Цемент өндірісінен шыққан ластаушы заттардың қоршаған ортаға әсерін бақылау. Мониторинг жүргізу

Стандарттық үлгінің 28 тәулік шагында қысқандағы мықтылық шегі цементтің активтігі деп аталады. Портландцементтің активтігі бойынша оның маркалары тағайындалған. МОСТ 10178 - 85 бойынша маркасының сан мағынасы нормалды құммен сыналатын цемент ерітіндісінен /кұрамы салмағы бойынша 1:3, судың цементке катынасы 0,4/ жасалган, 28 тэулік нормалдық жэне ылғалды ортада қатайған мөлшері 40x40x160 мм үлгі бөрененің жартысын қосқандағы мықтылық шегімен анықталады. МСТ мықтылық шегін МПа немесе кгк/см2 арқылы нормалдайды. М400, 500, 550, 600 цемент үлгілері -бөренелері үшін 28 тэуліктен кейінгі игендегі мықтылық шектері, өздеріне сай мына мағыналардан кем болмауы керек МПа/кгк/см2/:5,4/55; 5,9/60/; 6,1/62/; 6,4/65/; ал, қысқандағы мықтылық шегі өздеріне сәйкес - 39,2/400/; 49,0/500/; 53,9/550/; 58,8/600/;

Портландцементтің мықтылығы уақыт бойынша біркелкі дамымайды. Мықтылығының ең көп өсетін мезгілі алдыңғы бір айдың іші. Одан кейінгі уақытта цементтің мықтылығы өте баяу өседі. Мысалы, үшінші тэулікте мықтылығы цемент маркасының 40-50 %- на жетеді, ал жетінші сөткеде - 60-70 %. Бұдан кейінгі уақытта цемент мықтылығын бүдан да баяу дамытады, сөйтіп 28 тәулікте маркалық мықтылығын береді. Цемент тасы қолайлы жағдайда жылдар бойы қатайып, маркалық мықтылығын 2-3 есе үлкейтетін қасиеті бар. Цементтің теориялық қысқандағы мықтылығының шегі 2400 - 3400 МПа аралығында. Практика жүзінде мықтылыгы 280 -320 МПа жүк тиеп, тығыздау арқылы қалыпталған бетондар алынған. Демек, портландцементтің потенциалдық мықтылығын толықтай пайдалану болашақтың проблемасы.

