Технология производства бетона: Технология производства бетона

Производство и изготовление бетона – это сложный технологический процесс, независимо от того, где он производится – в «домашних» условиях или на заводах. Сравнивая качество заводского материала и изготовленного самостоятельно, предпочтение отдаётся первому. Причём это не зависит от качества компонентов, так как они одни и те же, хотя и в заводской практике бывают случаи использования заведомо более дешёвых недоброкачественных составляющих. Однако, первостепенную роль в производстве бетонной смеси играет именно процесс ее приготовления – технология и качество смешивания, степень однородности массы и особенно тщательное соблюдение рецептуры.

Состав бетонной смеси

В состав бетона входит четыре компонента:

• Цемент (вяжущее вещество)
• Заполнитель (песок, щебень)
• Вода
• Добавки

Порой заполнитель разделяют на две отдельные группы: песок и щебень. Это происходит, так как в стройке используется и другой вариант строительной смеси – цементный (смесь цемента, воды и песка). Бетонная же смесь имеет более высокую прочность и долговечность за счёт наличия в составе щебня или гравия, то есть заполнителя более крупной фракции, нежели песок. Использование щебня мелких фракций делает бетон более прочным, так как его частицы ют в смеси более плотно друг к другу.

Рецептура приготовления бетона

Рецептура производства бетонной смеси сводится к чёткому соблюдению требуемого состава и технологии изготовления. Если состав определяется количеством и долей присутствия того или иного компонента в зависимости от марки бетона и класса, то технология определяется условиями обработки бетона (температура, влажность), механическими воздействиями (частота и тщательность замешивания), последовательностью включения компонентов в смесь.

Этапы изготовления бетона

Весь процесс подразделяется на ряд этапов. Заводское производство бетона может включать дополнительные мероприятия по обработке смеси или отдельного компонента, особенно это касается приготовления специальных составов с нестандартным набором включений. Мы рассмотрим технологию производства товарного бетона, наиболее распространённый и упрощённый вариант.

Подготовка компонентов

Сначала приготавливают компоненты состава: промывают, прочищают и просеивают песок и щебень, удаляют взвеси из воды (если таковые имеются). Недостаточное очищение компонентов приводит к присутствию в бетоне посторонних веществ, влияющих на процесс схватывания, на последующую прочность состава. Очень важно использование свежего цемента, это существенно повысит показатели смеси. Долевое соотношение цемента к песку зависит от требуемой прочности состава и последующей нагрузки на бетон, оно колеблется от 1:2 до 1:5 (чем меньше песка, тем ниже прочность).

Смешивание компонентов

Смесь сначала смешивают в твёрдом состоянии, потом добавляя воду продолжают процесс. В индивидуальном строительстве замес производят вручную, при большом количестве бетона его замешивают в бетономешалках. Бетономешалки могут использоваться и в частном строительстве, они бывают гравитационного принципа действия и принудительного. Преимущество у второго типа оборудования, так как замешивание происходит более эффективно. Тщательность такой обработки определяет прочность бетона, так как равномерность распределения компонентов состава – залог его надёжности при застывании.

Соблюдение условий при изготовлении и хранении смеси

Мы говорили о выполнении необходимых условий в процессе изготовления бетона: поддержании оптимальной температуры в районе 20 С и влажности. Но еще важнее сохранить эти условия уже после приготовления состава, к ним необходимо добавить необходимость постоянного перемешивания раствора во избежание отслоения компонентов и потере свойств. Смесь после замешивания приобретает определённую текучесть, которую необходимо поддерживать вплоть до заливки. Бетон, который поставляется с завода на объект необходимо перенести в оптимальные условия для транспортировки. Поэтому для его перевозки используют специальные транспортные средства типа бетоновозов и миксеров.

Определяясь с выбором покупки готового бетона и самостоятельного изготовления, учитывайте риски несоблюдения как рецептуры (это сложно выполнить в «домашних» условиях, не имея специальных измерительных приборов) а также технологию замешивания (ручное смешивание не сравнится с механической обработкой). Беря во внимание, что для достижения качественного результата приготовления материала логичнее использовать уже готовый состав (добавив на месте лишь воду) и применение электрических бетономешалок, просчитайте, будет ли это экономнее заказа готовой бетонной смеси и сделайте правильный выбор.

Технология производства бетона — материалы для изготовления раствора

Ни одно современное строительство не обходится без применения самого распространённого на сегодняшний день строительного материала — бетона. Данный строительный материал обладает уникальными свойствами, благодаря которым он и стал столь популярным:

• Прочность. Если соблюдена технология производства бетона, то получающийся в результате искусственный камень не уступает по прочности натуральным. Она напрямую зависит от марки применяемого цемента.
• Удобоукладываемость. Незастывшая масса легко заполняет всё пространство, ограниченное опалубкой. 
• Долговечность. Срок службы бетонных конструкций и изделий исчисляется десятками и сотнями лет.
• Стойкость к воздействию агрессивных сред и природных явлений.

Неудивительно, что ответ на вопрос как изготовить бетон волнует многих людей, занимающихся индивидуальным строительством.

Материалы

Цемент. Является связующим веществом в составе бетонной смеси, застывающим после взаимодействия с водой и определяющим все основные свойства будущего строительного материала. От марки применяемого цемента будет зависеть, в конечном счёте, и марка бетона (основная характеристика его прочности). Статья о цементе и технологии его производства.

Инертные наполнители. Соединение одного цемента с водой также со временем затвердеет, но получившийся цементный камень, во-первых, будет слишком дорог, во-вторых, его прочность вряд ли будет удовлетворять строителей. Поэтому в смесь цемента и воды добавляют так называемые инертные наполнители (чаще всего это песок и щебень), которые выполняют несколько функций.

• Щебень, обладая значительной собственной прочностью, существенно увеличивает и прочность получающегося искусственного камня.
• Песок способен увеличивать подвижность смеси, что является несомненным преимуществом в процессе строительства. Для получения более крепкого материала технология бетона предусматривает использование гранитного щебня.

В случае если к готовому искусственному камню не предъявляются серьёзные требования по прочности и не предусматривается его использование в несущих конструкциях, вполне можно обойтись щебнем известняковым, кирпичным боем или дроблёными шлаками.

Вода для смеси может быть самой обыкновенной, единственным требованием к ней будет чистота. А вот к количеству воды для приготовления смеси требования куда жёстче. При недостатке воды в процессе кристаллизации будет участвовать не весь цемент, а при избытке — снижаются прочностные характеристики.

Технология самостоятельного изготовления бетона

Для приготовления бетонной смеси, которая впоследствии превратится в монолитный бетон, удовлетворяющий всем требованиям, необходимо соблюдение пропорций всех входящих в неё материалов.

Наиболее оптимальным способом будет предварительное перемешивание сухих составляющих в пропорции приблизительно 3:5:10 (цемент: песок: щебень). Количество воды зависит от разных факторов, в том числе от первоначальной влажности ингредиентов, и может быть указано лишь приблизительно (10–15% от массы сухих составляющих). В любом случае количество воды должно обеспечивать необходимую пластичность смеси и полное смачивание цемента.

Изготовление бетона своими руками лучше всего производить с использованием средств механизации, имеется в виду электрическая бетономешалка. Она позволит самым тщательным образом перемешать смесь до получения однородной пластичной массы.

Заливать смесь необходимо при положительных температурах окружающего воздуха, в противном случае следует добавлять в смесь специальные антиморозные добавки.

Строительный раствор

Попросту говоря строительный раствор — это та же самая бетонная смесь, в которой отсутствует наполнитель крупной фракции. Технология его производства точно такая же, как технология приготовления бетона, естественно без добавления крупнофракционного наполнителя.

В строительстве раствор применяется в качестве связующего вещества между готовыми строительными формами (кирпичи, пеноблоки, железобетонные плиты), для выравнивания участков поверхностей (устройство стяжек).

Поскольку покупка бетонной смеси дело накладное, особенно при больших объёмах, допускается предварительное изготовление раствора с последующим добавлением щебня и тщательным перемешиванием в небольшой бетономешалке или вручную. Таким образом, можно существенно сэкономить при строительстве.

Процесс производства бетона

Процесс производства бетона – неотъемлемая составляющая строительных работ. Так, к примеру, он необходим при заливке пола, возведении фундамента и даже при установке забора. Это один из самых трудоемких, очень ответственных моментов строительства.

Правильно изготовленный и залитый бетон является залогом прочной, надежной и долговечной  конструкции.В зависимости от функционального назначения и марки цемента могут отличаться пропорции сухих веществ.

Обычно при изготовлении используют следующие составляющие:

1. Вода;

2. Цемент;

3. Песок;

4. Щебень (гравий).

Соотношение сухих веществ в создаваемом материале должно быть 1:3:3 соответственно. К примеру, чтобы приготовить 1 м3 бетона потребуется взять 200 литров воды, 0,2 м3 цемента (марка 400) и по 0,6 м3 песка и гравия. Количество воды указано ориентировочно, т.к. песок и щебень так же могут содержать некоторое количество влаги. Если использовать марку цемента 300, то расход его придется увеличить на 30%.

Технология изготовления бетона следующая: в первую очередь интенсивно перемешиваются сухие составляющие до получения однородной массы, а после этого небольшими порциями добавляется вода. Готовый бетон не должен быть как слишком жидким, так и слишком густым. Проверить готовность можно следующим способом: в ладони сжать получившуюся массу, в результате должен образоваться комок с небольшим количеством выделившейся влаги.

Чтобы получить качественный бетон необходимо выполнять требования к используемым ингредиентам. Во-первых, вода должна быть максимально чистой без каких-либо посторонних примесей. Во-вторых, песок лучше брать крупный и чистый, без глины и ила. От качества песка зависит прочность смеси и расход цемента. Щебень рекомендуется брать мелкий, фракции от 5 до 20мм. Лучше всего для этой цели подходит щебень, изготовленный из натуральных горных пород. Использование в этом качестве битых кирпичей, искусственного щебня и др. делает бетонную конструкцию менее прочной, по сравнению с первым вариантом.

Вы можете отважиться и сами изготовить бетон, а можете заказать готовый напрямую с завода-изготовителя. С целью предотвращения расслаивания и частичного застывания, доставка бетона осуществляется в автобетономешалках.

Технология производства бетона. Бетонный завод ТДХ в Харькове.

Технологией производства бетона называется процесс соединения воды, вяжущего вещества, заполнителей и различных химических добавок, которые способны наделить бетонную смесь особыми качествами. Давайте рассмотрим главные особенности этого достаточно трудного и длительного процесса.

Из чего состоит бетон?

Нужно отметить, бетон не может производиться по одному универсальному рецепту. Все дело в том, что определенное строительство требует от используемого материала конкретных технических характеристик, поэтому рецептура его изготовления очень разнообразна. Тем не менее, основными компонентами, которые включаются в состав бетона, являются:

1. Вяжущее вещество.

В качестве данного компонента при изготовлении бетона выступает цемент. Прочность и надежность готового строительного материала во многом зависит от клеящей способности вяжущего вещества.

2. Заполнитель.

Этот компонент занимает около 80 % бетона, оказывает непосредственное влияние на его свойства, а также способен создать жесткий скелет готового изделия и предупредить его деформацию в процессе эксплуатации.

3. Химические добавки.

Данный компонент используется для повышения качества изготавливаемого строительного материала, а также для придания ему особых технических характеристик, например, морозостойкости, долговечности, низкой водопроницаемости и др.

4. Вода.

Эта составная часть используется для соединения всех вышеперечисленных компонентов и приготовления жидкой бетонной смеси.

Технология приготовления бетона.

Первым этапом приготовления смеси является отбор необходимого количества компонентов, которое указано в рецептуре. После этого все составные части будущего строительного материала высыпают в миксер, одновременно подают в него воду и после этого приводят механизм в движение.

