10.2.2. Печь с запечным декарбонизатором
Дальнейшее революционное развитие процесс обжига цементного клинкера получил с внедрением запечного декарбонизатора (рис. 10.12).
Принцип нового решения заключается в том, что при сухом способе самая теплоемкая зона - зона декарбонизации, потребляющая до 60% тепла, выносится из вращающейся печи в суспензионный теплообменник, где скорость теплообмена на несколько порядков выше, чем во вращающейся печи. Это позволило уменьшить размеры вращающейся печи, создать установки с единичной мощностью до 10...12 тыс. тонн клинкера в сутки и увеличить производительность печи до 500 т/ч.
Первая установка по сжиганию дополнительного топлива в запечной системе была реализована фирмой «Гумбольдт» в 1966 году. По данной схеме воздух для сжигания топлива подавался через печь, поэтому производительность увеличивалась всего на ~ 20%. Через год в 1967 г. Японская фирма Ishikawajima-Harima Heavy Industries, Ltd. (IHI) осуществила принципиально новую схему обжига с подачей воздуха из холодильника, минуя печь, в декарбонизатор. Такой воздух получил наименование третичного, в отличие от вторичного, который подается из холодильника непосредственно во вращающуюся печь.
С 1967 года печи с декарбонизаторами стали совершенствоваться и производиться всеми ведущими машиностроительными фирмами мира. Поэтому на сегодняшний день имеются десятки различных типов декарбонизаторов, которые по своим технологическим принципам можно свести к четырем основным вариантам (рис. 10.13).
Описать вяжущие низкой водопотребности. Состав и свойства, преимущества.
Вяжущее низкой водопотребности (ВНВ I 72,5) представляет собой высокопрочное гидравлическое вяжущее, получаемое при совместном помоле портландцементного клинкера, гипсового камня и водопонижающей добавки (суперпластификатора). В результате механохимического взаимодействия минералов цементного клинкера с суперпластификатором в процессе тонкого измельчения материал приобретает уникальные, специфичные свойства, отличающие его от обычного портландцемента.
Изготовленные с применением ВНВ I 72,5 бетоны (растворы) обладают значительными преимуществами по сравнению с аналогами на портландцементе:
обеспечение класса прочности бетона от В60 до В100;
пониженная на 25-30% водопотребность растворных и бетонных смесей при равной подвижности;
высокая сульфатостойкость (коэффициент сульфатостойкости не ниже, чем у сульфатостойкого цемента);
пониженное тепловыделение при твердении;
повышенная в 2-3 раза морозостойкость по сравнению с бетонами на портландцементе вследствие мелкопористой структуры бетона;
высокая интенсивность набора прочности бетонов на основе ВНВ позволяет отказаться от тепловлажностной обработки и получить необходимую для распалубки прочность в течение 18-24 часов.
ПРИМЕНЕНИЕ
ВНВ относится к классу цементов общестроительного назначения. Бетоны на основе ВНВ находят широкое применение для изготовления монолитного и сборного железобетона широкой номенклатуры.
ВНВ может быть использовано вместо портландцемента в составе некоторых типов сухих строительных смесей для получения быстротвердеющих и высокопрочных бетонов и растворов.
Ориентировочные расходы ВНВ I 72,5 для получения бетонов различных классов по прочности на сжатие:
Класс бетона по прочности |
Марка бетонной смеси по удобоукладываемости |
||
П 1 |
П 2 |
П 3-П 4 |
|
В45 В50 В60 В70 В80 |
260 290 360 430 540 |
280 310 390 460 580 |
300 330 420 500
|
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛА:
Цвет |
серый |
Удельная поверхность |
не менее 450 м 2 / кг |
Сроки схватывания: начало конец |
не ранее 45 минут не позднее 6 часов |
Прочность на сжатие: через 2 суток твердения через 28 суток твердения |
не менее 38 МПа не менее 72,5 МПа |
Марка по морозостойкости |
не менее F 300 |
Удельная эффективная активность естественных радионуклидов, согласно НРБ-99 (п. 5.3.4), соответствует 1 классу стр. материалов |
не превышает 370 Бк/ кг |
По вещественному составу такие вяжущие подразделяются на чисто-клинкерные (ВНВ-100) и многокомпонентные с различными минеральными добавками. Например, используются гранулированные доменные шлаки, зола-унос, а также наполнители — инертные добавки в виде строительного песка, отходов горно-обогатительных комбинатов. Это придает вяжущим неплохие строительно-технические свойства.
Одно из важных условий получения ВНВ заданного качества — необходимая влажность исходных компонентов, суммарное значение которых не должно превышать 3 процентов в общей массе состава.
Для производства вяжущих низкой водопотребности используют шаровые, трубчатые и вибрационные мельницы. Однако, как показали исследования, предпочтительнее шаровые мельницы, снабженные сепаратором. Они обеспечивают заданный гранулометрический состав.
