления материалов, в производстве которых в нашей стране используется цемент. По утверждению западных специалистов это позволило их странам достигнуть революционных успехов в повышении производительности труда, повышении качества и снижения цементоемкости и стоимости строительства в целом. Это обусловлено более низкими в 2-3 раза капиталовложениями и металлоемкостью оборудования и в 4-5 раз расходами энергоресурсов на производство гипсовых вяжущих по сравнению с цементными. Гипсовые вяжущие и материалы на их основе являются экологически чистыми по сравнению с цементными, имеют более выгодные показатели по: пониженной плотности, тепло- и звукопроводности; повышенной пожаростойкости и декоративности, обеспечению благоприятного микроклимата в помещениях [2]. Гипсовые вяжущие могут использоваться в производстве многих видов строительных материалов, для изготовления которых в настоящее время используется портландцемент [2, 3]. Однако широкое применение немодифицированных гипсовых вяжущих взамен цемента ограничивается их пониженной прочностью и низкой водостойкостью.
Вместе с тем, многочисленными отечественными и зарубежными исследованиями и опытом эксплуатации установлена возможность получения модифицированных и смешанных гипсовых вяжущих, позволяющих получать материалы на их основе с достаточной прочностью и водостойкостью и применять их взамен материалов на основе цемента. Еще полвека назад Волженским А.В. и Ферронской А.В. было разработано гипсоцементнопуццолановое вяжущее, показана эффективность и подтверждена опытом производства и применения эффективность использования его для производства мелкоштучных крупных стеновых камней и блоков, санитарно-технических кабин и других изделий.
В результате последующих исследований была установлена эффективность применения водостойких гипсошлаковых гипсоцементнопуццолановых, гипсошлакопуццолановых, гипсошлакоцементнопуццолановых, композиционных, низкой водопотребности, вяжущих на основе гипсового, гипсоангидритового и ангидритового вяжущих и разработаны на них соответствующие технические требования [2] . В последние десятилетия кафедрой вяжущих и бетонов Московского государственного строительного университета разработаны композиционные гипсовые вяжущие, на основе которых может быть изготовлена широкая номенклатура строительных материалов и изделий, в том числе несущих конструкций.
На кафедре строительных материалов Казанского государственного архитектурно-строительного университета разработаны композиционные гипсовые, гипсоангидритовые и ангидритовые вяжущие и материалы на их основе повышенной прочности и водостойкости. Показана возможность получения ангидритового вяжущего на незагруженных в настоящее время печах керамзитовых заводов. Установлена возможность получения композиционных ангидритовых вяжущих марок 300-500. С использованием керамзитовой печи получена опытно-промышленная партия. Результаты разработок защищены патентами РФ.
Расширение применения рядовых и водостойких высокопрочных гипсовых и гипсосодержащих вяжущих и материалов на их основе до достигнутого в других технически развитых странах уровня позволит не только снизить цементоемкость отечественного строительства, но и понизить стоимость строительной продукции.
3. Производство и применение известковых и известьсодержащих вяжущих
Гипс- и известьсодержащие вяжущие в истории развития цивилизации были основными минеральными вяжущими в строительстве с IV-III тысячелетия до нашей эры вплоть до середины XIX века,, а сохранившиеся с древних времен памятники строительного искусства, построенные с их использованием, до сих пор вызывают восхищение наших современников своей прочностью и долговечностью. С появлением портландцемента значимость их снизилась, но потенциальные возможности применения их модифицированных разновидностей взамен цемента систематически возрастают. В значительных объемах снижение цементоемкости строительной продукции может быть достигнуто в производстве автоклавного газобетона. В других технически развитых странах его производство базируется преимущественно на использовании извести. Большинство отечественных заводов газобетона производят его на основе портландцемента с добавлением извести для обеспечения газообразования. Газобетон на основе извести требует при его производстве значительно меньший расход вяжущего и обладает лучшей обрабатываемостью. Но для производства газобетона на основе извести требуется качественная известь с регламентированными временем и температурой гашения с учетом особенностей технологии производства газобетона. Большинство производителей извести для газобетона в западных странах получают два вида извести, обожженных при температурах 900-1100оС и 1200-1300о С, различные смеси которых позволяют получать известь с заданными температурой и времени гашения. Эта технология у нас не реализуется – проще работать на портландцементе, хотя продукция и дороже и уступает по обрабатываемости. Необходимость совершенствования отечественного производства извести для газобетона очевидна.
С древних времен водостойкость бетонов и растворов на основе извести достигалась введением пуццолановых добавок. К настоящему времени известны разработки большой группы известьсодержащих вяжущих повышенной прочности и водостойкости, эффективность применения которых подтверждена практикой изготовления на их основе штукатурных и кладочных растворов, силикатных ячеистых бетонов автоклавного и безавтоклавного твердения, низкомарочных бетонов для производства стеновых камней, тяжелых бетонов для подземного и подводного строительства: известково-гипсо-зольное, известково-гипсо-цементно-зольное, известково-гипсо-пуццолановое, известково-гипсо-цементно-зольное, известково-песчаное и известково-цементно-песчаное автоклавного твердения [6].
