1 Монолит бетон жасауға арналған модифиКАциЯланған байланыстырғыш цементкүл өндірісінің технологиЯсын әзірлеу

Ұсақ тартылған байланыстырғыш цементкүл өндірісінің технологиясы және технологиялық регламент орындалған зерттеулердің, сондай-ақ байланыстырғыштарға қойылатын нормативтік талаптарды ескеріп техникалық әдебиетке жасалған талдау мен қорытулардың негізінде әзірленді.

Бүгінгі таңда байланыстырғыштар мен бетондар технологиясындағы анағұрлым басымдықты ресурс-және энергия сақтау бағыттары деп мыналарды санауға болады:

- энергияны аз қажет ететін жаңа материалдарды, әсіресе, клинкері аз және клинкерсіз байланыстырғыштар мен олардың негізінде жасалған бұйымдарды қолдану;

- компоненттерді алдын-ала бағыттап дайындау, әсіресе, байланыстырғыштарды механикалық-химиялық белсендіру;

Байланыстырғыштарды механикалық-химиялық белсендіру табиғи және техногендік материалдардың термодинамикаға төзімсіздігін пайдалануға мүмкіндік береді яғни белсендіру барысында олардың ішкі энергиясының кейіннен қатаю процесіне қатысатын бір бөлігі босатылады.

1. Цементті механикалық-химиялық белсендіру

А.И. Вильшанский, И.А Кудрявцева, Г.С. Ходаковтардың жұмыстары [1-3] ұсақ тартылған материалдардың физикалық-химиялық қасиеттерінің өзгеруі бытырату есебінен ғана емес, бөлшектердің беткі қабаттарының кристаллдық құрылымының айтарлықтай өзгеруі есебінен де жүретіндігін дәлелдеді. Ұсақ ұнтақтардағы гетерогендік химиялық процестердің жылдамдығы негізінен олардың өзіндік беттерінің шамасымен емес, құрылымның ыдырауы мен аморфизациясы салдарынан белсенділік қуатының азаюымен анықталады.

Механикалық-химиялық белсендіру кезінде белсенділігі бастапқы цементтікіне тең және одан да асатын белсенділікті аралас байланыстырғыш алуға болатыны белгілі. Механикалық-химиялық белсендіру кезінде минералдардың кристалл торшаларында қабаттардың бүлінуі салдарынан торшалардың астындағы электрондардың қозғалысын арттыратын және материалдың үстіңгі қабаттарының сумен өзара әрекетін жылдамдататын ақаулар пайда болады.

Ұсақ ұнтақтардағы гетерогендік химиялық процестердің жылдамдығы олардың өзіндік беттерінің ұлғаюымен де, кристаллдық және аморфизалық құрылымдардың ыдырауымен де анықталады [4, 5].

Цементті механикалық-химиялық белсендіру түрлі минералдық қоспаларды пайдалануға мүмкіндік береді, мұндай жолмен алынған ұсақ тартылған аралас байланыстырғыштың белсенділігі артады немесе цемент белсенділігінің деңгейінде сақталады, бұл жағдайда өнімнің өзіндік құны айтарлықтай төмендейді. Клинкерді, минералдық қоспаларды және суперпластификаторды қосып тартқанда беріктік көрсеткіштері кең көлемді суды аз қажет ететін байланыстырғыш (САҚБ) алынады.

Ұсақ тартылуы және модификациялаушы қоспалар байланыстырғыштың бірқатар маңызды қасиеттерін болжамдайды: бірінші кезекте суды аз қажет етеді, беріктігі жоғары және қарқынды өсуі, әсіресе қатаюдың бастапқы мерзімінде, осының бәрі құю әдісімен салынатын жоғары қозғалысты бетон қоспаларын алуға және монолитті бетон және темірбетон бұйымдары мен құрылымдарын бетондауды айтарлықтай жеңілдетеді. Суперпластификатор қосылған төмен қозғалысты қоспалардың тығыздау кезіндегі дірілдеу қатаңдығы қоспасыз, шоғыры бойынша ұқсас қоспаларға қарағанда едәуір төмен.

Суды аз қажет ететін көпкомпонентті байланыстырғыштар өндірісінің технологиялық тиімділігі қолданылатын минералдық қоспалардың қасиеттерімен, олардың химиялық-минералогиялық құрамымен, бытыраңқылығымен, гидроксидпен және кальций гидроалюминатымен белсенді химиялық әрекетке түсу қабілеттілігімен едәуір мөлшерде анықталады.

Техногендік өнімдердің арасында жоғары гидравликалық белсенді күл-тозаңдар ерекше орын алады. Құрамында шақпақтас пен сазбалшықтың молдығының арқасында мұндай күлдер негізінен алюминсиликаттық шыныдан және аморфизаланған сазды заттан тұрады және пуццоландық қасиеттерге ие.

Алюминшақпақтасты аморфты шынытәрізді фазаның цементтің гидротациясы кезінде бөлінетін әкпен өзара әрекетінің нәтижесінде клинкерлік минералдардың гидротациялық өнімдерінен басқа цементтейтін қосылыстардың- тоберморит гельдің, сондай-ақ гидроалюминаттар мен түрлі құрамды кальций гидросульфоалюминаттардың қосымша саны түзіледі [6, 7].