Положительное воздействие оказывает на кинетику измельченного клинкера вводимый при помоле органический модификатор (СП С-3). Так, при одинаковой исходной дисперсности крупки (около 2500 см2/г) продолжительность домола клинкера с оптимальным количеством двуводного гипса и органического модификатора до достижения удельной поверхности вяжущего 4400 см2/г сокращается в 2 раза по сравнению с продолжительностью домола клинкера без модификатора. При этом модификатор не только играет роль интенсификатора помола, но и предотвращает агрегирование частиц вяжущего при более тонком измельчении.
Известно, что для цементов заводского изготовления в зависимости от вида и количества минеральных добавок дисперсность изменяется в пределах 2500-3500 см2/г при нормальной густоте 24-28 процентов, а иногда и выше. Нормальная густота ВНВ с удельной поверхностью 4500-5000 см2/г обычно изменяется от 16 до 20 процентов и даже при использовании влагоемких минеральных добавок (например, зол ТЭС), вводимых в количестве до 70 процентов, не превышает 24-26 процентов.
Анализ показывает, что активность ВНВ значительно превышает активность исходного портландцемента марки 500. Создана возможность замены (до 60 процентов) клинкерной части различными минеральными добавками.
Для них характерна пониженная по сравнению с портландцементом степень гидратации элита как в раннем возрасте, так и при длительном твердении. Это обусловлено малой обводненностью гидратных новообразований. Так, степень гидратации алита мономинерального ВНВ в возрасте 7 и 28 суток нормального твердения составляет 28,5 и 34 процента, что существенно ниже аналогичного показателя тонкомолотого мономинерального цемента без модификатора (соответственно 57,7 и 58,6 процента).
Несмотря на пониженные значения степени гидратации, вяжущее низкой водопотребности имеет существенные преимущества перед портландцементом, как по темпам твердения, так и по абсолютным значениям прочности. Прочность цементного камня на ВНВ (82,4 Мпа) в возрасте 1 суток нормального твердения в 2,6 раза превышает прочность контрольных образцов, а в более поздние сроки — в 2,1-2,3 раза. Абсолютные значения прочности цементного камня на ВНВ в возрасте 28 и 180 суток составили соответственно 184 и 205 Мпа, а контрольных образцов—81,7 и 98,5 Мпа.
Характерная особенность цементных систем на основе таких вяжущих - существенное замедление процессов структурообразования в первые 4-8 часов после затворения с последующим интенсивным процессом кристаллизации и твердения. Длительность индукционного периода цементного теста на основе ВНВ сокращается с увеличением содержания клинкерного компонента в его составе.
Одно из преимуществ ВНВ - длительное сохранение активности и интенсивный набор прочности цементного камня и бетона на его основе в различные, в том числе и ранние, сроки твердения.
Хранение (до 180 суток) такого вяжущего с содержанием клинкерной составляющей 30-100 (НВ-30 — ВНВ-100) в бумажных мешках и комнатных условиях не привело к изменению показателей дисперсности, водопотребности и прочности в стандартных растворах (как расчетной, так и ранней, в возрасте 1-3 суток).
Прочность же раствора на портландцементе марки 500 уже после 30 суток хранения в аналогичных условиях снизилась на 17-20 процентов, а после 6 месяцев хранения составляла всего 35-37 процентов первоначальной. При этом удельная поверхность цемента снизилась с 3200 до 2600 см2/г. Это свидетельствует об агломерации частиц клинкера.
Испытания бетонных смесей на ВНВ в производственных условиях показали, что наибольшие темпы потери подвижности характерны для состава на чистоклинкерном цементе ВНВ-100. С переходом на вяжущие, содержащие минеральные добавки, отмечается увеличение сохраняемости бетонных смесей в последовательности: ВНВ-100, ВНВ-50, ВНВ-30.
Формовочные свойства бетонных смесей характеризуются повышенной вязкостью в состоянии покоя и значительным тиксотропным разжижением при механических воздействиях, предопределяющими высокую степень их уплотнения и низкие энергозатраты на процесс формования.
Кинетика твердения бетонов на основе ВНВ существенно отличается от характера нарастания прочности бетона из изопластичных смесей с суперпластификатором С-3, приготовленных по традиционной технологии. Она характеризуется интенсивным набором прочности уже через несколько часов. В возрасте 16 часов нормального твердения бетоны на основе ВНВ имеют кубиковую прочность, равную 25 Мпа. Это создает реальную возможность получения бетонов с требуемой для сборных железобетонных изделий распалубочной, передаточной (для преднапряженных конструкций) или отпускной прочностью в течение 16-24 часов нормального твердения или при существенном сокращении продолжительности тепловлажностной обработки.
Прочность бетона, равная 22,6 Мпа, на основе ВНВ-100 достигается за 8 часов с момента изготовления образцов, что практически в два раза меньше того срока, который требуется для получения бетона такой же прочности по традиционной технологии. При этом во все сроки твердения коэффициент использования цемента в бетоне на основе вяжущих низкой водопотребности значительно выше, чем у бетонов без добавок и с суперпластификатором С-3.
