Как уменьшить расход цемента

Как уменьшить расход цемента

Производство цемента требует значительного количества энергии – затраты на энергоносители составляют около 35–40 % от себестоимости конечного продукта, причём доля непосредственно топлива превышает половину этой величины. В Российской Федерации доля энергоносителей в себестоимости составляет 50–57 %.

Рост себестоимости производства и экологическое законодательство всего лишь два из главных факторов, обуславливающих соответствующим образом модифицировать процесс обжига клинкера. Пути совершенствования производства цемента преимущественно заключаются в изменении вещественного состава сырья и конечного продукта (использование техногенного сырья, выпуск смешанных цементов и др.) и повышении эффективности теплопередачи в обжиговых агрегатах. Большой популярностью в настоящее время пользуется строительство новых технологических линий сухого способа производства и использование альтернативных видов топлива и различных топливосодержащих отходов.

В большинстве вращающихся печей для производства клинкера сейчас используют традиционные виды топлива, такие как газ, мазут, различные виды угля и нефтекокс. Необходимая теплотворная способность может быть обеспечена путем смешивания какого-либо первичного (с высоким содержанием летучих углеводородов) и низкокалорийного альтернативного топлива.

Для сжигания в цементных печах используются практически все виды отходов производства и жизнедеятельности человека [1, 4]:

Значительный интерес представляет использование вторичных энергоресурсов и повышение эксергетического уровня первичного топлива. Перспективным направлением снижения энергопотребления является разработка технологии глубокого использования теплоты исходного топлива, в частности получение синтетического горючего (синтез-газа (СГ)) методом химической конверсии исходного топлива. СГ (смесь H2 и CO) – универсальное горючее, которое получают из различных видов органического топлива и используют в качестве сырья для производства многих химических продуктов [2]. Сравнительный термодинамический анализ процессов сжигания первичного и конвертированного топлива показывает, что величина необратимых потерь в процессе сжигания топлива в последнем случае также меньше [3]. Более того, при сжигании синтез-газа уменьшается количество вредных выбросов в атмосферу.

Увеличение энергетической эффективности в промышленности всегда рассматривалось как одна из научно-технических задач инженеров и ученых, и сейчас эта проблема приобретает первоочередной приоритет. Встает необходимость рассмотрения не только количества энергии, когда ее потребление оптимизируется, но также и ее качества. Одинаковые в количественном отношении энергетические потоки обладают разной технико-экономической ценностью [7].

Эксергией называют возможность энергии любого типа производить работу в окружающей среде, т.е. эксергия является мерой качества используемой энергии.

СГ позволяет поднять эксергетический потенциал применяемого первичного топлива.

Рассмотрим стандартный процесс горения топлива и сжигание этого же топлива, предварительно конвертированного в СГ. Учитывая, что на 97 % всех цементных заводов РФ в качестве топлива используется природный газ, в настоящей работе исследования проводились для природного газа, представленного преимущественно метаном, для сравнительного анализа проведены расчеты и для твердого топлива – угля. Так горение 1 м3 природного газа теплотворной способностью 36078 кДж/м3, с необходимым количеством воздуха 10,3 м3 при температуре 25 °С в сумме даёт 14 кг отходящих газов с общим количеством теплоты 36454 кДж и температурой 1943 °С. Теперь рассмотрим процесс пароводяной конверсии природного газа (уравнение 1), прежнего состава, и сжигание продуктов конверсии.

CH4 +H2O(ж) ↔ CO + 3H2 – 11875 кДж. [1]

Реакция 1 производится при температуре 900 °С. Количество СГ на выходе составляет 4 м3 или 1,6 кг, с теплотой сгорания 11145 кДж/м3 и физической теплотой 1210 кДж/м3. При сгорании образуется 14,8 кг отходящих газов с теплотой 50050 кДж и температурой 2355 °С.

Эксергия смеси раскаленных газов находится согласно следующей формуле:

[2]

где Н – энтальпия газового потока, кДж; T0 – температура окружающей среды, °С; T – температура газов, °С.

Следовательно, эксергия природного газа составит 31552 кДж, а конвертированного топлива – 44374 кДж. Таким образом, прирост эксергии составляет 12822 кДж или 41 %.

Расчет для твердого топлива показал, что эксергия угля составляет 34274 кДж, синтез-газа, произведенного из данного топлива 50401 кДж. Работоспособность конвертированного топлива увеличилась на 16127 кДж или 47 %.