Перемешивание необходимо для того, чтобы придать жидкой смеси однородную консистенцию. Это очень важно, т. к. неоднородность строительной смеси ведет к неодинаковой прочности разных участков готовой конструкции, в результате чего она может повредиться под воздействием нагрузки.

Пластичную смесь из бетономешалки перемещают в специальные формы, где она твердеет и превращается в искусственный камень – бетон. На протяжении некоторого времени после твердения материал приобретает необходимую прочность, и только после этого его можно назвать полностью пригодным для использования на строительных площадках.

Технология производства бетона на заводе.

Современный бетон по технологии производства мало чем отличается от материала, использовавшегося сто или две тысячи лет назад. Чтобы получить бетонирующую смесь, достаточно смешать в определенных пропорциях цемент (вяжущее), песок, щебень (заполнитель) и технически чистую воду.

На практике дело обстоит несколько сложнее. Трудно самому постоянно замешивать большие партии материала со стабильно высоким качеством. Поэтому для больших и сложных объектов приобрести бетон лучше в готовом виде и у профессионалов. Компания «Бетон центр» готова продать нужный объем смесей с собственного завода по их производству. А к самостоятельному изготовлению бетона вы сможете прибегнуть при несложном строительстве или ремонте.

Производственный цикл

Технология производства бетона на заводе в Твери предусматривает несколько этапов.

1. Сначала подготавливаются все необходимые ингредиенты. Цемент, щебень и песок просеиваются. На нашем предприятии организованы складские запасы. Поскольку смесь быстро схватывается, невозможно произвольно приостанавливать и возобновлять производственный процесс. Если любой из ингредиентов неожиданно закончится, всю партию придется отбраковывать.
2. Подготовленные ингредиенты смешиваются в нужной пропорции. Соотношение зависит от марки и некоторых особенностей состава смеси. Доля цемента прямо пропорциональна марке бетона. Концентрацию вяжущего можно немного снижать, если брать цемент с более высокой маркой. Одновременно с этим корректируют соотношение других компонентов. В зависимости от условий транспортировки и других требований могут использоваться специальные присадки.
3. Ингредиенты тщательно размешиваются до равномерной консистенции. Затем смесь сразу же отгружается в автобетоносмесители и доставляется на стройплощадки. Миксеры — стандартный и наиболее эффективный способ перевозки.

Контроль качества

Оборудование для производства бетона, совершенная технология, оптимизация работы предприятия и прочее не имеют значения, если на заводе не контролируется качество продукции. Только мероприятия по контролю технологии производства могут гарантировать, что бетонирующие смеси обладают всеми нужными свойствами.

Используются визуальные и лабораторные методы контроля. В последнем случае отбираются образцы смесей. Они формуются в виде небольших кубов и выдерживаются в определенных условиях. Далее застывший бетон помещается под пресс. Максимальное давление и характер деформации фиксируются. На основе полученных данных делаются выводы, насколько правильно организованы производственные процессы. Узнать о результатах проверок на нашем предприятии можно по номеру 8-800-222-15-05 или 8-920-150-31-00.

Изготовление бетона — как правильно приготовить бетон?

Бетон относится к основным строительным материалам для строительства и ремонта зданий, сооружений, производства Железобетонных изделий, декоративных предметов обихода и элементов декора фасадов и придомовой территории.

СодержаниеСвернуть

В зависимости от задач и объемов строительных или ремонтных работ различают два вида получения данного материала – изготовление бетона в заводских условиях и производство материала непосредственно на строительной площадке, своими руками, в домашних условиях.

Заводской бетон характеризуется точным соотношением компонентов, гарантией соответствия заказанной марке и виду, может быть доставлен специальным транспортом в больших объемах, в круглосуточном режиме.

В то же время, если потребность в строительном материале меньше 1 м3, самый оптимальный вариант приготовить необходимый объем прямо на стройплощадке используя подручные средства или механический бетоносмеситель.  При всех прочих равных условиях не стоит забывать, что изготовление бетона в бетономешалке обойдется вам в два раза дешевле, чем покупка готового материала на бетонном заводе.

Классификация бетонов

Данный строительный материал классифицируют по следующим характеристикам:

• Средняя плотность: особо тяжелые, тяжелые, легкие и особо легкие.
• Структура готового бетона: плотная, пористая, ячеистая и крупнопористая.
• Тип связующего: цемент, гипс, шлакощелочной, полимеры, силикаты или специальное вещество (бетон на основе нефелиновых, шлаковых и стеклощелочных компонентов, добываемых из отходов промышленности).
• Сфера применения: общего назначения (конструкционные), конструкционно-теплоизоляционные, тампонажные, саморасширяющиеся, теплоизоляционные, дорожные, гидротехнические, сульфат и химически стойкие, жаростойкие и декоративные.

Несмотря на такое многообразие видов бетона, в многоэтажном и малоэтажном жилищном строительстве в подавляющем большинства случаев применяют тяжелый бетон различных марок. Марка бетона заказывается в зависимости от механической нагрузки на возводимую конструкцию и конкретные условия эксплуатации.

Технология изготовления бетона

Способ приготовления бетона не является сложным процессом и при необходимости может быть реализован своими силами. Суть технологии заключается в точном отмеривании компонентов (по объему или массе), тщательном перемешивании любым способом и последующем использовании в течение определенного времени.

Для изготовления тяжелого бетона используют: портландцемент доступных марок ЦЕМ I 32,5Н ПЦ (М400) или ЦЕМ I 42,5Н ПЦ (М500),карьерный или речной песок, гранитный или гравийный щебень.

В определенных случаях, при строительстве неответственных сооружений (отмостка, садовые дрожки, бетонные площадки и пр.) допускается замена щебня строительным мусором – битым кирпичом, кафелем, старой штукатуркой и другими отходами строительства.

В зависимости от назначения и пропорций компонентов тяжелые бетоны делятся на марки. Марка бетона представляет собой сочетание буквы «М» с группами цифр от 50 до 600. Цифры обозначают прочность бетона на сжатие. Например бетон М200 в «возрасте» 28 суток после заливки способен выдержать нагрузку величиной 200 кг/см2.

Пропорции для приготовления бетона

Таблица пропорций для бетона

Аббревиатура «Ц:П:Щ:В» обозначает: Цемент : Песок : Щебень.

Учитывая, что подавляющее большинство читателей этой статьи интересует вопрос, как изготавливать бетон в домашних условиях, стоит рассказать о старинной технологии, не требующей покупки дорогостоящего оборудования и специальных инструментов.

Как замесить бетон своими руками

Для приготовления бетонной смеси по данной технологии потребуется лист металла 1х2 метра, лопата, ведро, несколько кусков кирпича и желание получить бетон при минимальных затратах.

Изготовление бетона вручную – этапы технологии:

• Лист железа укладывается на относительно ровную поверхность и по углам подпирается кусками кирпича или дикого камня. Это необходимо чтобы цементное молочко не «убежало» на прилегающую поверхность почвы.
• На поверхность железа, в соответствии с принятыми пропорциями насыпается песок, щебень и цемент. На стандартный лист железа размерами 2х1метр можно насыпать до 6 десятилитровых ведер компонентов: песка, щебня и цемента.
• Компоненты тщательно перемешиваются «всухую».
• В центре насыпи, лопатой делается углубление до поверхности железа.
• В углубление наливается вода – 50% от количества цемента по объему.
• Производится перемешивание. Перемешивание начинают в формате «компоненты находящиеся вокруг углубления с водой, бросают в цент углубления, перемешивают, и так до тех пор, пока не получится однородная масса консистенции густой сметаны. При необходимости небольшими порциями добавляют воду.
• Получившийся бетонный раствор штыкуют, сгребают в кучу и начинают бетонирование.

Для упрощения работы, процесс перемешивания компонентов выполнять вдвоем, встав друг напротив друга на противоположных длинных сторонах листа, помогая друг другу совковыми лопатами. Лист железа можно заменить металлическим корытом. В этом случае объем получаемого «продукта» будет небольшой. Как показывает опыт замешивать в корыте большие объемы очень неудобно.

Изготовление бетона в бетономешалке

Торговые сети и прокатные компании предлагают покупателям и клиентам бетоносмесители имеющие различные объемы рабочего барабана. На данный момент времени можно приобрести или взять в аренду бетономешалки, имеющие следующие объемы барабана в литрах: 65, 130, 160, 180, 260 или 300.

Возникает вопрос: какова норма изготовления бетона за одну загрузку для бетоносмесителя того или иного объема? Загрузка барабана бетономешалки должна составлять 2,3 объема от паспортной величины.

Например, в барабан объемом 130 допускается загружать примерно 130/3х2=85-86 литров компонентов бетона. Другими словами за одну загрузку такой бетономешалки можно получить 0,085-0,086 м3 бетона.

Особенности изготовления бетона в бетоносмесителе:

• Бетономешалку следует установить на твердую горизонтальную поверхность.
• Наклон барабана должен составлять 45 градусов.
• Включение барабана в работу с загруженными компонентами категорически запрещено! Следует сначала включить бетономешалку в работу, а потом добавлять «ингредиенты» в следующем порядке: вода, норма цемента, норма песка. «Прокрутить» в течение 2-3 минут, после чего добавить норму щебня. При необходимости добавить воды.
• Общее время замешивания не более 10 минут.

Полученный бетон необходимо использовать в течение 2-х часов.

Заключение

Подводя итог, стоит отметить следующее. Приготовить достаточное количество бетона вручную или с помощью бетоносмесителя для объемной конструкции требующей одномоментной заливки невозможно.

Поэтому совет!  Изготовление бетона для фундамента крупного здания, масштабных колонн, чаш больших бассейнов и других масштабных бетонных конструкций следует доверять бетонному заводу, даже если это стоит несколько дороже «по деньгам».

Производство бетона — обзор

11.3.1 Переработанные заполнители

По мере того, как производство бетона во всем мире продолжает расти, растет и использование и потребление абиотических ресурсов, таких как заполнители. Чтобы подтвердить это утверждение, совокупный мировой спрос вырастет с 45,9 до 66,3 Гт в течение 10 лет (например, 2012–22 годы) (Freedonia, 2012). Еще один четкий показатель использования и роста бетона связан с производством цемента, которое вырастет с 2,77 Гт в 2007 году (USGS, 2008) до 3.8 и 4,6 Гт в 2050 году (IEA, 2010). Учитывая эти показатели, совершенно необходимо появление новых решений по замене НА в производстве бетона.

Среди возможных решений для этого повышенного совокупного спроса замена НП на РП промышленных побочных продуктов кажется логичным и экологически привлекательным решением: оно не только помогает решить проблему абиотического истощения, но также может помочь в данной теме. удаления промышленных отходов, что часто сопряжено с серьезными экологическими проблемами (Samuelson, 2009).Основным источником этих RA являются отходы строительства и сноса (CDW), но к другим возможным источникам относятся, среди прочего, отходы горнодобывающей промышленности, отходы пластмасс, угольная зола, резина, шлаки, промышленные шламы (de Brito and Saikia, 2013). Учитывая их природу и состав, как КДВ, так и отходы горнодобывающей промышленности обычно определяют как минеральные отходы, выделяя их отдельно от остальных с точки зрения потенциального использования в качестве РЗ.

КДВ в 2012 г. приходилось около 33% (821 млн т) всех отходов, произведенных в Европейском союзе, за которыми следовали отходы горнодобывающей промышленности, что соответствовало 29% (734 млн т).В целом, минеральные отходы составляют 62% от общего количества производимых отходов, что подчеркивает важность, которую побочные продукты могут иметь в любых будущих решениях для более экологичного бетона. CDW включает в себя широкий спектр материалов, различный химический и минералогический состав, а также различные уровни опасности. Эти различия обычно используются для определения меньших категорий CDW, которые классифицируют материалы по их возможности вторичной переработки. Например, Европейский Союз (Комиссия ЕС, 2016) создал девять подгрупп CDW, начиная от «17 01 — бетон, кирпич, плитка и керамика», наиболее подходящие материалы для вторичной переработки, до «17 09 — Другие CDW». , без возможности повторного использования.Среди всего объема КДВ бетон, строительный раствор и керамика составляют основной объем всех месторождений, что соответствует 60–80% от всего объема КДВ (Mália et al., 2013; EPA, 2016). Имея это в виду, мировые исследования в основном сосредоточены на использовании этих видов материалов в качестве замены NA в бетоне, и результаты показали, что RA подходят для замены их естественных аналогов, даже если необходимо пойти на некоторые компромиссы, так как бетон производительность имеет тенденцию к снижению по мере увеличения коэффициента замещения (Rao et al., 2007; Ли, 2008; Макнил и Канг, 2013; Бехера и др., 2014; Евангелиста и де Брито, 2014).