Оптимальным условием твердения бетонов на основе ВНВ-100 является естественный режим хранения. Для бетонов на основе ВНВ-50, кроме естественного хранения, обеспечивающего отпускную прочность изделий порядка 15-20 Мпа в возрасте 1 суток, может быть применена тепловлажностная обработка при температуре изотермического прогрева около 60°С. Бетоны на ВНВ-30 при заводских условиях производства сборного железобетона нуждаются в термообработке по существующим режимам ТВО.
Бетоны на основе ВНВ из высокоподвижных бетонных смесей характеризуются высокой морозостойкостью и трещиностойкостью.
Водопоглощение таких бетонов в 2,5 раза ниже, чем у бетонов без добавки и с суперпластификатором С-3. Деформации усадки и ползучести в среднем на 10-20 процентов ниже, чем у контрольного состава.
Цементный камень и бетон на ВНВ отличаются низкой пористостью практически с отсутствием крупных капиллярных пор.
Способ использования суперпластификаторов С-3 позволяет заменить портландцемент марки 600 на ВНВ-50 на основе портландцемента марки 400. Результаты испытаний бетонных смесей и бетонов на основе ВНВ, в составе которых содержание портландцемента составляет 25-50 процентов, свидетельствуют о реальной возможности существенного снижения расхода портландцемента.
С применением ВНВ-100 удается получить особопрочные легкие и тяжелые бетоны, однако при этом важная роль принадлежит природе, прочности, плотности и геометрической форме крупных заполнителей. Если на основе дробленого керамзитового гравия максимально достигаемая прочность бетона нормального твердения в возрасте 28 суток при расходе ВНВ 480 кг/м3 составляет около 60 Мпа при объемной массе 1750 кг/м3, то использование высокопрочного и плотного габбро в основном кубической формы позволяет получить бетоны из подвижных смесей (ОК=4-6 см) прочностью более 150 Мпа. Дальнейший набор прочности лимитируется прочностью крупного заполнителя.
Использование бетона на ВНВ расширяет область беспрогревного бетонирования в зимних условиях. Температура твердения мелкозернистого бетона на ВНВ до -10°С зависит от тонкости помола вяжущего и с увеличением удельной поверхности с 500 до 700 мг/кг прочность на сжатие в возрасте 28 суток возрастает с 9 до 28,5 Мпа при температуре -10°С и с 13,8 до 43,5 Мпа при -5°С. Бетон, находящийся в течение 28 суток при -10°С и при последующем выдерживании в течение 28 суток в нормальных условиях, достигает 70-80 процентов расчетной прочности.
При введении суперпластификатора водопотребность растворов с увеличением удельной поверхности цемента не изменяется. В то же время суммарная пористость цементного камня нормального твердения, приготовленного из теста нормальной густоты (23 процента), на 28-е сутки составляет 0,1010 см3/г.
В цементном камне на основе вяжущих низкой водопотребности эффективный радиус пор (80 процентов) сдвигается в сторону более мелких пор размером 0,01 мкм, в которых вода замерзает при температуре -20 —40°С, что позволяет бетону твердеть на морозе.
Особенности поровой структуры бетона на основе ВНВ позволяют снизить расход модификаторов противоморозного действия без увеличения льдистости и деструкции бетона. Следует отметить, что бетон с НК, твердеющий на морозе, при последующем выдерживании в нормальных условиях набирает наиболее высокую прочность по сравнению с бетонами на других модификаторах.
Увеличение тонкости помола цемента с 500 до 700 м2/кг приводит к ускорению твердения бетона на ВНВ с 3 процентов НН в 1,5 раза при температуре -15°С, в 2 раза при -20°С и в 2,5 раза при -25°С.
Бетонные смеси на основе ВНВ характеризуются высокой однородностью, нерасслаиваемостью, водоудерживающей способностью при транспортировании, укладке и уплотнении. Темпы набора прочности бетона отличаются высокой интенсивностью.
Применение ВНВ-100 перспективно для высокопрочных бетонов классов В45 и выше, при этом может быть сэкономлено 35-50 процентов клинкерной части цемента. Оно пригодно для беспропарочной технологии железобетона. ВНВ-50 перспективно в бетонах классов ВЗО-В45 и может быть использовано в бетонах класса В25. При этом достигается экономия клинкерной части цемента 50 процентов и более, значительно сокращаются срок и температура термообработки, а во многих случаях отпадает необходимость в ТВО этих бетонов.
Использование ВНВ в зимних условиях позволяет вести бетонные работы при температуре до -10°С без модификаторов противоморозного действия. А при более низких температурах — с модификаторами, количество которых можно снизить в 2-3 раза. Это выгодно, эффективно и доступно для стройкомплекса.
Описать дозаторы, устройство, работа. Помол сырья.