Производство труб методом центробежного проката

     2.3 Характеристика исходных материалов 

     Качество бетона в большей степени зависит от используемых материалов. Правильный выбор материалов для бетона, учитывающий как требования к бетону, так и свойства самих материалов, имеет важное значение в технологии бетона. При этом должна достигаться максимальная экономия цемента и трудовых затрат на производство бетона. 

     2.3.1 Вяжущие вещества

     Для приготовления бетона строительных конструкций наиболее широко используют неорганические вяжущие вещества. Различают вяжущие неорганические вещества водного (цементы) и воздушного (известь, гипс и др.) твердения.

     Наиболее широкое применение в производстве бетона получил портландцемент (ПЦ). ПЦ - гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде (лучше всего) или на воздухе. Это порошок серого цвета, получаемый тонким помолом клинкера с добавкой гипса. Для получения цемента высокого качества необходимо, чтобы его химический состав, а следовательно, и состав сырьевой смеси были устойчивы. При помоле к цементному клинкеру можно добавлять 10-20% гранулированных доменных шлаков или активных минеральных добавок. ПЦ называют цемент, не содержащий в своем составе минеральных добавок, кроме гипса. Чисто клинкерный ПЦ без добавок применяют для высокопрочных бетонов, в производстве сборного ж/б, особенно предварительно напряженных конструкций, при строительстве в особых условиях (на Севере и в районах с сухим и жарким климатом). Наиболее распространенными цементами являются ПЦ с добавками (составляют около 60% всех выпускаемых цементов). Они могут применяться для большинства монолитных и сборных ж/б конструкций, если к последним не предъявляются особые требования.

     Основное влияние на качество цемента оказывает содержание трехкальциевого силиката (С₃S),т.е. алита, который обладает свойствами быстротвердеющего гидравлического вещества высокой прочности. Двухкальциевый силикат (С₂S), белит, - медленно твердеющее гидравлическое вяжущее средней прочности. Трехкальциевый алюминат (С₃А) твердеет быстро, но имеет низкую прочность. Изменяя минералогический состав цемента, можно варьировать его качество.

     Цементы высоких марок и быстро твердеющие изготовляют с повышенным содержанием С₃S (алитовые цементы). Цементы с высоким содержанием белита (белитовые) - медленно твердеющие, однако прочность их нарастает в течение длительного времени и в возрасте нескольких лет может оказаться достаточно высокой.

     Основное свойство, характеризующее качество любого цемента - это его прочность (марка). Прочность цемента при сжатии составляет 30-60 МПа, соответственно прочность балочек на изгиб - 4,5-6,5 МПа. Растворная смесь должна иметь расплыв конуса на встряхивающем столике 106-115 мм. У большинства цементов это достигается при В/Ц=0,4.

     Действительную прочность цемента называют его активностью. Так, при проектировании состава бетона лучше использовать активность цемента, т.к. это обеспечивает более точные результаты и экономию цемента.

     Цементная промышленность выпускает в основном цементы марок 400-550, а по особому заказу - марки 600. прочность цемента высоких марок нарастает быстрее, чем у цементов низких марок.

     Помимо требований к прочности к цементам предъявляются и другие требования, причем наиболее важными из них являются нормальная густота и сроки схватывания.

     Нормальная густота ПЦ составляет 22-27%. Нормальная густота увеличивается при введении в цемент при помоле тонкомолотых добавок _трепела, опоки). Наименьшую густоту имеют чисто клинкерные цементы.

     Сроки схватывания определяют начало и конец процесса превращения материала в твердое тело. По стандарту требуется, чтобы начало схватывания при температуре 20⁰С наступало не ранее 45 минут, а конец схватывания - не позднее 10 часов с момента затворения цемента водой. Сроки схватывания можно регулировать путем добавления в бетонную смесь при ее приготовлении различных химических добавок. Сроки схватывания уменьшаются с повышением температуры бетона и уменьшением В/Ц.

     ПЦ имеет, как правило, тонкий помол: через сито № 008 должно проходить не менее 85% общей массы цемента. Средний размер частиц цемента составляет 15-20 мкм. Тонкость помола цемента характеризуют также удельной поверхностью зерен, содержащихся в 1 г цемента. Цемент среднего качества имеет удельную поверхность 2000-2500 см²/г, высокого качества - 3500 см²/г и более.

     Истинная плотность ПЦ без добавки составляет 3,05-3,15 г/см³. Плотность ПЦ при расчете состава бетона условно принимают в уплотненном состоянии - 1,3 кг/м³. 

     2.3.2 Заполнители

     Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и оказывают определенное влияние на свойства бетона, его долговечность и стоимость. Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента, являющегося наиболее дорогим и дефицитным компонентом бетона. Кроме того, заполнители улучшают технические свойства бетона. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона - уменьшает деформации конструкций под нагрузкой, а также уменьшает ползучесть бетона - необратимые деформации, возникающие в бетоне при длительном действии на него нагрузки. Заполнитель уменьшает осадку бетона, способствуя получению более долговечного материала. Усадка цементного камня при его твердении достигает 1-2 мм/м.

     Пористые естественные и искусственные заполнители, обладая малой плотностью, уменьшают плотность легкого бетона, улучшают его теплотехнические свойства.

     Стоимость заполнителя составляет 30-50% (а иногда и более) стоимости бетонных и ж/б конструкций, поэтому применение более дешевых и доступных заполнителей в ряде случаев позволяет снизить стоимость строительства, уменьшает объем транспортных перевозок, обеспечивает сокращение сроков строительства.