Одной из основных проблем, с которыми сталкивается строительный сектор при использовании RA, является их неоднородность. В отличие от НА, которые обладают относительно стабильными свойствами, учитывая их минералогическую природу, свойства РА зависят не только от источника КДВ, но и от их переработки и обработки на заводе по переработке (Ulsen et al., 2010; Florea and Brouwers, 2013; Pedro и др., 2014). Эти различные методы обработки изменяют ключевые свойства, такие как плотность и водопоглощение, морфология, микроскопия и содержание загрязняющих веществ, среди прочего (Rodrigues et al., 2013; Ulsen et al., 2013; Сильва и др., 2014). Следовательно, крайне важно классифицировать RA из CDW не только по их составляющим, но и по некоторым фундаментальным, но легко определяемым свойствам.

Чтобы удовлетворить потребность в категоризации RA на основе их эффективности, а не их составляющих, Silva et al. (2014) проверили свойства почти 600 различных RA от широкого круга авторов со всего мира, установив кривую корреляции между RA, плотностью высушенной в печи и их водопоглощением, как показано на рис.11.1. Основываясь на этой кривой и на потерях при истирании в Лос-Анджелесе, авторам удалось создать новую категоризацию для RA (от A — лучший результат до D — худший результат), которая не зависит от их минералогической природы. С помощью этой новой системы классификации стало возможным соотнести характеристики заполнителей с характеристиками бетона, как указано в следующих разделах.

Рисунок 11.1. Корреляция между водопоглощением и плотностью переработанных заполнителей после высушивания в печи (Silva et al., 2014).

Обзор процесса производства бетона, вопросы безопасности

Производство бетона прошло долгий путь со времен производства дробленого и обожженного известняка. Ремесло, которое началось с простой смеси щебня, песка и воды в ранних цивилизациях, превратилось в сложную отрасль, составляющую примерно 10% внутреннего валового национального продукта США. Сегодня это связано с передовой химией для создания соединений, из которых состоят современные конструкции и дороги.

Развитие современной бетонной промышленности привело к появлению множества типов бетона, от простого до железобетона с закладными стальными стержнями и стержнями. Несмотря на то, что инновации помогли человечеству построить такие великие сооружения, как плотина Гувера, многие давние проблемы и проблемы с безопасностью все еще сохраняются.

MCR Safety разбирается в тонкостях отрасли и в средствах безопасности, необходимых для защиты рабочих. Имея это в виду, мы составили общий обзор процесса производства бетона, а также подчеркнули потенциальные риски безопасности и средства защиты, которые необходимо учитывать.

Виды бетона

Прежде чем мы углубимся в производственный процесс и вопросы безопасности, вот краткий обзор некоторых распространенных типов бетона.

Обычная

Чаще всего используется при строительстве зданий и дорог. Обычный бетон состоит из традиционной смеси цемента, песка, гравия и соответствующего количества воды.

Легкий

Чаще всего используется для защиты стальных конструкций и для тепловой защиты. Он может состоять из различных материалов, таких как пемза, глина или перлит, и определяется по плотности менее 1920 кг / метр.куб.

Воздухововлеченный

Это форма простого бетона, наполненная тысячами частиц воздуха, созданными из пенопласта или других химических веществ. Этот тип особенно устойчив к замораживанию и оттаиванию.

Тяжелый вес

Чаще всего используется в конструкциях с высоким уровнем излучения, состоит в основном из дробленых горных пород высокой плотности и определяется как имеющие уровни плотности между 3000-4000 кг / м куб.

усиленный

Считается, что железобетон является «наиболее важным» типом, его можно определить по интегрированной стальной арматуре в виде стержней, стержней или сетки.Этот тип был разработан для обеспечения высокой прочности на разрыв для максимальной прочности при возведении мостов и других несущих конструкций.

Сборный железобетон

Этот тип определяется не материалами, использованными для его создания, а скорее его формой и подготовкой перед доставкой на место работы. Различные типы сборного железобетона, отлитые в формы и закаленные в контролируемой среде, включают лестницы, столбы или блоки.

Обзор процессов производства бетона

Мы составили этот базовый обзор производственного процесса, чтобы обеспечить общее представление о текущих задачах.

1. Дозирование

   Первый шаг включает сбор ингредиентов, необходимых для производства конкретного типа бетона. Тип дозирования, объемный или взвешенный, зависит от количества производимого бетона. Объемное дозирование, обычно связанное с производством небольших партий, требует утомительного количества ручных измерений и подъема мерной коробки. Из-за тяжелых условий окружающей среды этот этап производственного процесса требует особой осторожности при выборе правильного защитного снаряжения для защиты от порезов, пузырей и других опасностей для окружающей среды.

2. Смешивание

   В зависимости от типа и количества, необходимого для конкретной работы, бетон можно смешивать вручную, стационарным миксером или во время транспортировки. Независимо от того, как он смешивается, критически важно обеспечить однородный цвет и консистенцию бетона для оптимального схватывания. Ручное перемешивание цемента, использование лопаты и других инструментов для перемешивания сказывается на руках рабочих, и опять-таки требуется прочная долговечная перчатка для повышенной защиты.

3. Транспортировка и размещение

   Способы транспортировки бетона широко варьируются от тачки и ручной транспортировки до операций с ленточным конвейером и до более сложных проектов с использованием кранов и насосов.Все эти методы требуют определенного уровня ручного управления, требующего повышенной безопасности. Компании обязаны обеспечивать соответствие своих перчаток требованиям безопасности — от физической перевозки тачек до эксплуатации и обеспечения безопасности более крупных машин и оборудования, перевозящего бетон.

4. Уплотнение и размещение

   При смешивании и транспортировке часто захватывается воздух, что значительно снижает качество и прочность. Одним из завершающих этапов производства является уплотнение продукта для устранения воздушных карманов и обеспечения долговечности.Это можно сделать с помощью оборудования, которое временно разжижает бетон, мгновенно удаляя захваченный воздух, или с помощью ручного инструмента. Чрезвычайно легкий и водонепроницаемый MG9648, показанный на этом рисунке, является идеальным выбором для тех, кто пользуется ручными инструментами.

5. Отверждение и окончательная обработка

   Этот процесс происходит сразу после сжатия бетона и требует особого внимания к деталям, касающимся уровня влажности и сжатия по мере высыхания. Этот процесс имеет решающее значение для предотвращения растрескивания и проблем с долговечностью.Многие виды обработки включают сильнодействующие химические вещества для герметизации плиты, которые могут быть невероятно опасными для рабочих при воздействии на них.

Оценка риска

Когда дело доходит до конкретных приложений и процессов, вы должны быть уверены, что были приложены все усилия для выбора правильного механизма. Что касается травм, то 18 процентов всех травм в бетонной промышленности возникают в результате порезов, порезов или проколов. Кроме того, третье по частоте событие, вызывающее травмы, происходит в результате удара каким-либо предметом.Эти виды травм легко возникают, если постоянно не носить надлежащие СИЗ.

MCR Safety понимает, что оценка рисков жизненно важна для защиты сотрудников. По этой причине мы разработали уникальную программу защиты 360, в которой особое внимание уделяется снижению рисков, снижению затрат и повышению производительности. Эта программа предоставляет пользователям комплексный процесс выбора, обеспечивающий надежное ношение защитного снаряжения. С нашей помощью проведение аудита СИЗ может помочь компаниям оснастить своих сотрудников наиболее оптимальными средствами защиты.

Показанная выше перчатка MC503 UltraTech для захвата легкого бетона обеспечивает прочность, покрытие и усиление, необходимые для бетонных рабочих, чтобы избежать порезов, разрывов и проколов. Кроме того, TPR MC503 обеспечивает защиту тыльной стороной ладони для приложений, где можно ударить предметом.

Имейте в виду, что в вашем распоряжении есть и другие инструменты для оценки рисков безопасности. OSHA выпустила серию PDF-файлов карманного формата по безопасности для производства бетона.

Выбор высочайшего качества

MCR Safety гордится тем, что сотрудники оснащены самой высококачественной в отрасли продукцией. Наш Центр инновационных технологий ИТЦ гарантирует, что это возможно, благодаря своей кропотливой работе по проверке качества перчаток. Лаборатория ITC является единственной лабораторией, аккредитованной по стандарту ISO 17025, для проведения испытаний на сопротивление порезам, истиранию, проколу и кондуктивное нагревание в соответствии с требованиями ANSI / ISEA 105-2016 в Северной Америке. Наш ИТЦ предлагает бесплатное тестирование для пользователей, заинтересованных в знании уровня качества используемых СИЗ или потенциальных новых рассматриваемых продуктов.Свяжитесь с нами сегодня для лабораторного тестирования или оценки 360 градусов.

Мы защищаем людей!

Присоединяйтесь к нам на стенде S12445 на World of Concrete Convention 23-26 января в Конференц-центре Лас-Вегаса, чтобы обсудить безопасность производства бетона, встретиться с некоторыми из наших лучших экспертов по безопасности и опробовать новое оборудование.

достижений в технологии бетона | Agg-Net

Использование достижений в бетонных технологиях для улучшения решений по восстановлению смеси

Стив Кромптон, национальный технический директор, CEMEX UK Materials

Товарный бетон впервые был использован почти 100 лет назад на строительной площадке в Балтиморе, США, а во многих развитых странах сейчас на его долю приходится более половины всего цемента, используемого в строительстве.Ежегодный объем производства бетона во всем мире составляет 4 миллиарда кубических метров, поэтому бетон является наиболее широко используемым строительным материалом в мире благодаря уникальному сочетанию универсальности, экономичности и долговечности.

Хотя основная концепция продукта осталась неизменной, современные бетоны мало похожи на те, которые впервые были произведены в начале 20 века. Замечательные разработки в области технологии цементных материалов, минеральных добавок и добавок, в сочетании с достижениями в методах производства, привели к появлению широкого спектра высококачественных бетонов, которые могут обеспечить рентабельные и экологически безопасные решения для самых требовательных областей применения.

Требования клиентов, конкурирующие технологии и растущее стремление к экологически безопасным методам строительства усилили давление на отрасль, заставляя ее внедрять новые и инновационные способы удовлетворения этих требований. Промышленность отреагировала тем, что переместила инновации в бетонных технологиях из исследовательских лабораторий в поле, и ассортимент доступных в настоящее время бетонов больше, чем когда-либо в истории отрасли.

Однако претворить исследовательские идеи в жизнь непросто.Скривенер и Киркпатрик (1) выделили три основных препятствия на пути внедрения инноваций в бетонную промышленность:

1. Конструкционная безопасность — Необходимость в расчетном сроке службы 100 лет или более может привести к консервативному подходу к принятию новых идей, чтобы избежать последствий отказа.
2. База эмпирических знаний — Отсутствие знаний о физических и химических процессах, которые определяют характеристики вяжущих материалов на макроскопическом уровне, что приводит к необходимости проведения итерационных и полномасштабных испытаний.
3. Рыночная ниша и критическая масса. Успех бетона как строительного материала во многом основан на его дешевизне в производстве. Однако это возможно только из-за экономии на масштабе, особенно при производстве цемента. Требования к нише меньшего масштаба могут быстро увеличить затраты, сводя на нет одно из фундаментальных преимуществ продукта.