При сравнении эксергии конвертированного топлива и природного газа, в одинаковых начальных условиях, при температуре окружающей среды (25 °С), получаем: эксергия синтез-газа, произведенного из 1 м3 природного газа, составляет 39721 кДж, т.е. прирост работоспособности 8169 кДж или 26 %; эксергия синтез-газа, полученного из 1 кг угля, соответственно равна 45188 кДж, прирост эксергии – 10914 кДж (32 %).

Получение СГ протекает с высоким потреблением тепла, что обусловливает возможность использования данного эндотермического процесса в аппаратах для охлаждения клинкера. Так, в холодильном оборудовании будут осуществляться физико-химические процессы, начиная от элементарного нагрева теплоносителей и кончая эндотермическими реакциями. Одним из теплоносителей является углеводородное топливо, а источником энергии для проведения физико-химических превращений – утилизируемое тепло клинкера. Рассматриваемая технология выполняет не только функцию охлаждения клинкера, но служит одновременно системой подготовки нового модифицированного топлива [3].

Возможность получения СГ в слое клинкера была исследована на экспериментальной установке. Осуществление реакции конверсии топлива контролировалось по отсутствию в отходящих газах опытной установки углеводородов и наличию CO. Было установлено, что при атмосферном давлении в высокотемпературной зоне клинкерного холодильника возможно получение СГ при температуре 800–850 °С без катализатора [6].

Рассмотрим расчёты материальных и тепловых балансов на примере обжига цементного клинкера по сухому способу производства. Использовались следующие исходные данные: топливо – природный газ; влажность сырьевой смеси – 5 %; температура окружающей среды – 25 °С; для конверсии топлива использовалась вода в жидком состоянии; температура конверсии – 900 °С.

Получение СГ осуществляется в высокотемпературной зоне холодильника, куда в слой клинкера подается смесь природного газа и воды. Количество реагентов, а также продуктов конверсии определяется из потребного расхода тепла на проведение реакции и исходного тепла клинкера из печи. Недостаток теплоты для обжига покрывается подачей второй части топлива непосредственно в печь. Таким образом, приход тепла в печную систему разбит на две части: получение и сжигание СГ и прямое сжигание природного газа. Так объёмная доля СГ от общего количества топлива на обжиг составляет 90 % или 0,221 м3/кг кл. и соответственно природного газа – 10 % (0,024м3/кг кл).

Для сравнения расчетных данных обжига клинкера стандартным способом и с предварительной конверсией топлива задавались идентичные параметры производительности печи и температуры отходящих газов. Потери тепла от корпуса печи принимались – 6 % от суммы приходных статей теплового баланса. Результаты расчетов представлены в табл. 1, 2.

Расчеты показали, что при использовании в клинкерном холодильнике способа конверсии топлива исключаются потери тепла с аспирационным воздухом и увеличивается общий возврат тепла в печь, вследствие чего КПД холодильника возрастает на 10–15 %. Количество и состав отходящих газов меняется следующим образом (табл. 1): снижаются

Как уменьшить расход цемента

КАЧЕСТВЕННО

БЫСТРО

SEO оптимизация

адаптивная верстка

Ремонт в регионах

1. Главная
2. Строительство
3. Роль песка в бетоне
4. Влияние песков на свойства бетонов

Многочисленными исследователями были разработаны оптимальные зерновые составы песков для бетонов, с помощью кототорых стремились получить наиболее экономичные бетоны с наименьшим расходом цемента и наибольшей прочностью.

По данным Б. Г. Скрамтаева, Граф считал, что в песке должно быть зерен размером мельче 1 мм от 16 до 25%.

И. П. Александрин рекомендовал непрерывный зерновой состав всех заполнителей — крупных (гравия или щебня) и мелких (песка) — в зависимости от содержания цемента в бетоне (табл. 1); в этой таблице практически изменяется содержание только самой мелкой ( 0 — 1/500) и самой крупной фракции (1/2—1).
Зерновой состав всех заполнителей в бетоне на щебне.

Таблица 1. Зерновой состав всех заполнителей бетона на щебне

Процент указан от суммы крупных и мелких заполнителей

Так для бетона с предельной крупностью щебня 40 мм будет изменяться только содержание фракции 0 — 0,8 мм и 20—40 мм, в то время как содержание заполнителей в интервале от 0,8 до 20 мм будет постоянным, независимо от расхода цемента в бетоне.