   /МСТ 10178 - 85/№008 тор  көзінің мөлшері - 80 мкм/ електен сынаққа алған цементтің кем дегенде 85 пайызы өтетіндей болуы қажет. Портландцемент түйіршіктерінің орташа мөлшері 40 мкм. 6-12 ай бойы қатайғанда түйіршіктің гидратацияланған қалындығы эдетте 10-15 мкм аспайды. Мұндай дәрежеде ұнтақталған цемент түйіршіктерінің дербес /меншікті/ бетінің ауданы 2500 - 3000 см2/г. Бүл нормалды үнтақталған цемент. Цемент үнтақтылығының оның мықтылығы үшін маңызы туралы жоғарыда айтылған. Су талапкершілігі - нормалды /қалыпты/ қою цемент қамырын алу үшін керекті су мөлшерімен /пайыз/ бағаланады. Оны Вик аспабындағы пестиктің циликдрдегі қамырға бату тереңдігі бойынша анықтайды. Цементтің су талапкершілігі оның минералдық қүрамына, үнтақтылығына, минералдық қоспаның барлығына байланысты. Қоспасыз цементтің су талапкершілігі 22 - 26 пайыз аралығында болады. Цементтің үстасу жылдамдығы мен көлемінің біркелкі өзгеруі қалыпты цемент қамырын сынау арқылы анықталады. Цементтің бұл қасиеттері туралы жоғарыда айтылған. ¥стасу мезгілінің басы - ең ертесі 45 мин. кейін, ал соңғы - ең кеші 10-12 сағ. кейін болуы керек. ¥стасу мезгілдерін Вика аспабындағы иненің қамырға батырылу тереңдігі арқылы анықталады. Цементтің үстасу мезгілін нормалдау үшін клинкерді үнтақтау кезінде гипс қосады, ал жылдамдату немесе баяулату үшін арнаулы қоспалар пайдаланады. Цемент тасының көлемінің біркелкі өзгермеуі оның қүрамында кальций жэне магний оксидтерінің барлығымен байланысты. Стандарт бойынша көлемінің бірқалыпты өзгеруін нормалды қою цемент қамырынан жасалған, 24 сағ. алдын - ала қатайып, содан соң 3 сағ. қайнатылған үлгі -күлшенің бетінде ортасынан шетіне жететін тамыр түсті жарықтың жоқтығы арқылы байқалады. Цементтің бүл қасиеті қүрылыс үшін өте маңызды. Себебі бетон және темірбетон конструкциялары пайдалы жүктің астында мықтылығы мен тұрақтылығын көрсетумен қатар өндірістік тұрғын және басқа үйлер мен ғимараттарды пайдаланғанда түрлі бұзарлықтай әсері бар физикалық жэне химиялық факторларға қарсы тұрақтылық, мэңгілік қасиеттері болуы керек. Сондықтан алдын-ала құрылыстың пайдалану жағдайына байланысты болатын агрессивті факторлардың конструкцияларға тигізетін эсерін білген жөн. Мұндай физикалық және химиялық әсерлермен бұзылуын цементтің коррозиясы деп атайды. Коррозияның негізгі себебі - бірде еріп, бірде мұздаудан, ауыспалы суланып-кебуден жэне түрлі химиялық процестерден. Сондықтан, цементтің аязға, ауаға және химиялық эсерлерге төзімділігі туралы нақтылы мэліметтер келтіріп, оларға түсінік берудің мамандар үшін техникалық-экономикалық маңызы зор.

2.3. Портландцемент қатаюының  физика-химиялық негіздері.  

Молекулалық және коллоидалық өзгерістер физикалық-химиялық процестердің жүруімен байланысты екеніне ешкімнің күмәні жоқ. Осы процестердің әсерінен цемент, сумен оны араластырганда, алдымен жұмсақ клей түсті қамыр береді де біртіндеп ұстасып жэне қатайып тасқа айналады. Дегенмен, көрсетілген физикалық-химиялық процестердің күрделігінен олардың кейбір жагдайы эліде болса аяғына дейін зерттеліп анықталмағанына байланысты қазіргі кезде ол процестер туралы көптеген түсініктер бар. Атап өткеніміздей, портландцемент жэне басқа минералдық байланыстырушылардың қатаю мэнісі туралы басқалардан гөрі А.А. Байков ұсынған байланыстырушылардың қатаю теориясында кең мэлімет берілген. Бұл теория кейін көптеген ғалымдардың П.П. Будниковтың, Н. А. Тороповтың, П.А. Ребиндердің, В.Н. Юнгтың, В.Ф.Журавлевтың, А.Е. ШеЙкиннің, С.Д. Окороковтың, Ю.М. Буттың, В.Б. Ратиновтың, А.В. Воложенскийдің жэне т.б. еңбектерінде зерттеліп анықталған. Осы теорияға сай минералдық заттардың қатаю процесі үш кезеңге бөлінеді:

Бірінші кезеңде клинкерлік минералдар сырт жағынан бастап еріп, біртіндеп қаныққан ерітінді құралады. Жоғарыда келтірілген минералдардың химиялық реакциясының нәтижесінде бұл қаныққан ерітіндіде кальций гидроксиді Са(ОН)г, эттрингит және кальций гидросиликаттары пайда бола бастайды.