4. Производство и применение магнезиальных вяжущих
В последние десятилетия в нашей стране велись интенсивные исследования по разработке эффективных магнезиальных вяжущих на основе доломитов. Доломиты являются достаточно распространенным сырьем в различных регионах РФ. Представляют практический интерес результаты разработок, выполненных в Челябинске и в Казани. На кафедре строительных материалов Казанского государственного архитектурно-строительного университета разработаны составы и технология получения композиционных вяжущих на основе доломитового сырья марок до 600. Результаты разработок защищены патентом РФ на изобретение. Показана возможность производства этих вяжущих с использованием керамзитовой печи. Получена опытно-промышленная партия. Установлена эффективность применения композиционных вяжущих на основе доломитового сырья для устройства полов, изготовления изделий из тяжелых бетонов, отделочных материалов. Производство таких вяжущих предполагает вовлечение в производство местного природного и техногенного сырья, снижение энергетических затрат по сравнению с производством портландцемента, расширение номенклатуры строительных материалов на основе минеральных вяжущих.
5. Производство и применение низкомарочных гидравлических вяжущих на основе местного сырья
Давно забытые в нашей стране низкомарочные гидравлические вяжущие – гидравлическая известь и романцемент в других технически развитых странах производятся и применяются в производстве гидравлических строительных растворов, сухих строительных смесей и низкомарочных бетонов. Для их производства могут применяться распространенные местные известняки, глины и карбонатно-глинистое сырье.
В последние годы на кафедре строительных материалов Казанского государственного архитектурно-строительного университета разработаны составы и технология производства на основе местного карбонатно-глинистого сырья и добавками техногенных отходов композиционных низкомарочных гидравлических вяжущих повышенной прочности. Техническая новизна разработки защищена патентом на изобретение.
Развитие производства и применения композиционных низкомарочных вяжущих на основе местного природного и техногенного сырья позволит также снизить в определенной мере цементоемкость отечественной строительной продукции.
6. Производство и применение шлакощелочных вяжущих
В «Стратегии развития строительного комплекса Российской Федерации на период до 2010 года» ставится задача рационального использования и вовлечения в производство техногенных отходов различных отраслей промышленности, замещения на 20-30% природного сырья производственными и бытовыми отходами в производстве строительных материалов. В больших объемах в стране скопились и продолжают увеличиваться в отвалах шлаки металлургической промышленности и золошлаковые отходы энергетической отрасли. Только на металлургических комбинатах Урала и Сибири скопилось в отвалах 450 млн.т металлургических шлаков, а в отвалах ТЭС страны накоплено без малого 1,5 миллиарда тонн золошлаков, занимающих окружающую среду. В печати систематически высказывается беспокойство ученых и специалистов по поводу недостатка мер для использования их в строительной практике. Ряд ведущих ученых-строителей обратились по этому поводу через «Строительную газету» №42 в 2003 г . с открытым письмом к тогдашнему Председателю Правительства РФ М.М.Касьянову.
На сегодня нельзя сказать, что металлургические шлаки не используются в производстве строительных материалов в стране. Они используются в качестве минеральных добавок при производстве цемента, заполнителей для бетонов, отсыпки дорожных оснований и т.д. Если объемы их утилизации в нашей стране не превышает 10-15%, то в других технически развитых странах этот показатель достигает 60-80%. Вместе с тем, они представляют собой ценное сырье для производства шлакощелочных вяжущих, которые по своим физико-техническим свойствам не уступают или превышают показатели портландцемента. Наибольший интерес представляет организация производства шлакощелочных вяжущих на основе доменных шлаков, ежегодный выход которых на металлургических комбинатах РФ составляет около 30 млн.т. При производстве шлакощелочных вяжущих в больших объемах используются техногенный молотый шлак и щелочные затворителя. По данным проф. Дворкина Л.И. сравнение затрат на производство шлакощелочных вяжущих марок 600-1200 и портландцемента марки 600 показывает, что у шлакощелочных вяжущих ниже: себестоимость в 1,7-1,9 раза, удельный расход топлива в 3-5 раз, электроэнергии в 2 раза, приведенные затраты до 2-2,5 раз. Целесообразность и технико-экономическая эффективность производства шлакощелочных вяжущих, бетонов, бетонных и железобетонных изделий для промышленного, транспортного, мелиоративного и гражданского строительства показана широкими исследованиями, начиная с 70-х годов прошлого столетия, работали научных школ Глуховского В.Д., НИИЖБ, академика РААСН Комохова П.Г., советника РААСН Калашникова В.И.. Результатам этих разработок посвящены более 70-ти кандидатских и 10-ти докторских диссертационных работ, многочисленные монографии и научные статьи. Показана возможность получения шлакощелочных вяжущих на основе большей разновидности шлаков металлургической и топливной промышленности. В 80-годы в стране были разработаны нормативные требования к сырьевым компонентам, составам и свойствам шлакощелочных вяжущих, бетонов, бетонных и железобетонных изделий, технологии их производства и применения. Было организовано производство их в ряде городов бывшего СССР. Однако с началом перестройки экономических отношений они прекратили свое существование по ряду причин, которые вполне устранимы. Резко снизились и объемы исследований в области разработок шлакощелочных вяжущих и их применения.