Рис. 1. Допустимый зерновой состав песков и рекомендуемый для сборного железобетона
1- нижняя граница по ГОСТ, 2 — верхняя граница по ГОСТ для бетона марок больше 150 конструкций, работающих в тяжелых условиях, 3 — верхняя граница по ГОСТ для бетонов марок 150 и ниже. не насыщенного водой 4 — верхняя граница рекомендуемого для сборного железобетона зернового состава

Предложенная И. П. Александриным зависимость основана на том, что в тощих бетонах мелкие фракции песка могут компенсирвать недостаток цемента и обеспечить необходимую связность бетонной смеси, а иногда и водонепроницаемость бетона.
Такие функции могут нести, однако, только фракции песка размером ниже 50—60γ.
В ГОСТ 2781—50 приведен допускаемый зерновой состав песков (рис.1)

Рекомендуемый зерновой состав песков для бетона, употребляемого при строительстве плотин в США, приведен на рис. 2. В состав бетона с предельной крупностью щебня 150 мм, примененного на строительстве крупных плотин, входил песок с зерновым составом.
В рекомендациях шведского цементного общества (табл. 2) обращает внимание большое количество фракций 0,15 мм — 0; исследованиями Меркера найдено, что содержание этих фракций должно устанавливаться в зависимости от содержания цемента в бетоне. При расходе цемента 418 кг/м3 Меркер рекомендует вовсе исключить фракцию песка 0,15 -0, а при расходе цемента 250 кгсм3 уменьшить количество фракций 0,15мм — 0.до двух раз с данными табл 13.

Рис. 2 Рекомендуемый состав песков для бетона, употребляемого в плотинах США: 1- граница мелкого песка, 2 — граница крупного песка.

При возведении плотины в Австрии (650 тыс. м3 бетона) применялся обогащенный песок, состоявший из 50% фракции 1—3 мм и 50% фракции 0,12—1 мм. Этот песок был получен из природного (содержавшего 27% фракции 1—3 мм, 67% фракции 0,12—1 мм и 6% фракции 0—0,12 мм) путем удаления пыли 0,12 мм — 0 и фракционирования песка. Такое обогащение песка позволило несколько снизить В : Ц в бетонной смеси при неизменной ее подвижности и увеличить проч­ность бетона в возрасте 90 суток на 13—17% (71].

Таблица 2. Зерновой состав песков

Можно ли уменьшить расход материала на штукатурку стен

Количество расходуемого материала важно подсчитать ещё до ремонта, чтобы не было перерасхода. Расход штукатурки для стен зависит от её состава, а также некоторых тонкостей при нанесении. Как можно уменьшить затраты на ремонт, при этом не ошибившись с расчётами?

• 1 Гипсовая и цементно-песчаная смесь
• 2 Короед
• 3 Полезные советы

Гипсовая и цементно-песчаная смесь

Расход на отделку поверхностей зависит от того, что используется в качестве вяжущего вещества: гипс или цемент. Цементной штукатурки для стен потребуется меньше. Для нанесения слоя 10 мм потребуется 8,5кг/м2 материала. Расходы гипса при той же толщине будут больше — 9 кг/м2.

Используя цементную смесь, также важно знать, в каких пропорциях замешивать раствор. Соотношение цемента и песка 1 к 3, для оштукатуривания поверхности площадью 1 м2 необходимо 1,5 кг цементного материала.

Зная расход каждого вида штукатурки на 1 м2 несложно высчитать необходимый вес смеси для всех стен. Помимо точности расчётов и пропорций важно знать, что при покупке потребуется брать на 5% больше от нужного количества. Этот небольшой запас необходим на случай экстренных ситуаций, если потребуется что-то доделать или переделать заново.

Перед покупкой стоит учитывать, что скорее всего не получится подобрать число мешков штукатурной смеси с точностью до грамма. Каждая упаковка имеет фиксированный вес, результатом перерасчёта на мешки получается дробный результат, который придётся округлять в большую сторону.

Короед

Определить, сколько понадобится декоративной штукатурной смеси для отделки стен, сложнее. Количество расходуемого материала зависит от необходимой толщины слоя и размера наполнителя, для площади 1 м2 он составит от 2,4 до 4 кг. Чтобы не ошибиться с расчётами, лучше полагаться на информацию от конкретного производителя, указанную на мешке. Как и в ситуации с обычной штукатурной смесью, короед берут с небольшим запасом в 5%.