Екінші кезеңде қаныққан ерітіндіде клинкерлік минералдар алдын - ала суда ерімей-ақ, қатты қалпында гидратацияланады, ягни тікелей қатты фазага судың қосылу процесі жүреді. Ал, ерітіндідегі кальций   гидросиликаты мен гидроферриті суда онша ери қоймайтындықтан, коллоид қалпында цемент түйіршіктерін қаптай кұралады. Азда болса да еритін Са(ОН)2, және ЗСаОА12Ог6Н20 көп ұзатпай - ақ алдымен қаныққан, одан кейін біртіндеп аса қаныққан ерітінді құрайды. Осындай физикалық жэне химиялық процестердің барысында жаңадан кальций гидроксиді мен гидроалюминаты құрыла беретіндіктен аса қаныққан ерітіндіден бұлар коллоид түрінде бөлініп шыгады. Сонымен минералдардың гидратациялық өнімінен тұратын коллоид /гель/ желім тәрізді цементтің түйіршіктерін түгел қаптай цемент қамырының коагуляциялық структурасын құрайды. Цемент қамыры біртіндеп қоюланады, жұмсақтығын төмендетеді, ягни ұстасады. Уақыт өткен сайын структуралық мықтылыгы пайда бола бастайды. Бұл кезеңдегі цемент қамырының структураланған система ретінде ерекшелігі, - оның тиксотропиялығы, демек дірілдеткенде немесе қатты араластырганда ол қайтадан жұмсарып, қою сұйық сияқты ағады, ал механикалық әсерді тоқтатқанда жаңадан коагуляциялық структураға көшіп ұстаса бастайды.

Үшінші кезеңде кейбір жаңадан құралған гидратациялық құрамдар коллоидалық қалпынан біртіндеп кристалдана бастайды. Алғашқы пайда болған кристалдық ұрықтар бірте-бірте өсіп, өзара байланысып кристалдық тор құрады. Ең алдымен 3СаО- А1203 -6Н20 жэне Са(ОН)2 кристалданады. Бұлардың өте жіңішке кристалдары басқа жаңа химиялық құрамдар коллоидасын тесе өтіп өзара шырмалыса дамиды да, цемент тасының мықтылығын жоғарылатады. Кальций гидросиликаттары жэне гидроферриттері аздап баяу кристалданады. Бұл үшінші кезеңде гидротациялық процестер тоқтатылмайды, жаңадан химиялық басқа құрамдардың коллоидтары пайда болып, кристалдану процестері жүре береді. Сонымен, біртіндеп гидратациялық өнімдер цемент тасындағы кеуектерді толтырады. Кристалдары ұлғайып және өзара байланысып цементтің тығыздығын жэне мықтылығын асырады. Егер қатаюшы цемент тасын нормалды температурада, ылғалды жерде сақтаса айтылған процестер үзіліссіз жүре берер еді. Бірақ, ондай жағдай іс жүзінде сирек кездеседі. Сондықтан цемент түйіршіктері түгелдей реакцияға қатысып үлгермейді.

Жоғарыдағы айтылған түсініктер негізінде мынадай қысқаша қорытынды жасауға болады. Біріншіден, қатаю мезгілінде пайда болатын кристалдар цементтік тастың механикалық қасиетін қалыптастырады. Бұл тұрғыда ең алдымен жақсылау еритін минералдар кристалданады - кальций тотығының гидраты - Са(ОН)2 жэне кальций гидроалюминаты зСаО-А12О3- Бұлардан кейін ұзақ уақыт коллоид қалпында сақталатын, аздау еритін кальций гидросиликаты /2СаО-SiO2- белит/ өте баяу түрде кристалдық структура құрайды. Сондықтан бұл минерал  қатаятын минерал болып аталады, ал алит /ЗСаО-SiO2/ жэне үш кальций алюминат 3СаО  А12О3 - тез қатаюшы минералдарға жатады. Екіншіден, П.А. Ребиндердің байланыстырушы заттардың қатаюы туралы берген толықтамасын еске ала отырып А.А.Байковтың теориясы бойынша цементтің жалпы қатаю схемасын былайша көрсетуге болады:

Бірінші кезең - екі кальцийлі гидросиликатпен, кальций тотығының гидратымен және үш кальциилі гидроалюминатпен, ягни гидротация өнімімен қаныққан нағыз ерітіндінің құралуы.