Несмотря на эти препятствия на пути внедрения, были достигнуты заметные успехи в применении передовых технологий в производстве товарного бетона с такими разработками, как высокопрочный бетон, фибробетон, использование самоуплотняющегося бетона и широкое распространение использование высокоэффективных добавок и добавок для изменения свойств бетона.

В этой статье рассматриваются некоторые ключевые разработки в технологии производства бетона, которые привели к изменениям в конструкции и производстве товарного бетона за последние 30 лет, а также рассматриваются некоторые текущие исследования, которые могут в дальнейшем повлиять на характер отрасли.

ЦЕМЕНТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Достижения в технологии производства цемента привели к большей стабильности и улучшенным характеристикам традиционных цементов. Произошли значительные изменения в использовании альтернативных видов топлива, которые снижают воздействие на окружающую среду производства цемента, которое остается энергоемким процессом, который по самой природе химических реакций производит CO2.Тем не менее, цементная промышленность добилась успеха в сокращении количества CO2, выделяемого во время производства, и часто цитируемая статистика о том, что каждая тонна произведенного цемента выделяет эквивалентный вес CO2, больше не соответствует действительности, поскольку многие производители заявляют, что снизили выброс CO2 на 30% и более.

За последние 30 лет произошло резкое увеличение доступности и использования дополнительных вяжущих материалов. В частности, преимущества, вытекающие из следующих материалов, привели к их широкому распространению:

Шлак доменный гранулированный

Измельченный гранулированный доменный шлак (ggbs) является побочным продуктом производства чугуна и образуется при быстром охлаждении расплавленного доменного шлака.Вяжущие свойства ggbs известны давно (свидетельства его первого использования датируются более 80 лет), и его использование широко распространено в ряде стран по всему миру.

Его можно перемалывать с цементным клинкером для производства цемента с заводскими смесями, и этот подход распространен в Европе, хотя в Великобритании ggbs обычно добавляют в бетономешалку для получения эквивалентной комбинации цемента.

Обычно ggbs используется для замены 50% компонента CEM I в смеси, хотя в специализированных приложениях его можно использовать при уровнях замещения до 90%.

Значительные улучшения устойчивости к атаке хлоридов достигаются, когда ggbs используется при уровнях замещения, превышающих 40%. Его использование также улучшает стойкость бетона к сульфатному воздействию, что признано британскими стандартами, где рекомендуется использовать высокие уровни замены ggbs для наиболее серьезных категорий химического воздействия.

Использование ggbs также снижает риск вредной щелочно-кремнеземной реакции (ASR), и снова это признано в национальных руководящих документах, которые поощряют использование ggbs там, где есть потенциал для ASR.

Еще одним преимуществом ggbs является более низкая теплота гидратации, что делает его популярным в массовых конструкциях для уменьшения проблем, связанных с развитием высоких температур.

Неудивительно, учитывая потенциальные преимущества использования ggbs, наблюдается неуклонный рост его использования в товарном бетоне, хотя при использовании материала для производителя есть последствия:

• Требуется дополнительная емкость хранения.
• Дополнительные требования по контролю качества для увеличенного ассортимента смесей.
• Небольшое увеличение содержания цемента, когда требуется эквивалентная 28-дневная прочность.
• Увеличенное время схватывания, особенно в холодную погоду, может привести к повышенному кровотечению, хотя это можно контролировать с помощью добавок и изменения состава смеси.

В целом использование ggbs не представляет особых проблем для производителя товарного бетона, и это наиболее часто используемый дополнительный вяжущий материал в Великобритании.

Зола пылевидная

Пылевидная зола (PFA) является побочным продуктом при производстве электроэнергии на угольных электростанциях, и пуццолановая реакционная способность материала хорошо задокументирована при использовании в сочетании с портландцементами.

PFA может быть перемолот с цементным клинкером для производства цемента заводского смешивания или может быть добавлен в бетономешалку для получения эквивалентной комбинации цемента. Оба метода обычно используются в Великобритании.

PFA обычно используется с более низкими уровнями замещения, чем ggbs, обычно около 30%, хотя для определенных приложений иногда используются более высокие уровни.

Было показано, что использование PFA улучшает долговечность бетона (2) за счет уменьшения проникновения хлоридов, улучшения сульфатостойкости и минимизации риска вредного ASR.Он также может улучшить свежие свойства бетона с пониженным содержанием воды, что приведет к меньшему просачиванию и улучшенным характеристикам текучести.

Использование PFA продолжало расти, хотя циклическая доступность материала ограничила его рост по сравнению с ggbs.

С точки зрения товарного бетона использование PFA имеет некоторые последствия:

• Требуется дополнительная емкость для хранения и потребность в усиленной аэрации силосов для обработки более мелкого PFA по сравнению с цементом или ggbs.
• Дополнительные требования по контролю качества для увеличенного ассортимента смесей.
• Увеличение содержания цемента там, где требуется эквивалентная 28-дневная прочность. Эти дополнительные увеличения несколько больше, чем при использовании ggbs, и могут достигать 40 кг / м3.

Microsilica

Microsilica — это побочный продукт производства кремния и ферросилиция. Это очень мелкий, высокореакционный пуццолан с высоким содержанием SiO2, который значительно снижает пористость бетона.

Microsilica обычно используется в качестве добавки для улучшения свойств высококачественного бетона и используется при дозах добавки от 5 до 20% от веса цемента.

Microsilica улучшает долговечность, сопротивление истиранию и прочностные характеристики бетона, но этот материал значительно дороже, чем цемент, и его использование в значительной степени ограничивается специальными применениями или высокопрочными бетоном (обычно> 80 Н / мм2).

Метакаолин

Метакаолин производится путем прокаливания каолина при температуре 700–900 ° C для получения высокореактивного пуццолана при смешивании с CEM I.Обычно он используется аналогично микрокремнезему, то есть в качестве добавки (5–15% от веса цемента) для производства высококачественного бетона.

Ограниченная доступность и практический опыт применения метакаолина привели к более низкому уровню использования по сравнению с другими минеральными добавками, такими как ggbs, PFA и микрокремнезем. Тем не менее, данные исследований показывают, что уровни эффективности аналогичны тем, которые наблюдаются при использовании микрокремнезема.

Сводка

Значительные исследования и практический опыт показали, что использование минеральных добавок улучшает характеристики бетона за счет улучшения ряда ключевых свойств.Это признано британскими и европейскими стандартами, и дизайнеры все чаще определяют использование таких материалов. Промышленность товарного бетона отреагировала, сделав такие материалы широко доступными, и, по оценкам, 75% всех товарных бетонов теперь содержат минеральные добавки.

ТЕХНОЛОГИЯ ДОБАВКИ

Возможно, наиболее значительный прогресс в технологии бетона был достигнут в области добавок, что позволило разработать ряд высокоэффективных бетонов, которые позволили проектировщикам в полной мере использовать преимущества материала.Крупные компании-производители добавок вкладывают значительные средства в исследования и разработки, и за последние 30 лет значительно увеличился ассортимент добавок, доступных как для производителя цемента, так и для производителя товарного бетона:

Водоредуцирующие добавки

Это наиболее часто используемые добавки, обычно добавляемые для снижения содержания воды при сохранении удобоукладываемости и, таким образом, уменьшении содержания цемента при заданной прочности.

Редукторы высокого давления

Все чаще используется для увеличения консистенции бетона при сохранении прочности.Возможно, наиболее значительный прогресс был достигнут в этой области технологии смешения с разработкой продуктов на основе поликарбоксилатного эфира (PCE). Это привело к разработке самоуплотняющегося бетона и сыграло решающую роль в достижении еще большей прочности бетона. Добавками PCE можно управлять, чтобы изменить их влияние на важные свойства бетона, такие как когезия, скорость набора прочности, консистенция и сохранение осадки.

Модификаторы вязкости

Модификаторы вязкости были разработаны для поддержания когезии при очень высоких значениях консистенции и обычно используются при производстве самоуплотняющегося бетона.

Шлифовальные добавки

Шлифовальные добавки, оптимизирующие процесс производства цемента и снижающие потребление энергии, теперь стали обычным явлением наряду с химическими веществами, улучшающими прочностные характеристики цемента.

Добавки для компенсации усадки

Этот набор добавок снижает внутреннюю усадку бетона, которая является неизбежным результатом процесса гидратации. Использование этих добавок особенно полезно при строительстве бетонных полов, где они позволяют значительно увеличить расстояние между швами.В сочетании с другими технологическими разработками, такими как стальная фибра, они могут даже использоваться для производства «бесшовных» полов.

Ингибиторы коррозии

Дополнительную стойкость арматуры к коррозии можно получить путем введения в бетон ингибиторов коррозии, и такие добавки часто используются в критических проектах.

Пигменты

бывают самых разных цветов и дают дизайнерам художественную лицензию, позволяя им использовать бетон по-разному.

Добавки для гидроизоляции

Блокаторы пор все чаще используются при проектировании и строительстве водонепроницаемых конструкций, и в этой области постоянно ведутся разработки для улучшения характеристик таких добавок, особенно там, где бетон подвергается внешнему давлению воды.

Приведенный выше список ни в коем случае не является исчерпывающим, и другие добавки, такие как замедлители схватывания и воздухововлекающие добавки, обычно используются для изменения свойств свежего и затвердевшего бетона.

Преимущества добавок в увеличении долговечности, сокращении времени укладки, сокращении затрат и улучшении показателей устойчивости бетона широко признаны, и рост использования добавок отражает это, поскольку объем продаж в Великобритании утроился за последние 15 лет. , как показано на рисунке 1.

В производстве товарного бетона в настоящее время производство бетона без добавок является скорее исключением, чем правилом, и все большая доля включает высокодисперсные водоредуцирующие добавки (HRWRA), что также отражено на рисунке 1.

ВОЛОКНА

Использование волокон в бетоне и растворах не ново, о чем свидетельствует использование волокон животного происхождения в некоторых из самых ранних зарегистрированных бетонов. Как и в случае с добавками, произошли значительные изменения в типах, доступности и характеристиках волокон, и на рынке доступны три основных типа волокна:

Фибра стальная

Стальные волокна производятся различных форм и размеров, и хотя обычно они изготавливаются из мягкой стали, они доступны из нержавеющей стали и в оцинкованной форме.Обычно их добавляют при дозировке от 15 до 50 кг / м3 в зависимости от типа волокна и желаемых свойств бетона.

Стальные волокна могут повысить прочность и пластичность бетона и широко используются в промышленных покрытиях во всем мире. Совсем недавно были разработаны методы строительства из композитных материалов, которые позволяют стальной фибре заменять традиционную конструкционную арматуру в некоторых областях применения.

Стальной фибробетон можно приобрести на большинстве заводов по производству товарных смесей по всей Великобритании, хотя может потребоваться уведомление за несколько дней, чтобы гарантировать наличие указанного волокна на складе на заводе.Важно убедиться, что волокна полностью диспергированы в бетоне, и обычно для стального фибробетона также используется водоредуцирующая добавка с высоким содержанием воды для улучшения консистенции бетона и облегчения тщательного перемешивания.

Полипропиленовые волокна

Полипропиленовые волокна обычно вводятся с гораздо более низкими дозами, чем стальные волокна, обычно менее 1 кг / м3, и в основном используются для изменения пластических свойств бетона, чтобы минимизировать проблемы пластического растрескивания.Они также способствуют повышению стойкости к истиранию, повышению ударопрочности и устойчивости к растрескиванию при пожаре.

Использование полипропиленовых волокон неуклонно растет с 1980-х годов, и по оценкам, более 5% всего товарного бетона в Великобритании в настоящее время содержат такие волокна. С точки зрения производителя, волокна просты в обращении и легко добавляются в бетон, хотя необходимо учитывать влияние на прочность консистенции.