Некоторые марки короеда менее экономны при проведении отделочных работ. Так, при отделке 1 м2 уйдёт 6,5 кг штукатурки «Волма», а расход марки «Старатели» будет ещё больше — 9 кг на ту же площадь при слое 10 мм. При перерасчёте на целую комнату разница в весе используемой штукатурки будет значительной и составит десятки килограмм.

Полезные советы

Каким образом можно сэкономить на штукатурной смеси:

1. Если поверхность пористая, её следует предварительно загрунтовать. Грунтовка не даст воде из раствора впитаться в стену, слой штукатурки лучше сцепится с поверхностью. Иначе придётся штукатурить стену заново, а это уже перерасход материала.
2. Чтобы замеры были максимально точными, их делают после нанесения разметки с установкой маячков. Чем больше измерений, тем точнее расчёт. У каждой поверхности толщина штукатурного слоя будет разной, стены в современных домах редко бывают идеально прямыми.
3. Рассчитывая вес штукатурного раствора, стоит учитывать высотку маячков (6 — 10 мм). Чтобы сэкономить расходы, маяки устанавливают в самых «низких» областях.

Однако, даже если расчёты выверены с точностью до миллиметра, предусмотреть ход ремонта от и до невозможно. Если штукатурка не возьмётся с первого раза или часть слоя осыпется, необходимо брать на 5 — 10% больше материала.

Водоцементное отношение бетонной смеси (В/Ц) — что это такое?

Вода – неизменный компонент любого бетона. К ней определяются определенные требования – низкая кислотность, отсутствие солей и органических добавок, таких как грунт, жиры, нефтепродукты и т.д. Но для качественного бетона важным моментом является и водоцементное соотношение – количество жидкости и цемента, которые нужно добавить для получения конкретного объема раствора.

1. Почему это важно?
2. Расчет количества воды
3. Распространенные ошибки
4. Вывод

Почему это важно?

Под водоцементным соотношением понимают отношение массы воды к массе цемента, необходимого для приготовления рабочей смеси. Если в бетон добавить жидкости больше, чем нужно, его качество резко ухудшается, показатели бетона М400 могут соответствовать марке М200. После укладки монолит расслаивается, при этом его прочность снижается в несколько раз. Тем не менее, без воды невозможна гидратация цемента, поэтому она должна присутствовать. По водоцементному соотношению бетонной смеси требования изложены в ГОСТ по каждому конкретному виду цемента. Снижение прочности бетона в зависимости от марки и В/Ц соотношения представлено в графике.

Этот же процесс можно увидеть по таблице:

Нелинейность характеристик связана с тем, что химический процесс отвердевания бетона достаточно сложен. Например, влага, которая не участвует в гидратации, остается несвязанной, в результате чего в монолите остаются капилляры и поры, снижающие его плотность и прочность. При этом поры к поверхности бетона расширяются, поэтому он начинает крошиться за счет снижения водопроницаемости. Если влага остается в толще бетона до морозов, она неизбежно замерзнет и начнет разрывать конструкции изнутри, уменьшая прочностные характеристики. При этом лишняя вода влияет на подвижность раствора, которая тоже должна быть оптимальной. Зависимость высоты конуса от водоцементной смеси и пропорций других компонентов можно увидеть в следующей таблице:

Это означает, что правильно подобранное водоцементное соотношение – гарантия того, что бетон будет отвечать заявленным характеристикам.

Расчет количества воды

Согласно общепринятому правилу, для полной гидратации портландцемента ему потребуется всего 25% воды от его массы. Но на практике применить такую смесь невозможно, поскольку она окажется излишне жесткой, поэтому для получения достаточной пластичности потребуется больше воды. Чтобы получить пластичный, удобный для укладки раствор, необходимо показатель водоцементного отношения для бетона должен быть в рамках от 0,4 до 0,75. При меньшем значении его подвижность будет слишком мала и при укладке могут оставаться полости, если значение будет превышать максимальное, цемент расслоится, его прочность резко снизится, особенно это касается бетонов высоких марок.