     Правильный выбор заполнителей для бетона, их разумное использование - одна из важнейших задач технологии бетона. К заполнителям для бетона предъявляются требования, учитывающие особенности их влияния на свойства бетона.. наиболее существенное влияние на свойства бетона оказывают зерновой состав, прочность и чистота заполнителя.

     В бетоне применяют крупный и мелкий заполнители. Крупный заполнитель, зерна которого крупнее 5 мм, подразделяют на гравий и щебень. Мелким заполнителем в бетоне является естественный или искусственный песок.

     Щебень из горных пород - неорганический зернистый сыпучий материал с зернами крупностью св. 5 мм, получаемый дроблением годных пород, гравия и валунов, попутно добываемых вскрышных и вмещающих пород или некондиционных отходов горных предприятий по переработке руд (черных, цветных и редких металлов металлургической промышленности) и неметаллических ископаемых других отраслей промышленности и последующим рассевом продуктов дробления. Щебень из гравия должен содержать дробленые зерна в количестве не менее 80 % по массе. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем выпуск щебня из гравия с содержанием дробленых зерен не менее 60 %. Гравий и щебень должны быть морозостойкими и обеспечивать требуемую марку легкого бетона по морозостойкости. Потеря массы после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания не должна превышать 8%.

     Щебень и гравий по морозостойкости подразделяют на следующие марки: F15; F25; F50; F100; F150; F200; F300; F400. Показатели морозостойкости щебня и гравия при испытании замораживанием и оттаиванием или насыщением в растворе сернокислого натрия и высушиванием должны соответствовать указанным ГОСТ 3344-83

     Искусственные пористые гравий, щебень и песок (далее гравий, щебень и песок) следует изготовлять в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическим регламентам, утвержденным в установленном порядке.

     По согласованию изготовителя с потребителем допускается изготовление гравия и щебня от 2,5 до 10 мм и смеси фракций от 5 до 20 мм и для теплоизоляционных засыпок - от 5 до 40 мм.

     Песок представляет собой рыхлую смесь мелких зерен, образовавшуюся в результате выветривания изверженных (реже осадочных) горных пород. Иногда песок получают дроблением горных пород, но такой песок гораздо дороже естественного и применяется только для специальных целей.

     Песок, в зависимости от зернового состава, подразделяют на три группы:

     1 - для конструкционно-теплоизоляционного бетона;

     2 - для конструкционного бетона;

     3 - для теплоизоляционного бетона. 

     2.3.3 Вода для приготовления бетона

     Для приготовления бетонной смеси используют водопроводную питьевую воду, а также любую воду, имеющую водородный показатель pH не менее 4 (т.е. некислую, не окрашивающую лакмусовую бумагу в красный цвет). Вода не должна содержать сульфатов более 2700 мг/л (в пересчете на SO₄) и всех солей более 5000 мг/л. В сомнительных случаях пригодность воды для приготовления бетонной смеси необходимо проверять путем сравнительных испытаний образцов, приготовленных на данной воде и на обычной водопроводной.

     Для приготовления бетонной смеси можно применять морскую и другие соленые воды, удовлетворяющие приведенным выше условиям. Исключением является лишь бетонирование внутренних конструкций жилых и общественных зданий и надводных ж/б сооружений в жарком и сухом климате, т.к. морские соли могут выступить на поверхности бетона и вызвать коррозию стальной арматуры.

     Для поливки бетона следует использовать воду такого же качества, как и для приготовления бетонной смеси. 

     2.3.4 Добавки к бетонам

     Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента применяют различные добавки в бетон. Их подразделяют на две группы. К первой относят химические вещества, добавляемые в бетон в небольшом количестве (0,1-2% массы цемента) для изменения в нужном направлении свойств бетонной смеси и бетона. Ко второй относят тонкомолотые материалы, добавляемые в бетон в количестве 5-20% и более для экономии цемента или для получения плотного бетона при малых расходах цемента. К тонкомолотым добавкам относят золы, шлаки, пески, отходы камнедробления и некоторые другие материалы, придающие бетону специальные свойства (повышающие его плотность, изменяющие электропроводимость, окрашивающие и т.д.). В последнее время наибольшее применение находят химические добавки.

     Некоторые добавки обладают полифункциональным действием: пластифицирующие-воздухововлекающие, газообразующие-пластифицирующие. В качестве пластифицирующих добавок применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), нередко получаемые из вторичных продуктов.

     В последнее время разработаны и применяются новые химические добавки - суперпластификаторы. Эти добавки резко увеличивают подвижность и текучесть бетонной смеси и существенно улучшают строительно-технологические свойства бетона. В большинстве своем суперпластификаторы - синтетические полимеры, которые вводят в бетонную смесь в количестве 0,1-1,2% массы цемента.

     В качестве ускорителей твердения применяют хлорид кальция, сульфат натрия, нитрит-нитрат-хлорид кальция и другие.

     В качестве противоморозных добавок применяют поташ, хлорид натрия, хлорид кальция и пр. Эти добавки понижают точку замерзания воды и способствуют твердению бетона при отрицательных температурах: чем ниже температура твердения, тем выше обычно дозировка добавки (до 10% массы цемента, а иногда и больше).

     Большинство добавок растворимы в воде и вводятся в бетономешалку в виде предварительно приготовленного раствора. Некоторые добавки вводят в виде эмульсии или в виде взвесей в воде. На практике оптимальную дозировку добавки определяют опытным путем. 

     2.4 Основы организации способа центробежного проката