Синтетические макроволокна

Синтетические макроволокна являются более поздней разработкой и обычно производятся из смесей различных органических полимеров, включая полиэтилен и полиолефины (3).Последние разработки позволили производить материалы с более высоким модулем упругости с различными механизмами крепления, которые улучшают сцепление и приводят к улучшенным характеристикам этого типа волокна.

Несмотря на то, что они относительно новы в Великобритании, их пониженная дозировка (обычно 2–7 кг / м3) делает их популярными среди производителей товарного бетона, поскольку с ними легче обращаться, чем со стальной фиброй. Их использование в таких областях, как промышленные полы и настил из композитной стали, продолжает расти.

Комбинации типов волокон также могут использоваться для реализации преимуществ пластичного состояния, обеспечиваемых полипропиленовыми волокнами, в сочетании с преимуществами твердого состояния, которые связаны с использованием стальных или синтетических макроволокон.

УСТОЙЧИВОСТЬ

Концепция устойчивого развития стала важной темой во всех областях строительства, и производство товарного бетона не исключение (4). Устойчивое развитие станет основным двигателем будущего развития цементных материалов, и все больше компаний будут стремиться уменьшить воздействие своей продукции на окружающую среду.

Устойчивость можно рассматривать как сочетание социальных, экономических и экологических воздействий, и вместе они влияют на восприятие продукта.Экологичный материал должен продемонстрировать:

• Минимальный ущерб окружающей среде (возобновляемый, нетоксичный, перерабатываемый, биоразлагаемый и т. Д.).
• Минимальные отходы, связанные с его использованием (отходы при производстве; избыточный заказ; предварительная сборка за пределами объекта и т. Д.).
• Местное снабжение (при наличии на месте, поездки сведены к минимуму, что снижает вредные выбросы топлива).
• Низкие выбросы CO2 (учитываются все выбросы во время поиска, производства и жизненного цикла материала / продукта).

Кроме того, экологически чистый материал должен быть прочным, прочным, огнестойким и обеспечивать адекватную безопасность.

Промышленность товарного бетона ответила на эти вызовы следующим образом:

Снижение загрязнения и выбросов

• Сокращение выбросов пыли на 90% за последние 20 лет
• Снижение содержания углекислого газа в воздух на 18%
• Снижение содержания диоксида серы на 46%
• 17% снижение оксидов азота
• 60% -ная экономия твердых частиц.

Увеличение использования вторичного сырья

• Цементная и бетонная промышленность Великобритании продолжает вносить свой вклад в Стратегию Великобритании по отходам, потребляя отходы, произведенные в других отраслях, и перерабатывая собственные отходы
• Цементная промышленность играет важную роль в сведении к минимуму некоторых проблем страны с удалением отходов путем переработки отдельных отходов в альтернативные виды топлива для печей
• Использование ggbs и летучей золы в бетоне и цементе увеличивается, что позволяет сократить выбросы CO2 до 45%.

Сокращение отходов и повышение эффективности

• соответствие строгому экологическому законодательству
• Аккредитация ISO 14001 становится нормой
• бетонный завод перерабатывает воду (возможно до 65%)
• в странах ЕС удельное потребление энергии при производстве цементного клинкера снизилось на 30% с 1970-х годов.

Меньшая зависимость от первичных полезных ископаемых

• 1,5 миллиона тонн ГГБ и летучей золы используется в Великобритании каждый год в качестве замены цемента
• сокращение выбросов CO2 на 1.5 млн тонн
• сокращение потребления первичной энергии на 2 000 миллионов киловатт в час
• экономия 1,5 млн тонн карьеров
• экономит 1,5 млн тонн полигона.

Снижение использования первичных агрегатов

• Снижение производства первичных заполнителей на 45% с 1989–2011 гг.
• Увеличение на 94% использования переработанных и вторичных заполнителей
• К 2011 году 30% агрегатов (70 миллионов тонн) будет поступать из неосновных источников.

Отрасль осознает свою ответственность в отношении вопросов устойчивого развития и продолжает инвестировать время, деньги и ресурсы для дальнейшего улучшения своей деятельности в этой важной области. Хотя бетон вносит небольшой чистый вклад в глобальное потепление, на него приходится лишь 2,6% выбросов CO2 в Великобритании в 2006 году, он продолжает продвигать использование материалов и технологий, которые еще больше снизят его воздействие на общество (5).

МИКС ДИЗАЙН

Чтобы максимально использовать вышеперечисленные разработки, необходимо, чтобы технолог по бетону разработал конструкцию смесей в соответствии с требованиями специалиста, и это подчеркивается здесь путем рассмотрения трех приложений, которые были разработаны в результате достижений в области бетонных технологий:

Бетон высокопрочный

Указанная прочность бетона неуклонно повышалась на протяжении последних 30 лет.За этот период средняя прочность повысилась примерно на 10 Н / мм2, и все большее количество всего бетона определяется прочностными характеристиками.

Более значительный рост наблюдается в производстве высокопрочных бетонов. В то время как C50 когда-то считался высокопрочным, теперь обычным явлением является то, что бетон C80 обычно производится, а на некоторых заводах по производству товарного бетона производятся бетоны с прочностью до C130.

Эти преимущества возможны только при тщательном выборе и сочетании сырья и использовании высокодисперсных водоредуцирующих добавок в сочетании с отобранными вяжущими компонентами, такими как PFA и микрокремнезем.Теория упаковки частиц и реологическое поведение бетона становятся важными частями процесса разработки смеси в этих приложениях.

Границы высокопрочного бетона были расширены с разработкой и производством сверхвысокопрочных бетонов, где прочность может превышать 200 Н / мм2, хотя на сегодняшний день применение и производство таких материалов ограничено.

Самоуплотняющийся бетон

Самоуплотняющийся бетон (SCC) быстро развивается с тех пор, как он был впервые продемонстрирован в Японии в конце 1980-х годов.Развитие технологии добавок и лучшее понимание реологических характеристик SCC позволили производителям надежно производить материалы, которые можно размещать без вибрации, что дает преимущества за счет повышения эффективности на месте, снижения воздействия на окружающую среду и улучшения качества поверхности.

Однако конструкция SCC является сложной, часто включающей несколько комбинаций порошка и примеси, чтобы гарантировать достижение желаемых свойств, и необходимы дальнейшие исследования и разработки для обеспечения большей надежности конструкции смеси.

Устойчивое проектирование

Использование вторичных вяжущих компонентов является обычным явлением в промышленности, и использование таких материалов может снизить выброс CO2 в бетон до 40%.

Водоредуцирующие добавки обычно используются для снижения содержания воды и, таким образом, предоставляют возможности для удовлетворения заданных требований к прочности при более низком содержании цемента.

Использование оборотной воды и устранение отходов смыва в настоящее время является эталоном в отрасли, и более крупные производственные предприятия будут иметь установки для регенерации материалов из любого возвращенного бетона.

Использование переработанных заполнителей часто рассматривается как логический способ снижения воздействия бетона на окружающую среду. Однако использование переработанного заполнителя (RA) или переработанного заполнителя для бетона (RCA) требует тщательного рассмотрения, поскольку их использование может значительно увеличить содержание цемента.

Требуется подробное рассмотрение общих преимуществ для устойчивости от использования RA или RCA, чтобы гарантировать полное понимание воздействия на устойчивость, поскольку часто бывает, что местный природный заполнитель является более устойчивым решением, чем импорт переработанных материалов.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Основные требования для производства бетона сегодня немного отличаются от тех, когда эта отрасль зародилась почти 80 лет назад — гомогенное смешивание цемента, заполнителей и воды для производства материала, который можно транспортировать до 2 часов и при этом использовать при строительстве. сайт.

Однако мир изменился, и развитие цементных и бетонных технологий привело к появлению все более сложных смесей, требующих все более сложных методов смешивания и контроля для удовлетворения требований современных методов строительства.

Компьютеризация, прогресс в измерении материалов и доступность передовых добавок позволяют производителю товарного бетона проектировать и производить огромное количество сложных, технически сложных бетонов, которые были просто недостижимы даже 10 лет назад.

Повышение экологической осведомленности привело к значительным изменениям в конструкции современных бетонных заводов: новые заводы были полностью закрыты, и никакие отходы не покидали территорию, поскольку бетонные установки и установки для рециркуляции воды становятся нормой.

Снаружи современный завод по производству бетона может не сильно отличаться от построенного 60 лет назад, но технология и сложность современного завода и производимые на нем материалы — это световые годы по сравнению с первым заводом, построенным в Великобритании в 1930 году.

ВЫВОДЫ

За последние 30 лет произошло много инноваций в области бетонных технологий, особенно в отношении разработки альтернативных вяжущих компонентов и еще более мощных и гибких систем добавок, способных изменять свойства свежего и затвердевшего бетона.

В последнее время акцент на экологические проблемы и концепция устойчивого развития привели к изменениям в способах производства и использования сырья для производства бетона. Увеличилось использование переработанных и альтернативных материалов, которые вместе могут снизить воздействие бетона на окружающую среду, и ожидается дальнейшее развитие в этой области.

Эти разработки были приняты промышленностью товарного бетона, и характер продукции, производимой в этой отрасли, значительно изменился.Производственные подразделения стали более сложными и имеют более широкий ассортимент цементов, добавок и заполнителей, что позволяет производить широкий спектр бетонов с высокими техническими характеристиками, разработанных для удовлетворения самых требовательных областей применения.

ССЫЛКИ

1. SCRIVENER, K.L., and R.J. КИРКПАТРИК: «Инновации в использовании и исследования вяжущих материалов», Cement and Concrete Research 38 (2008), стр. 128-136.
2. BAMFORTH, P.B .: «Повышение прочности железобетона», Технический отчет Concrete Society No.61, 2004.
3. Руководство по использованию макробетона, армированного синтетическим волокном, Технический отчет № 65, 2007 г.
4. Руководящий документ по «Устойчивым системам проектирования и оценки бетона», Британская ассоциация товарного бетона, 2008 г.
5. МЕЙЕР, К .: «Озеленение бетонной промышленности», Цемент и бетонные композиты, 2009.

Этот документ был представлен на 37-м ежегодном техническом симпозиуме Института технологии бетона (ИКТ) в апреле 2009 года и впоследствии опубликован в выпуске Ежегодника ИКТ за 2009/10 год.Он воспроизведен здесь с любезного разрешения ICT.

Азбука производства бетона

Производство бетона — это непрерывная прецизионная работа. Успешное производство сборного железобетона требует правильного понимания технологии производства бетона и управления ею.

Поскольку бетон является основным сырьем для сборных железобетонных изделий и конструкций, он оказывает важное влияние на качество, эффективность производства и затраты. Компоненты бетонной смеси всегда следует выбирать в соответствии с требуемыми качествами свежего и / или затвердевшего бетона.

Бетон является основным фактором затрат в большинстве товарных групп. Другие факторы включают сложность производственного процесса, количество необходимой рабочей силы и возможные затраты на рабочую силу.

Хорошая бетонная смесь очень важна, и ее необходимо постоянно улучшать. Для того чтобы изготавливать прочные и долговечные изделия, общий объем заполнителя должен быть максимальным, а объемы цемента и воды — минимальными.

Приготовление бетонной смеси начинается с оценки местных производственных мощностей и доступного сырья, которые оказывают большое влияние на конечный продукт, а также на структурное и эстетическое качество бетона.Дизайн смеси должен быть полностью протестирован на этапе подготовки к производству.

Бетонная смесь и способ ее твердения сильно влияют на скорость производственного цикла. Время отверждения может варьироваться от 5 до 20 часов.

Качество цемента имеет решающее значение для производственного цикла. Наилучшие результаты достигаются с цементами, разработанными специально для промышленности сборного железобетона. Доступность различных типов цемента варьируется на разных рынках.

Вопросам защиты окружающей среды уделяется повышенное внимание, и очень важно рассчитать затраты на весь жизненный цикл здания или сооружения.

Совокупное качество имеет значение

Заполнители являются основным компонентом бетона, составляя более 70 процентов бетона по объему и 80 процентов по весу. Можно сказать, что заполнители обеспечивают каркас, а цемент действует как клей между частицами заполнителя.