Екінші кезеңі - алдын-ала нағыз ерітінді құрамай-ақ минералдардың бірден гидраттанып, олардың гидраттық жаңа құрамдарының колоидалынуы.

Үшінші кезеңі - өзінің өте қаныққан ерітіндісінен пайда болған коллоидтың /геляның/ кристалдануы.

Бірінші кезең даярлық кезең деп аталады, екінші кезең цемент қамырының ұстасу мезгіліне сай, ал үшінші кезең - қатаю кезеңі.

Бұл қатаю кезеңдері бірінен соң бірі міндетті түрде жүреді деп айту қиындау. Дегенмен, біраз түсінікті болу үшін осындай схемада жүреді деп айтуға болады. Цементтің түйіршіктері бір уақытта бірден суда бүтін еріп кетпейді. Сондықтан, бұл үш кезең бірінің соңынан бірі жүре отырып, түйіршіктің ішінде олар сыртқы қабатқа қарағанда кешігіп жүреді. А.А. Байков цементтің қатаю теориясын жоғарыда айтылғандай, коллоидалық - кристализациялық теория деп атаған. Бұл теория көптеген физикалық және химиялық құбылыстарға түсінік беруге көмектеседі, бетон өндірісінде көптеген технологиялық белестерді игеріп, қалыптап отыруға мүмкіндік туғызады. Мысалы, цемент қамырының ұстасуының басы /Б¥С/ 45 мин. ерте болмауы керек дейміз. Былайша айтқанда, мұны геляның /коллоидтың/ ерітіңдіден бөліне бастау мезгілі деп айтуға болады. Ұстасудың соңы /С¥С/12 сагаттан кеш болмауы керек деген түсінік - геляның жалпылай бөлініп шығу кезеңі деп түсінуге болады. Геляның /коллоидтың/жалпылай кристалдануы деген түсінік - цементтің қатаю мезгілінің соңы 28 тәуліктік беріктігі, яғни маркалық мықтылығы алынды деп санауға болады.

2.4. Ұсақ тартылған байланыстырғыш цементкүл өндірісінің технологиялық параметрлерін оңтайландыру.

Ұсақ тартылған байланыстырғыш цементкүлдің жоғары сапасын қамтамасыз ету үшін құрылыс нормаларымен және ережелерімен, стандарттармен және басқа да нормативтік, жобалық құжаттамамен көзделген бастапқы материалдарға қойылатын талаптардың, сондай-ақ осы технологиялық регламенттің талаптары сақталуы тиіс.

Ұсақ тартылған байланыстырғыш цементкүлдің өндірісі өндірістің барлық кезеңінде технологиялық процестің және бақылаудың  қатаң сақталуын қажет етеді. Ұсақ тартылған байланыстырғыш цементкүл алудың технологиялық параметрлерін жасау кезінде бастапқы компоненттерді диірменге берудің барынша қарқындылығы, араластыру және тарту ұзақтығы,  компоненттердің ұсақ тартылуы белгіленді.   Байланыстырғыш компоненттерін араластыру және қосымша тарту зертханалық шар тәріздес диірменде жүргізілді.

  Байланыстырғыш алудың үйлесімді технологиялық параметрлерін бағалауға арналған өлшемдер ретінде  байланыстырғыштың стандарттық әдістермен анықталатын беріктік көрсеткіштері алынды.