От коэффициента В/Ц соотношения зависят свойства бетона. Если конструкции эксплуатируются в сложных условиях без дополнительной гидроизоляции, водоцементное соотношение не должно превышать 0,4, такой бетон используется, например, для производства тротуарной плитки. Для заливки фундаментов требуется большая подвижность смеси, поэтому допускается верхняя граница 0,75. Если бетонный монолит или конструкция требуют повышенных показателей морозостойкости, В/Ц не должно превышать 0,5.

Для изготовления бетонной смеси используется портландцемент высокой активности марок М400 или М500. Показатель соотношения воды к цементу, в зависимости от его вида, марки или класса бетона, можно определить по таблице:

Очевидно, что чем выше марка бетона, тем больший расход цемента требуется при меньшем количестве жидкости, нужная подвижность в этом случае достигается за счет применения пластификаторов – присадок, повышающих подвижность бетона без добавления воды. К примеру, для изготовления бетона М300 на 100 кг цемента потребуется 100·0,53=53 л воды для ПЦ 400 или 100·0,61=61 л для ПЦ 500.

Распространенные ошибки

При самостоятельном изготовлении бетонной смеси нередко допускаются ошибки, существенно снижающие ее качество. Самая распространенная из них – превышенное водоцементное отношение. Это связано с тем, что очень важно правильно уложить, а затем уплотнить бетонную смесь, что легче сделать при большей подвижности, которая достигается добавлением лишней воды. Но при этом существенно снижается качество материала – первый признак, выступление жидкости на поверхности после укладки.

Добиться того же эффекта без превышения количества воды можно при помощи пластификаторов.

Еще одной распространенной ошибкой является неправильный уход за бетоном. Процесс гидратации цемента должен проходить при постоянной температуре и максимальной влажности. Поэтому его требуется регулярно смачивать или укрывать полиэтиленом. В этом случае плотность и прочность получившегося бетона будет в несколько раз превышать аналогичный показатель монолита, высушенного без соблюдения этих условий за счет появления микрополостей и капилляров.

При этом нужно осознавать, что изменение свойств бетона не находится в линейной зависимости от внешних факторов и состава. При сниженном показателе водоцементного соотношения смесь быстро схватится в течение первых трех дней, но такой бетон будет иметь меньшую прочность, чем тот, который был приготовлен с повышенным соотношением воды и цемента, при условии, что соблюдались все технологические условия. Поэтому при изготовлении бетонных смесей подбирать варианты с оптимальным значением водоцементного отношения.

При высоких водоцементных отношениях пространство между двумя цементными зернами так велико, что оно не может быть заполнено при полной гидратации цемента. Остается избыточная вода, которая испаряется и оставляет пустоты (поры, капилляры).

Вывод

Правильное водоцементное соотношение – одно из главных условий получения качественного бетона. При этом известное правило, что для гидратации цемента требуется только 25% воды от его массы, не применимо на практике. Это связано с тем, что некоторый излишек воды должен обязательно оставаться для обеспечения подвижности раствора. Малое количество воды негативно сказывается на прочности конструкций и монолитов после полного схватывания, делает невозможным качественное уплотнение смеси. Поэтому при производстве бетонов различных марок необходимо придерживаться технологических требований.

Лишняя влага в строительном растворе тоже приводит к снижению его качества. Если жидкость не связана должным образом, то компоненты раствора расслаиваются в нем относительно собственной плотности. В результате вместо монолита получается «слоеный пирог», не соответствующий никаким техническим требованиям. Главным признаком излишка воды — ее выделение на поверхности уложенного монолита. Поэтому, в тех случаях, когда требуется дополнительная удобоукладываемость раствора, например, заполнении опалубки с густым армированием, лучше использовать пластификаторы. Они придадут раствору дополнительную подвижность без добавления излишней воды. Обязательно нужно учитывать тот факт, что при укладке бетонной смеси при температурах ниже нуля, В/Ц должно быть как можно ниже, чтобы большая часть воды участвовала в гидратации вяжущего с выделением тепла.

В частном строительстве для получения нужного водоцементного соотношения целесообразно сделать пробный замес. Для этого к одной части цемента добавляют 3 части песка, слегка увлажняют получившийся материал и добавляют 5 частей щебня. После этого вода добавляется мелкими порциями из мерной посуды (чтобы знать ее объем) для получения нужной подвижности раствора. После этого ком бетонного раствора укладывают на ровную поверхность – если он держит форму, водоцементное отношение оптимальное, если расплывается – воды много, когда ком разваливается и расслаивается, в него нужно дополнительно добавить воду.