Агрегаты в основном происходят из естественных источников, что означает, что могут быть значительные различия в типе и качестве агрегатов, даже если они происходят из одного и того же источника. Разница больше, чем с цементом и другими компонентами, поэтому при контроле качества в заводской лаборатории особое внимание следует уделять заполнителям.

Так как правильный выбор заполнителей может сильно повлиять на эффективность производства, рекомендуется непрерывный мониторинг свойств заполнителей; допуски по классификации обычно слишком велики, чтобы гарантировать постоянное качество бетона.

Мелкие частицы также важны для свойств свежего и затвердевшего бетона. Мелкие частицы действуют как смазка в свежем бетоне: они обеспечивают удобоукладываемость и удержание воды. Они снижают риск разделения смеси при установке и облегчают уплотнение.Они также уменьшают содержание воздуха. Однако чрезмерное количество штрафов может привести к липкости. Они также могут привести к большей усадке и склонности к ползучести из-за повышенного содержания воды.

Цемент влияет на затраты

Цемент покрывает только около 11 процентов средней бетонной смеси по объему, но это первичная стоимость смеси.

Качество цемента, доступного на разных рынках, различается. На некоторых рынках доступны разные типы цемента для различных применений.В производстве сборных железобетонных изделий используются в основном типы цемента CEM I, CEM II и CEM III.

Тип используемого цемента напрямую влияет на свойства бетона, такие как водопотребность, время схватывания и развитие прочности.

Цементные заводы обычно предоставляют качественную информацию о своих цементах, включая прочность при разном возрасте, номинальную площадь, цвет и количество смешанных материалов. Ранняя прочность часто является основным требованием при производстве сборного железобетона.

Для изготовления бетона можно использовать питьевую воду.Другие типы воды, такие как промывочная, грунтовая или промышленная вода, должны быть проверены, а сточные воды категорически запрещены.

Добавки и добавки для улучшения желаемых свойств

Добавки в бетон — это жидкости или порошки, которые добавляются в бетон в небольших количествах во время смешивания. Тщательно сделайте свой выбор с помощью производителей добавок и проверьте влияние материалов, выполнив надлежащие предварительные испытания.

Пластификаторы — это наиболее часто используемые добавки.Они используются либо для увеличения прочности на сжатие, либо для получения более текучего бетона с тем же количеством воды.

Добавки для бетона — это мелкозернистые материалы, которые используются для улучшения или получения определенных свойств свежего и / или затвердевшего бетона.

Неорганические добавки включают почти инертные добавки (например, красящие пигменты) и скрытые гидравлические добавки (например, летучую золу).

Идеальная конструкция бетонной смеси

При контроле качества на заводе особое внимание следует уделять агрегатам.

Как узнать, какое сырье выбрать и каково его интерактивное дозирование? Соответствующий дизайн смеси зависит от конечного продукта.

При разработке смесей учитывайте желаемые свойства продукта, качество сырья, а также производственный процесс и требования к конструкции. Какая долговечность или прочность требуется от бетона в разном возрасте? Каков ваш производственный цикл и какие методы уплотнения или отверждения вы используете? Какое оборудование для смешивания и дозирования у вас есть, и какова правильная интенсивность и время смешивания? Как бетон транспортируется на заводе? Каков требуемый срок службы и долговечность вашего бетона? Эстетические требования определят обработку поверхности вашего продукта, а также повлияют на стоимость.

Свойства свежего и твердого бетона

Консистенция свежего бетона определяет его поведение при смешивании, транспортировке, доставке, заливке и уплотнении, а также при выравнивании поверхности. Он также определяет удобоукладываемость свежего бетона, а требования к удобоукладываемости зависят от типа производимого продукта и используемого метода производства.

Вы должны стремиться к хорошей когезии, низкому риску расслоения и хорошим свойствам сглаживания поверхности или отделки. Постарайтесь достичь рентабельной обработки, заливки или укладки и отделки свежего бетона.Вы можете достичь максимальной пластичности или текучести, используя суперпластификаторы. В жарком климате можно увеличить удобоукладываемость за счет замедления. В холодном климате вы можете ускорить процесс схватывания и затвердевания.

Затвердевший бетон имеет несколько важных свойств, которые необходимо учитывать: прочность на сжатие в разном возрасте, предел прочности, деформация, водонепроницаемость, морозостойкость, коррозия, сопротивление истиранию и плотность. Все эти свойства зависят от успешного уплотнения.

Технология производства цемента: принципы и практика

Анжан Кумар Чаттерджи в настоящее время является председателем Conmat Technologies Private Limited, исследовательской и консалтинговой компании в Калькутте, Индия, занимающейся предоставлением услуг технической поддержки цементной, бетонной и минеральной промышленности внутри и за пределами страны. Одновременно он также является ответственным директором Института структурной защиты и реабилитации доктора Фиксита, Мумбаи, который является некоммерческим центром знаний, специально посвященным ремонту, реставрации и обновлению инженерных систем бетонных зданий.Он также связан с крупными цементными компаниями страны в различных консультативных услугах. До того, как приступить к выполнению вышеуказанных задач, доктор Чаттерджи более двух десятилетий был сотрудником Associated Cement Companies Limited (ныне ACC Limited) и вышел на пенсию с должности ее исполнительного директора. Находясь в ACC, он отвечал за исследования и разработки компании, разработку проектов и несколько диверсифицированных бизнес-единиц.

С академической точки зрения доктор Чаттерджи является аспирантом геологии и доктором наук о материалах.Он проводил обширные исследования в области электролитического переплава шлаков, исследований фазового равновесия оксифторидных систем и микроструктурных исследований цемента, бетона и керамики в Институте металлургии в Москве, Московском государственном университете и Научно-исследовательском институте строительства, Великобритания. . Помимо национальной сцены, д-р Чаттерджи выполнял различные международные задания в ЮНИДО и компании по экологическим исследованиям Амстердамского университета.

Он является стипендиатом и членом большого числа профессиональных организаций.Он является научным сотрудником Индийской национальной инженерной академии, Индийского института бетона и Индийского института керамики. Он также является одним из основателей Азиатской академии исследований цемента и бетона в Пекине, Китай. Он был удостоен награды за заслуги перед индийским институтом бетона, Ассоциацией инженеров-консультантов, Конфедерацией индийской промышленности и Ассоциацией производителей цемента. На его счету много других наград и большое количество публикаций.

Цементный Процесс производства

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland острова (Мальвинские) Фарерские острова, Фиджи, Финляндия, Югославская Республика Македония, Франция, Французская Гвиана, Французская Полинезия, Южные французские территории, Габон, Гамбия, Грузия, Германия, Гана, Гибралтар, Греция, Гренландия, Гренада, Гуаделупа, Гуам GuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао-Томе и ПринсипиСаудовская АравияСенег alSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабские EmiratesUnited KingdomUruguayUS Малые отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U.S.) Острова Уоллис и ФутунаЗападная СахараЙеменЮгославияЗамбияЗимбабве

Производство цемента | Центр и сеть климатических технологий

Цемент — это глобальный товар, производимый на тысячах заводов. Отрасль консолидируется во всем мире, но на долю крупных международных компаний приходится лишь 30% мирового рынка. Основным и наиболее заметным рынком цемента является строительная промышленность, где он используется в различных областях, где он смешивается с водой для изготовления бетона. В большинстве современных проектов гражданского строительства, офисных зданий, квартир и жилых домов используется бетон, часто в сочетании с системами стальной арматуры.По данным UNEPTIE, во многих развитых странах рост рынка очень медленный, и цемент в больших объемах используется в основном для строительства инфраструктуры. На рынках развивающихся стран (например, Китая) темпы роста более высокие. Поскольку цементная промышленность носит одновременно глобальный и локальный характер, она сталкивается с уникальным набором проблем, которые привлекают внимание как на местном, так и на международном уровне.

На цемент приходится 83% общего потребления энергии при производстве неметаллических полезных ископаемых и 94% выбросов CO2. Энергия составляет от 20% до 40% общей стоимости производства цемента.Производство цементного клинкера из известняка и мела путем нагревания известняка до температур выше 950 ° C является основным энергоемким процессом. Портландцемент, наиболее широко используемый тип цемента, содержит 95% цементного клинкера. Большое количество электроэнергии используется для измельчения сырья и готового цемента.

В процессе производства клинкера также выделяется CO2 в качестве побочного продукта при кальцинировании известняка. Эти технологические выбросы не связаны с использованием энергии и составляют около 3,5% выбросов CO2 во всем мире и 57% общих выбросов CO2 от производства цемента.Выбросы при кальцинировании известняка нельзя уменьшить за счет мер по повышению энергоэффективности или замены топлива, но их можно уменьшить за счет производства смешанного цемента и выбора сырья.

Введение

Цемент — это глобальный товар, производимый на тысячах заводов. Отрасль консолидируется во всем мире, но на крупные международные фирмы приходится лишь 30% мирового рынка (European Commission, 1997). Основным и наиболее заметным рынком цемента является строительная промышленность, где он используется в различных областях, где он смешивается с водой для изготовления бетона.На обрабатывающую промышленность в целом приходится треть мирового потребления энергии. Прямые выбросы промышленной энергии и технологического CO2 составляют 6,7 гигатонн (Гт), что составляет около 25% от общих мировых выбросов, из которых 30% приходится на металлургическую промышленность, 27% — на неметаллические полезные ископаемые (в основном цемент) и 16% — на химическое и нефтехимическое производство (IEA, 2008). Производство цемента включает нагрев, кальцинирование и спекание смешанных и измельченных материалов для образования кликера. В результате производство цемента является третьей по величине причиной антропогенных выбросов CO2 из-за производства извести, ключевого ингредиента цемента.Следовательно, экономия энергии при производстве цемента может привести к снижению воздействия на окружающую среду. В цементно-бетонной промышленности повышение энергоэффективности и сокращение выбросов CO2 может быть достигнуто в основном с помощью двух процедур: (i) путем изменения производственных процессов и (ii) путем корректировки химического состава цемента. Производство и производственные процессы можно улучшить, изменив управление энергопотреблением и вложив средства в новое оборудование и / или модернизацию. Было продемонстрировано, что изменения в химическом составе цемента способствуют экономии энергии и сокращению выбросов CO2, но их широкому распространению пока препятствует тот факт, что разработка нового промышленного стандарта сложна и требует времени.Это, в частности, относится к цементной промышленности, которая является высоко капиталоемким и конкурентоспособным сектором с длительным экономическим сроком службы существующих предприятий, так что изменения в существующем капитале не могут быть легко внесены.

Наибольшие возможности для повышения энергоэффективности и сокращения выбросов CO2 могут быть достигнуты за счет улучшения процесса производства цемента. В цементной промышленности пиропроцессинг (переработка сырья в цемент при высокой температуре, например, выше 8000 ° C) является очень распространенной технологической процедурой, на которую приходится 74% потребления энергии в мировой цементной / бетонной промышленности. Поскольку термический КПД за счет использования этой традиционной технологии пиропроцессинга в среднем немного превышает 30% (Mersmann, 2007), существуют значительные возможности для улучшений. На измельчение и помол приходится 5,8% энергопотребления цемента / бетона (Choate, 2003). Эти операции имеют энергоэффективность от 6 до 25%, а также предоставляют большие возможности для экономии энергии.На следующем рисунке представлен процесс производства цемента.

Потенциальные возможности для повышения энергоэффективности и снижения выбросов CO2 при производстве сырья и производстве бетона меньше, чем при производстве цемента. Например, выбросы CO2 во время транспортировки можно уменьшить, заменив дизельное топливо биодизелем. Обычно повышение энергоэффективности пропорционально сокращает выбросы CO2, образующегося при сжигании ископаемого топлива и производстве электроэнергии.Однако следует отметить, что сокращение выбросов CO2 от производства цемента на процент, пропорциональный повышению энергоэффективности, невозможно. Более половины выбросов CO2, связанных с цементом / бетоном, являются результатом химических реакций, необходимых для преобразования сырья, а не результатом энергии, необходимой для этих реакций. Например, если топливо с почти нулевым выбросом CO2 (например, ядерная энергия, биомасса) использовалось для всех нужд пиропроцессинга в энергии, то выбросы CO2 можно было бы сократить на 54%.