Вместе с тем, по планам НИР РААСН на кафедре строительных материалов Казанского государственного архитектурно-строительного университета в течение последних лет ведутся систематические исследования по разработке композиционных шлакощелочных вяжущих. Результаты исследований показали эффективность модификации шлакощелочных вяжущих молотыми отходами боя керамического кирпича, отработанной формовочной смеси, золой-уноса ТЭС, микрокремнеземом с получением рядовых, высокопрочных марок до 1100, нормально-, быстро- и особобыстротвердеющих вяжущих [7]. Результаты разработок защищены 5-ю патентами РФ на изобретения. На основе этих вяжущих разработаны составы и технология производства бетонов рядовых, высокопрочных, нормально-, быстро- и особобыстротвердеющих классов по прочности до В80, марок по морозостойкости до F800 и по водонепроницаемости до W25. стоимость разработанных вяжущих в зависимости от марки и вида затворителя ниже стоимости портландцемента от 30% до 3-х раз. В 2006 г . совместно со специалистами ЖБИ МУП «Казметрострой» были изготовлены опытные железобетонные блоки колец тоннелей метрополитена из шлакощелочного бетона класса В45, по свойствам не уступающим свойствам блоков на основе портландцемента.
7. Снижение цементоемкости строительной продукции за счет устранения потерь и рационального использования цемента на предприятиях строительной индустрии и строительных объектах
Уменьшение потерь цемента и рациональное его использование может быть реализовано на каждом этапе транспортировки, хранения и технологического передела в процессе производства изделий и строительных работ. Погрузочно-разгрузочные работы при транспортировке в цементовозах сопровождаются его потерями соответственно в 10 и 40 раз меньше, чем при транспортировке в крытых вагонах и открытом подвижном составе. Значительные потери цемента при складировании и хранении возникают при складировании и хранении в открытых складах, при загрузке и хранении различных его марок в одной емкости, в результате слеживания и зависания в емкостях. К перерасходу цемента приводит потеря его активности при длительном хранении, которая составляет соответственно через: 3 месяца – 20%, полгода – 3-%, год – 40%. К перерасходу цемента приводит применение высокомарочных цементов для изготовления низкомарочных бетонов (например, марки 400 для изготовления бетонов классов В10 и ниже и растворов М50 и ниже). Экономию 10-12% можно получить за счет применения тяжелого бетона промежуточных классов В20, В27,5 и В36 вместо установленных нормами бетонов классов В25, В30, В40 при изготовлении железобетонных изделий массовой номенклатуры. В настоящее время большая часть железобетонных изделий производится из бетона классов В15-В25. Повышение класса бетона позволяет уменьшить размеры сечений изделий и при замене классов бетона на В40-45 снизить расход бетона и соответственно цемента на 10-15%.
К перерасходу цемента до 10% на 1м3 бетона приводит завышение на заводах ЖБИ отпускной прочности бетона с 70-80% по техническим условиям до 100%. К перерасходу цемента на 10-15% приводит и применение при производстве бетонов некачественных заполнителей. Определенную экономию цемента позволяет получить при: обоснованном выборе области применения в зависимости от состава цемента, применении автоматизированного управления и точного дозирования с коррекцией составов бетона при изменении свойств заполнителей, виброперемешивании бетонных смесей и эффективном их уплотнении при формовании, применении цементов с пониженной нормальной густотой и фибрового армирования бетонных изделий.
Литература:
1. Скороход М.А. Перспективы развития цементной промышленности Российской Федерации до 2010 г . //Цемент и его применение. -2006. -№2. –С. 14-17.
2. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. Под общей ред. А.В.Ферронской. –М.: Изд-во АСВ. -2004. 488 с.
3. Материалы международной научно-практической конференции «Гипс, его исследование и применение» под ред. А.Ф.Бурьянова и Л.В.Бессонова. –М.: Изд-во «реклама и продвижение». -2005. -248 с.
4. Волженский А.В., Попов Л.Н. Смешанные портландцементы повторного помола и бетоны на их основе. –М.:Госстройиздат, 1961. -102 с.
5. Калашников В.И. Порошковые высокопрочные дисперсно-армированные бетоны нового поколения. Ж. Популярное бетоноведение. -2007. -№2.
6. Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральное вяжущие вещества: технология и свойства. Учебник для вузов. -4-е издание, переработанное и доп. –М.: Стройиздат. - 1985. -476 с.
7. Рахимов Р.З. молотый шлак – ценное сырье для производства стройматериалов. Строительная газета. -2007. -№29.