Байланыстырғыш материалдардың технологиясында механикалық белсендіруді қолдануерекше қасеттері бар цементтер алуға мүкіндік береді және сұраныс жоқ өндіріс қалдықтарын, мысалы ЖЭС шығатын қышқыл күл-тозаңды пайдаланып, сапалы байланыстырғыштар алу мүкіндігіне жол ашады. Құрылысы түрлі қондырғыларда - шар тәріздес, ағыстық, құйындатқыш, роторлық- соққыш және басқа да құрылыс қондырғыларында қосымша үгіп-тарту жолымен аралас цементкүл байланыстырғыштарды белсендіру портландцемент деңгейінде немесе сапасы жағынан одан асып түсетін ұсақ тартылған цементкүл байланыстырғыштар алуға мүмкіндік береді. Цементті минералдық қоспамен және суперпластификатормен қосып ұсату кезіндегі механохимиялық белсендіру аралас байланыстырғыштың клинкерлік бөлігін ғана емес, минералдық қоспаны да байланыстырғыштың бытырауын арттыру (550 м²/кг дейін) есебінен және оның бөліктерінің үстіңгі бетін аморфизациялау мен активациялау есебінен де белсендіруге мүкіндік беретіні анықталды [8-11].

Күл қосып механикалық белсендірілген байланыстырғыштың беріктігінің арту динамикасы клинкерлік минералдардың гидратациясымен қамтамасыз етілген ерте қалыптасқан жоғары беріктікпен қатар жасанды тастың құрылымын қалыптастыруда күлдің белсенді қатысуы есебінен байланыстырғыштың кейінірек одан да жоғары беріктікке ие болатынын көрсетеді [12-14].

Күлшлак қалдықтарын бетонның құрамында кеңінен пайдалану аз қалдықты және қалдықсыз өндірісті ұйымдастыруға әрі жылуэлектрстансалары маңындағы аумақтарда экологиялық жағдайды айтарлықтай жақсартуға жағдайлар жасайды. Сонымен бір мезгілде бетон дайындауға кететін цемент пен толықтырғыштардың шығыны қысқарады, техникалық-экономикалық көрсеткіштер жақсарады, бетонның құрылыс-техникалық қасиеттерін мақсатты өзгерту мүмкіндігі туады. Күлқұрамды бетондар Қазақстанның климаттық аймақтарына бейімделген, үнемді және экологиялық жағынан таза.

Сыртқы қоршау құрастырмалары үшін қолданылатын кәдуілгі керамзитобетонға қарағанда жылуэлектрстансаларынан шығатын күл мен шлактың негізінде жасалған жеңіл бетондар ұсақ және ірі толтырғыштар құрамының біркелкілігімен, бетон қоспасы қозғалысының жоғарылығымен, қабаттарынының бұзылуының әдәуір төмендеуімен, сондай-ақ жылуфизикалық қасиеттерінің жақсарумен ерекшеленеді. [15,16]. Жеңіл бетондарда күлді қолданудың тиімділігі жылуфизикасы тұрғысынан қарағанда бастапқы материалдардың жылуөткізгіштік коэффициентінің төмендеуімен түсіндіріледі. Жеңіл күлшлак бетондарда құрамдастарының шығынына қарай жылуөткізгіштік коэффициенті 0,25 тен 0,40 Вт/(м∙К) дейін, ал керамзитбетонда – 0,45 тен 0,6 Вт/(м∙К) дейін өзгереді.

Зерттеулер көрсеткендей [17-20], химиялық қоспалары бар күлді бетон қоспасын дайындаудың қарқынды (турбулентті) технологиясымен үйлестіре отырып пайдаланғанда, айтарлықтай нәтижеге қол жеткізуге болады. Күлді суперпластификатормен бірге қолдану:

- ұсақ толтырғыштың тапшы бөлігін күлмен алмастыруға;

- тасымалдау кезінде бетон қоспасының қабаттанып ыдырауын төмендетуге және салу (төсеу) қолайлығын жақсартуға;

- керамзитбетонның жылуфизикалық қасиеттерін жақсартуға;

- құрылымдық беріктігін арттыруға және шекті беріктікке жету мерзімін қысқартуға, бұл қалыптың айналымдылығын арттырады, сонымен монолит ғимараттар мен құрылыстар тұрғылу кезінде бетон дайындау жұмыстарының қарқынын арттырады;

- құрастырмалар беттерінің сапасын едәуір көтеруге мүмкіндік береді.

Күлшлак қалдықтарының шексіз ресурстары және олардың бетон жасаудағы жоғары тиімділігі күлқұрамды бетон және темірбетон бұйымдары мен құрастырмаларын кеңінен қолданудың дұрыстығын белгілейді. Тәжірибе жинақтай келе, мұндай бетондарды қолдану аясы, соның ішінде монолитті құрылыста, кеңейетін болады.