Еще один способ сократить выбросы — заменить ископаемое топливо отходами или биомассой. Цементные печи хорошо подходят для сжигания отходов из-за их высокой температуры процесса, а также из-за того, что клинкерный продукт и известняковое сырье действуют как газоочистители. Использованные шины, древесина, пластмассы, химикаты и другие виды отходов сжигаются в цементных печах в больших количествах. Заводы в Бельгии, Франции, Германии, Нидерландах и Швейцарии достигли среднего уровня замещения от 35% до более 70%.Некоторые отдельные заводы даже достигли 100% -ной замены с использованием соответствующих отходов. Однако очень высокие показатели замещения могут быть достигнуты только при наличии специальной системы предварительной обработки и наблюдения. Например, твердые бытовые отходы необходимо предварительно обработать для получения однородной теплотворной способности и характеристик корма. Цементная промышленность в Соединенных Штатах сжигает 53 миллиона изношенных шин в год, что составляет 41% всех сгоревших шин, что эквивалентно 0,39 Мт или 15 ПДж.Около 50 миллионов шин, или 20% от общего количества, по-прежнему используются на свалках. Еще один потенциальный источник энергии — ковры: около 100 ПДж в год выбрасываются на свалки — вместо этого их можно сжигать в цементных печах. Хотя эти альтернативные материалы широко используются, их использование все еще вызывает споры, поскольку цементные печи не подлежат такому же жесткому контролю выбросов, как установки для сжигания отходов. Согласно статистике МЭА, цементная промышленность в странах ОЭСР в 2005 году использовала 1,6 млн тнэ горючих возобновляемых источников энергии и отходов, половина из которых — промышленные отходы, а половина — древесные отходы (Taylor, 2006).Во всем мире сектор потребил 2,7 Мтнэ биомассы и 0,8 Мтнэ отходов. Это составляет менее 2% от общего расхода топлива в этом секторе. С технической точки зрения использование альтернативных видов топлива может быть увеличено с 24 до 48 Мтнэ, хотя между регионами будут различия из-за разной доступности таких видов топлива. Это приведет к сокращению выбросов CO2 в диапазоне от 100 до 200 млн тонн в год.

Еще один способ снизить энергетические и технологические выбросы при производстве цемента — это смешивание цементов с увеличенными долями альтернативного (не клинкерного) сырья, такого как вулканический пепел, гранулированный доменный шлак от производства чугуна или летучая зола от сжигания угля. выработка энергии.Использование таких смешанных цементов широко варьируется от страны к стране. Он высокий в континентальной Европе, но низкий в США и Великобритании. В США и Китае другие заменители клинкера добавляют непосредственно на стадии изготовления бетона. В долгосрочной перспективе цементу не хватает жизнеспособной безуглеродной альтернативы, и сценарии МЭА предполагают сильную зависимость от цементных печей для улавливания и хранения углерода (CCS) с кислородным топливом (IEA, 2008).

Осуществимость технологий и производственные потребности

В процессе пиропроцессинга цемента важно помнить, что отходы горят и горят при разных температурах и в разных условиях.Следовательно, твердые топливные отходы необходимо вводить в печь таким образом, чтобы они не влияли существенно на температурный профиль и химические реакции в процессе пиропроцессинга в целом. Иногда необходимо добавлять твердые отходы через люк или клапан в кожухе печи, что представляет собой техническую проблему и частично компенсирует повышение эффективности и сокращение выбросов CO2. Наконец, получение и обращение с альтернативным или отработанным топливом может вызвать техническую ответственность и политические проблемы.Компании-производители цемента не хотят, чтобы их называли обработчиками опасных отходов, и окружающие сообщества могут испытывать опасения по поводу транспортировки и обращения с опасными отходами на ближайшем цементном заводе.

Кроме того, смешанные цементы предоставляют большие возможности для энергосбережения и сокращения выбросов, но их использование во многих случаях потребует пересмотра строительных стандартов, кодексов и практик.

Из этапов цепочки производства цемента операции измельчения и помола достаточно энергоэффективны.Как упоминалось ранее, типичные системы обычно работают с энергоэффективностью на месте от 6 до 25% (Министерство энергетики США, 2003). Повышение энергоэффективности измельчения и измельчения можно повысить за счет использования современных систем мельниц, которые включают несколько единиц технологического оборудования с двухвалковыми прессами высокого давления, трубными мельницами, шаровыми мельницами и обычными или высокоэффективными сепараторами (IEA, 2009).

Состояние технологии и ее будущий рыночный потенциал

Основной потенциал в сокращении энергопотребления и выбросов CO2 при производстве цемента / бетона заключается в улучшении пиропроцессинга цемента.Пиропереработка превращает сырую смесь в клинкер. В настоящее время около 78% производства цемента в Европе приходится на сухие печи, еще 16% производства приходится на полусухие и полумокрые печи, а оставшаяся часть европейского производства, около 6%, приходится на мокрые. технологические печи. Как правило, ожидается, что при обновлении печи мокрого процесса, работающие в Европе, будут преобразованы в системы обжига сухого процесса, как и системы обжиговых печей полусухого и полумокрого процессов. В среднем системы пиропереработки в ЕС и США работают с термическим КПД ниже 35%, что довольно мало.В развивающихся странах этот процент еще ниже (Карстенсен, без даты). Эти улучшения процесса будут происходить за счет лучшего управления энергопотреблением, модернизации существующего оборудования (например, замена мокрых печей, модернизация до подогревателей и прекальцинаторов), внедрения новых технологий пиропроцессинга (например, систем с псевдоожиженным слоем) и, в более долгосрочной перспективе, выполнения НИОКР, необходимых для разработки новых концепции процессов производства цемента.

Япония является ведущей страной в области энергоэффективности в цементном секторе.Европа (в среднем 4,1 ГДж / т цемента) не могла конкурировать с Японией (3,1 ГДж / т), но многие другие части мира демонстрируют гораздо более высокие модели энергопотребления, например средний уровень энергопотребления в США (5,3 ГДж / т) или в Китае намного выше, чем в среднем по Европе (Worrell et al., 2004).

Типичные балансы энергии для основных систем пиропроцессинга показаны ниже. Эти балансы показывают, где происходят потери энергии и, таким образом, представляют возможность для повышения энергоэффективности и снижения выбросов CO2 на основе топлива.В частности, таблица показывает, что можно добиться значительных улучшений, если перейти от мокрого цементирования к сухому. Отдельные области использования энергии (например, разгрузка клинкера, оболочка печи и т. Д.) В таблице показывают площадь и величину возможностей, доступных для управления потерями энергии путем улучшения конкретного оборудования или методов.

Посредством энергетических аудитов, включая тестирование производительности печной системы и расчет баланса массы и тепла, можно определить конкретные возможности повышения энергоэффективности и снижения выбросов CO2.Энергетический аудит производства цемента должен как минимум рассматривать использование энергии и рекомендовать возможные действия, такие как:

• Нижние потери газа на выходе из печи
  • установить устройства, обеспечивающие лучшую кондуктивную теплопередачу от газов к материалам, например цепи печи
  • работают при оптимальном уровне кислорода (контроль подачи воздуха для горения)
  • оптимизирует форму и температуру пламени горелки
  • увеличить или увеличить мощность подогревателя
• Более низкие возможности поглощения влаги для сырьевой муки и топлива: устранение необходимости испарения адсорбированной воды
• Снижение содержания пыли в выхлопных газах за счет сведения к минимуму турбулентности газа: пыль уносит энергию от печи, где она улавливается пылесборниками; пыль перерабатывается в сырьевую муку и подается в печь, где она повторно нагревается
• Более низкая температура на выходе клинкера, сохранение большего количества тепла в системе пиропереработки
• Нижняя температура дымовой трубы охладителя клинкера
  • рециркуляция избытка охлаждающего воздуха
  • регенерировать более холодный воздух, используя его для сушки сырья и топлива или подогрева топлива или воздуха
• Снижение потерь на излучение в печи за счет использования правильной смеси и более энергоэффективных огнеупоров для контроля температурных зон печи
  • Нижняя утечка холодного воздуха
  • закрыть ненужные отверстия
  • обеспечивает более энергоэффективные уплотнения
  • работают с максимально высокой температурой первичного воздуха
• Оптимизируйте работу печи, чтобы избежать сбоев.

Производство цемента мокрым способом включает смешивание сырья (известняк и глина или суглинок) с водой с целью получения суспензии. Далее в процессе из гомогенизированной смеси испаряется вода, и этот этап производства требует значительного количества энергии. Сырьевая мука (высушенный шлам) подвергается воздействию высоких температур во вращающейся печи, где происходит реакция прокаливания (ее конечными продуктами являются известь и CO2). На известь также влияют температуры от 1400 до 1450 ° C.Эта реакция, называемая спеканием, приводит к образованию клинкера. Заключительный этап производства цемента — тонкое измельчение клинкера и смешивание вещества с минеральными компонентами, такими как шлак, летучая зола или гипс.

В случае производства сухого цемента сырье смешивается без воды, поэтому процесс испарения можно не проводить. Последняя технология может снизить потребление энергии от «мокрого» до «сухого» процесса более чем на 50%.

Существующие технологии в цементной промышленности можно модернизировать несколькими способами.В Таблице 26-3 показано, основанное на данных цементных заводов США, влияние возможных мер по модернизации, таких как переход от мокрых процессов к сухим и в рамках последней категории, влияние использования технологий подогревателя и прекальцинатора. Таблица показывает, что, если все заводы в США модернизируют свою пиропроцессинг до уровня лучших заводов США (т.е. система сухого процесса с подогревателем с технологией прекальцинатора), промышленность снизит потребление энергии на 30% до примерно 3 407 650 Джоулей / тонну цементировать и сократить выбросы CO2 на 13% до 75.3 млн т / год.

Что касается новых технологий в цементном секторе, несколько технологий проходят испытания и демонстрируются, например, печи с псевдоожиженным слоем. С середины 1990-х годов было разработано несколько опытных образцов крупномасштабных печей с псевдоожиженным слоем (200 т / день), которые продемонстрировали значительную экономию энергии. Например, по оценкам, полномасштабная система с псевдоожиженным слоем (3000 т / день) будет столь же эффективна, как самая передовая обжиговая печь в США, использующая подогреватель и прекальцинатор, и на 37% эффективнее, чем средняя установка в США.Для систем с псевдоожиженным слоем требуемые капитальные затраты примерно на 12% ниже, чем у современного цементного завода, а их эксплуатационные расходы составляют около 75% от эксплуатационных расходов современного цементного завода (Министерство энергетики США, 2003). Однако по сравнению с более старыми, полностью капитализированными установками на базе печей, системы с псевдоожиженным слоем относительно дороги, поэтому их, вероятно, следует рассматривать только для будущего расширения мощности. Еще одним препятствием для внедрения систем с псевдоожиженным слоем является нежелание вкладывать средства в такие большие капитальные затраты, поскольку системы были продемонстрированы только на небольших предприятиях.

Цементные заводы, учитывая их крупномасштабный спрос на промышленную тепловую энергию, предлагают возможности для комбинированного производства электроэнергии и / или пара, особенно если система когенерации является частью первоначального проекта завода. Это может значительно повысить общую энергоэффективность некоторых производственных операций. В настоящее время пять заводов по производству цемента вырабатывают электроэнергию на месте за счет когенерации (Министерство энергетики США, 2003 г.). Более того, использование отработанного тепла в системах теплообмена подогревателя обычно более энергоэффективно, чем когенерация электроэнергии с присущей ему низкой эффективностью преобразования тепловой энергии в электрическую (обычно для производства 1 кВтч требуется около 10 481 Джоулей).Хотя совместное производство пара на цементном заводе возможно, цементные заводы обычно требуют небольшого количества пара и расположены в изолированных районах, где рынки для избыточного производства пара часто недоступны.