 Зерттеушілер компоненттердің  тартылу ұсақтығы және байланыстырғыштың  белсенділігі  бастапқы қомпоненттердің  диірменге берілу қарқындылығына  және процестің ұзақтығына    байланысты екенін анықтады. 1-кестенің  деректері  модификацияланған ұсақ  тартылған байланыстырғыштың  үлес  беті (цемент 70-80 %, күл 28-18 %, суперпластификатор  С-3 - 2 %) компоненттерді диірменге  беру жылдамдығы 100 кг/мин процестің  ұзақтығы 4 мин болғанда 480-500 м2/кг, байланыстырғыштың белсенділігі – 55-62 МПа құрағанын,  ал  материалдарды  беру  жылдамдығы  30 кг/мин  ұзақтығы  8  мин

1-кесте - Қосымша тарту  параметрлерінің ұсақ тартылған  байланыстырғыш цементкүлдің белсенділігіне  әсері

болғанда байланыстырғыштың үлестік беті 530- 550 м2/кг дейін, белсенділігі – 61-68 МПа дейін артқанын көрсетеді. Қосымша тартудың ұзақтығы 15-20 мин дейін артуымен байланыстырғыштың үлестік беті 600-700 м2/кг, белсенділігі 68-70 МПа жетті.

2.5. Ұсақ тартылған байланыстырғыш цементкүл өндірісінің      технологиялық  схемасы

Ұсақ тартылған байланыстырғыш цементкүл өндірісінің      ұсынылып отырған технологиялық  схемасы (1-сурет) әмбебап және оны түрлі құрамды және маркалы байланыстырғыштар, соның ішінде суды аз қажет ететін байланыстырғыш дайындауда пайдалануға болады.

Қондырғының (цехтың) жобасын  желілерді (электрмен жабдықтау, жылумен жабдықтау, канализация) пайдаланымдағы желілерге қосып, кәсіпорынның өндірістік алаңына байластыруға болады.

Өндірістің технологиялық  схемасы  модификациялайтын қоспасыз да, қоспамен де ұсақ тартылған байланыстырғыш цементкүл алуға, өндірістік циклды дәл реттеуге эәне қажетті номенклатура өнімдерін дайындауға мүмкіндік береді.

Кіреберіс бақылаудан өткеннен кейін шикізат материалдары  (цемент, күл, суперпластификатор, қоспалар)қабылдауыш жүйемен  қондырғының  жоғарғы бөлігінде орналасқан шығыс бункерлеріне тасымалданады. Ауалау жүйесі сусымалы материалдарды жатып қалудан сақтайды және сыйымдылықтардағы «тыныш аймақтардың» пайда болуын болдырмайды. Бункердің барлығы үздіксіз істейтін деңгейөлшеуіштермен жабдықталған.

Тасымалдауыш жүйенің (дискілі, тарельді қоректендіргіштер, иірліктер, пневматикалық беру жүйесі) көмегімен шикізат материалдары таразы дозаторлары бар жоғары дәлдікпен өлшеу жүйесіне түседі.

Барлық компоненттерге арналған бункерлердің құрастырмасы, мөлшері мен саны, араластырғыш және буып-түйгіш агрегаттардың өнімділігі шикізат компоненттерінің мөлшеріне, байланыстырғыштар номенклатурасының өндіріс көлеміне байланысты.

Цемент, күл заводқа автоцистерналармен жеткізіледі (1). Байланыстырғыштарды және күлді тасымалдайтын құбыржелілері  автоцистерналарды иілгіш құбыршек жүйесіне қосуға мүмкіндік беретін қабылдағыш келтеқұбырлармен жарақтандырылған. Заводтың пневмтикалық жүйесімен айдалатын ауамен (2) байланыстырғыштар және күл  арнайы шұңқыр сыйымдылықтарға  айдалады (3).

Суперпластификатор қоспасы биг-бэгтерде немесе мешоктарда жеткізіледі және тізбекті көтергішпен сыйымдылығы 2 м3 кіші бункерге беріледі (11).  Пневматикалық бөлгіш ысырмамен жабдықталған мөлшерлеп ауалағыш кіші иірліктің көмегімен  қоспа бункерден  барлық компоненттердің араластырғышқа мөлшермен түсуін қамтамасыз ететін жалпы мөлшерлегіш таразыға (14) беріледі.