Вклад технологий в экономическое развитие (включая поддержку энергетического рынка)

Важным преимуществом повышения энергоэффективности в цементной промышленности могло бы стать снижение затрат на электроэнергию. В целом, в цементной промышленности ЕС расходы на электроэнергию составляют около 40% от общих производственных затрат, в то время как европейские технологии производства цемента являются одними из самых энергоэффективных в мире.С 1970-х годов в Европе энергия, необходимая для производства цемента, упала примерно на 30%, а возможности для дальнейших улучшений стали довольно небольшими. Однако в других частях мира по-прежнему возможна более значительная экономия на энергозатратах.

В производстве цемента рентабельное повышение эффективности от 10% до 20% уже возможно при использовании коммерчески доступных технологий. Энергоемкость большинства промышленных процессов как минимум на 50% выше теоретического минимума, определяемого основными законами термодинамики.Энергоэффективность обычно ниже в регионах с низкими ценами на энергию. Комплексные технологии для двигателей и паровых систем позволят повысить эффективность во всех отраслях промышленности с типичной экономией энергии в диапазоне от 15% до 30%. Срок окупаемости может составлять всего два года, и в лучшем случае финансовая экономия в течение срока службы улучшенных систем может достигать 30–50%. В тех процессах, где эффективность близка к практическому максимуму, инновации в материалах и процессах позволят добиться еще большего выигрыша (IEA, 2008).

Климат

При производстве цемента выделяется CO2, так как для сжигания сырья и придания клинкеру уникальных свойств требуются очень высокие температуры. CO2 образуется из трех независимых источников: декарбонизация известняка в печи (около 525 кг CO2 на тонну клинкера), сжигание топлива в печи (около 335 кг CO2 на тонну цемента) и использование электроэнергии (около 50 кг. кг CO2 на тонну цемента). Существует три основных меры, с помощью которых цементная промышленность может сократить прямые выбросы CO2 в ближайшем будущем:

• Повышение энергоэффективности (все еще возможно максимум 2%),
  • Снижение соотношения клинкер / цемент (введение полезных промышленных побочных продуктов), и
  • Увеличение использования отходов в качестве альтернативного топлива (национальные инициативы, адекватное национальное выполнение определенных директив, касающихся конкретных отходов).

На основании анализа IEA (2008) для смешанных цементов, в целом потенциал экономии в этом случае составляет от 300 до 450 млн тонн CO2 к 2050 году. Основные подходы к этому заключаются в использовании:

• Доменный шлак, охлажденный не воздухом, а водой. Около половины всего доменного шлака уже используется для производства цемента, где шлак охлаждается водой и где расстояния транспортировки и затраты приемлемы. Если бы был использован весь доменный шлак, это привело бы к сокращению выбросов CO2 примерно на 100 млн тонн CO2.
• Зола уноса угольных электростанций. Но содержание углерода в летучей золе может повлиять на время схватывания бетона, которое определяет качество цемента. Для использования в качестве заменителя клинкера высокоуглеродистая летучая зола должна быть улучшена. Технологии для этого только появляются. Специальные методы измельчения также изучаются как способ увеличения скорости реакции летучей золы, что позволяет повысить содержание летучей золы в цементе до 70% по сравнению с максимальным значением 30% в настоящее время (Justnes et al., 2005). Китай и Индия могут значительно увеличить использование летучей золы.Если бы 50% всей летучей золы, которая в настоящее время отправляется на свалки, можно было бы использовать, это привело бы к сокращению выбросов CO2 примерно на 75 млн. Т.
• Стальной шлак. Процесс CemStar, который использует 15% -ную загрузку стального шлака с воздушным охлаждением в смеси сырья вращающейся печи, был разработан и успешно применяется в Соединенных Штатах, что привело к снижению выбросов CO2 примерно на 0,47 т / т добавленного стального шлака ( Yates et al., 2004). В Китае насчитывается около 30 сталелитейных цементных заводов с совокупной годовой производительностью 4.8 млн т. Однако качество стального шлака варьируется, и его трудно перерабатывать, что ограничивает его использование. Если бы общий мировой ресурс сталеплавильного шлака конвертерных печей и ЭДП в размере от 100 до 200 млн тонн в год был использован таким образом, потенциал сокращения выбросов CO2 составил бы от 50 до 100 млн тонн в год. Для подтверждения жизнеспособности этого варианта необходим дальнейший анализ. Другие материалы, которые могут быть использованы в большей степени в качестве заменителей клинкера, включают вулканический пепел, молотый известняк и битое стекло. Такие подходы могли бы облегчить проблемы доступности заменителей клинкера и, возможно, проложить путь к 50% сокращению энергопотребления и выбросов CO2.В долгосрочной перспективе могут быть разработаны новые типы цемента, в которых известняк не используется в качестве основного ресурса. Эти новые виды называются синтетическими пуццоланами. Технологическая осуществимость, экономичность и энергетический эффект таких альтернативных цементов остаются спекулятивными.
• Смешанные цементы предлагают большие возможности для энергосбережения и сокращения выбросов, но их использование во многих случаях потребует пересмотра строительных стандартов, норм и правил. В целом, потенциал экономии для смешанных цементов составляет от 300 до 450 млн тонн CO2 к 2050 году.Скорость обучения для цементных печей CCS при текущей стоимости 200 долларов США за тонну CO2 составляет около 5%, в то время как целевой показатель затрат на коммерциализацию в долларах США составляет 75 долларов США.

Для расчета этих сокращений выбросов парниковых газов рекомендуется применять утвержденные методологии для консолидированной методологии увеличения состава смеси в производстве цемента, методологии сокращения выбросов парниковых газов за счет рекуперации отходящего тепла и использования для выработки электроэнергии на цементных заводах, перехода на ископаемое топливо, мер по энергоэффективности и смене вида топлива для промышленных объектов, сокращение выбросов за счет частичной замены ископаемых видов топлива с альтернативными видами топлива или менее углеродоемкими видами топлива в проекте по производству цемента (крупномасштабные мероприятия), который был разработан в рамках Механизма чистого развития Киотского протокола РКИК ООН (МЧР).Эта методология помогает определить базовый уровень выбросов парниковых газов в отсутствие проекта (т. Е. При обычном ведении бизнеса), как можно рассчитать сокращения выбросов ниже этого базового уровня и как можно отслеживать эти сокращения. Общую информацию о том, как применять методологии CDM для учета парниковых газов, можно найти здесь.

Финансовые потребности и затраты

Согласно прогнозам, мировой спрос на цемент будет расти на 4,7% в год до 2,8 млрд метрических тонн в 2010 году. Китай, который уже является крупнейшим рынком цемента в мире, продемонстрирует наибольший рост общего объема проданного цемента.Другие развивающиеся части Азиатско-Тихоокеанского региона и Восточной Европы, а также ряд стран в регионах Африки / Ближнего Востока и Латинской Америки также продемонстрируют прирост рынка цемента выше среднего, чему способствуют хорошие перспективы строительства. Ожидается, что Вьетнам, Таиланд, Украина, Турция и Индонезия также продемонстрируют значительный рост в процентном отношении. Рыночный рост будет менее устойчивым в развитых регионах США, Японии и Западной Европы, при этом основная часть роста спроса на цемент до 2010 года будет приходиться на ремонтно-эксплуатационное строительство.Однако увеличение расходов на строительство в Германии и Японии после продолжительного периода спада поможет поддержать общий рост развитых мировых рынков.

Цементная промышленность приложила значительные усилия для внедрения инновационных технологий в производство цемента. В последние годы были потрачены значительные ресурсы на изучение появляющихся и, надеюсь, не вызывающих споров и экологически чистых технологий. К сожалению, многие такие технологии обладают низкой производительностью (некоторые все еще находятся в стадии разработки), технически сложны и в настоящее время недоступны для многих развивающихся стран.При сравнении современных технологий с точки зрения устойчивости, пригодности, производительности, надежности, рентабельности, патентных ограничений (доступности) и требований к компетентности можно сделать вывод, что, по крайней мере, в краткосрочной перспективе цементная промышленность будет базироваться на на мельницах пирообработки и помола.

Как описано выше, наиболее традиционный способ производства цемента — в печах. Хотя в развитом мире это стандартная процедура, в развивающемся мире мы можем столкнуться с финансовыми требованиями, которые нелегко удовлетворить.Высокотемпературные печи для обжига цемента широко распространены и доступны в большинстве развивающихся стран и могут представлять собой доступную, экологически безопасную и устойчивую альтернативу обработке. Выбор мельницы будет варьироваться на разных предприятиях из-за ряда факторов. Хотя энергопотребление (и, следовательно, затраты на энергию) на трубных станах выше, они имеют более низкие эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание, чем другие типы станов. Инвестиционные затраты трудно сравнивать в общих чертах, потому что ограничения, характерные для конкретного объекта, играют важную роль.Факторы, не связанные с затратами, которые влияют на инвестиционные решения, включают содержание влаги в сырье, вертикальные валковые мельницы могут как сушить, так и измельчать материалы, и поэтому они наиболее подходят для сырья с более высоким содержанием влаги, в то время как валковые прессы и горизонтальные валковые мельницы могут потребовать отдельная сушилка.

В 1999 году десять ведущих цементных компаний, представляющих примерно одну треть мирового производства цемента, добровольно приступили к реализации того, что стало Инициативой устойчивого развития цемента (CSI), программой под руководством членов Всемирного делового совета по устойчивому развитию (WBCSD). ).Его цель — найти для отрасли новые способы уменьшения воздействия на окружающую среду, понимания потенциала ее социального вклада и расширения взаимодействия с заинтересованными сторонами.

Список литературы

• Американская ассоциация угольной золы (ACAA), 2001. Обзор продуктов сжигания угля.
• Чоат, В., 2003. Возможности сокращения выбросов энергии и выбросов в цементной промышленности. Министерство энергетики США.
• Европейская комиссия, 1997. 4-я рамочная программа исследований и технологического развития (RTD), проект ATLAS.
• IEA, 2008. Перспективы энергетических технологий — сценарии и стратегии до 2050 года. Международное энергетическое агентство.
• IEA, WBSCD, 2009. Дорожная карта цементных технологий на 2009 год — Сокращение выбросов углерода до 2050 года. Международное энергетическое агентство.
• Джастнес, Х., Эльфгрен, Л. и Ронин, В., 2005. Механизм эффективности энергетически модифицированного цемента по сравнению с соответствующими смесями цемента, цемента и бетона, исследования, 35 (2), стр. 315-323.
• Karstensen, K.H. (без даты).Звуковое уничтожение устаревших пестицидов в цементных печах в развивающихся странах, Фонд научных и промышленных исследований (SINTEF).
• Мерсманн, М., 2007. Технология пиропроцесса. Отчет о технической конференции по цементной промышленности, IEEE, стр. 90-102.
• Перри, Курт Э., 1986. Энергия и возможности сокращения выбросов для цементной промышленности — Вращающаяся цементная печь, Chemical Publishing Co., Inc., Нью-Йорк, стр. 107
• Scalon, J., 1992. Добавка минералов, сборник ACI 22.
• Тейлор, М. 2006. Энергоэффективность и выбросы CO2 в мировой цементной промышленности. Документ подготовлен для семинара IEA-WBCSD, Международное энергетическое агентство.
• Министерство энергетики США, 2003 г. Энергетика и возможности сокращения выбросов для цементной промышленности, Вашингтон, округ Колумбия, США.
• Уоррелл, Э., Прайс, Л. и Галицкий, С., 2004. Новые энергоэффективные технологии в промышленности: тематические исследования отдельных технологий, Nr.