Строительная индустрия
Бетоны, сухие смеси, цемент, асфальтобетон, огнеупоры, гипсобетон
Применение цеолита в производстве бетона, раствора
Уникальные свойства цеолита, его высокая пуццолановая активность, определили возможность его применения в качестве активной минеральной добавки в производстве долговечных, морозо-, влаго-, кислото-, сульфатостойких высокопрочных бетонов. Такие бетоны применяются при строительстве гидротехнических сооружений, а также мостов, эстакад, портовых сооружений. Известно, что введение цеолита в количестве 10-15% позволяет сократить расход цемента и использовать вяжущее оптимального соотношения в строительных растворах и тяжелых бетонах класса В15-В10. При введении в бетон активированного цеолита фракции до 200 мкм в количестве 10-20% от массы цемента (М400, М500) пластификаторы могут не применяться, так как цеолит дает высокую пластичность и удобоукладываемость бетонной смеси. Если все же пластификатор используется, то его расход должен составлять 0,3-0,4% от сухой массы цемента.
Введение цеолита в бетон позволяет повысить марку бетона до 750-800 и показателя водонепроницаемости до W14-20.
ООО «Керамзит», г. Ульяновск, использует активированный цеолит, прошедший термомеханическую обработку, в производстве высокопрочного конструкционного керамзитобетона марок М300-М700. Керамзитобетоны вышеуказанных марок с применением цеолита имеют ряд преимуществ по сравнению с бетонами без применения цеолита - это их высокая морозостойкость, водонепроницаемость, трещиностойкость. Кроме того, они имеют более высокую стойкость в условиях пожара по сравнению с бетонами на тяжелых заполнителях. Это обусловлено близкими значениями коэффициентов термического расширения у заполнителя с применением цеолита и бетонной матрицы. В результате достигается повышенная эксплуатационная надежность и долговечность.
Применение цеолита в растворах делает раствор теплым, что позволяет убрать мостик холода при кладке. Введение активированного цеолита в количестве 10% в раствор, снижает теплопроводность растворной смеси в 5-10 раз. Раствор становится эластичным, имеет высокую водоудерживающую способность, не расслаивается.
Применение цеолита в бетоне и ЖБИ позволяет снизить время и температуру пропарки. Цеолит является внутренним агентом по уходу за бетоном, поглощая и удерживая определенное время воду в себе, потом постепенно ее отдавая цементу, способствуя его полной гидратации.
Применение цеолита в производстве цемента
Активированный цеолит - активная минеральная добавка, применяемая при производстве строительных материалов, в том числе цемента. Природные цеолиты введены в перечень активных минеральных добавок в соответствии с ОСТ 21-9-90, а их применение в производстве цементов регламентировано ГОСТ 10178-85. Природные цеолиты обладают высокой пуццолановой активностью (до 300 мг СаО на 1 грамм) и могут вводиться в дозах 10-20 % от массы клинкера. Кроме того, природный цеолит может играть роль интенсификатора помола клинкера, увеличивая производительность мельницы на 5-15 %.
Частичная замена клинкера на 15-20% цеолита позволяет получать цемент марки 400, 500, пуццолановый портландцемент марки 300 с сокращенным временем начала и конца схватывания.
Уникальные свойства цеолита, его высокая пуццолановая активность определили возможность его применения в качестве активной минеральной добавки в производстве кислотостойких и сульфатостойких цементов.
Цеолиты особенно хорошо пригодны для производства гидравлических цементов, устойчивых к химическому воздействию среды, например, такому, как морская вода.
При применении цеолитов в производстве цемента сокращается срок схватывания, начало на 1,5 часа, конец на 3 часа, увеличивается удельная поверхность на 800-1900 м2/т., повышается марка цемента на 30-40 ед.
Свойства цементов с добавкой природных цеолитов
Изучена эффективность применения цеолита в твердеющих системах, полученных совместным помолом клинкера, гипсового камня и 10-15 % природных цеолитов, до остатка на сите №008 не более 15%. Установлено, что эти свойства отличаются от бездобавочных. Так, удельная поверхность цементных порошков увеличивается с 270-310 см2/г до 420-550 см2/г по Блейну. Водопотребность возрастает с 24-26% до 26-30%. При этом сроки схватывания теста, как правило, сокращаются на 15-60 мин., однако выявлены случаи замедления и начала и конца схватывания (до 1,5 ч).
Прочность камня на цементах с добавкой 10-15% цеолитовой муки в ранние сроки твердения (t=20±50С; возраст 3, 7, 14 суток) ниже на 10-15 %, чем у бездобавочного. Это характерно для всех пуццолановых цементов. В более поздние сроки (28, 90, 180 суток), а также после тепловой обработки прочность камня на смешанных цементах выше, чем у камня на обычном портландцементе.
Оптимальное содержание цеолита в цементах составляет 10-15%. При этом прочность цеолитосодержащих шлакопортландцементов выше бездобавочных во все сроки твердения. При частичной замене гранулированного шлака цеолитом (10-15%) улучшаются реологические характеристики цементных паст (предельное напряжение сдвига и динамическая вязкость), на 10-15 % уменьшается водоотделение. Повышенные пористость камня и величина контракции в ранние сроки твердения (до 14 суток) с увеличением времени гидратации уменьшаются более интенсивно у цеолитосодержащего вяжущего. Образцы из такого цемента характеризуются лучшей стойкостью против агрессии сульфат-ионами (Кс/с=0,93 — 1,04), в растворах кислот (Ккисл.=0,81 по сравнению с контрольным 0,68 после 1-часового кипячения в 40 % серной кислоте), а также лучшей морозостойкостью (при F=100 циклов снижение прочности 3% по сравнению с 10 % для бездобавочных бетонов).
Применение цеолита в производстве сухих строительных смесях
Цеолит является хорошим наполнителем при изготовлении сухих строительных смесей как на цементной, так и на гипсовой основах. Он хороший пластификатор, делает сухую строительную смесь удобоукладываемой, пластичной, увеличивает ее жизнеспособность, повышает прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, снижает теплопроводность.
Сухие строительные смеси с цеолитом имеют высокую прочность сцепления смеси с различными основаниями (бетон, кирпич силикатный, керамический, все виды ячеистого бетона, ГВЛ, каменные основания). Не требуется предварительно грунтовать поверхность. Цеолит придает смесям влагостойкость, смеси имеют большую водоудерживающую способность (99,64%) и трещиностойкость.
Для штукатурных смесей характерны, высокая биостойкость и огнестойкость. Смеси обладают бактерицидными свойствами.
Цеолит снижает коэффициент теплопроводности, что делает штукатурные, клеевые и напольные смеси теплыми. Так, при вводе 10% цеолита от сухой массы цемента, снижает теплопроводность смеси в 5-10 раз.
Обладая высокой диспергируемостью, цеолит не дает ССС слеживаться и при затворении водой не образуется комочков.
Прекрасные результаты получены при использовании цеолита в производстве гипсовых штукатурных смесей как для ручного нанесения, так и для машинного. Цеолит делает смесь пластичной, увеличивает ее жизнеспособность, позволяет снизить расход гипсового вяжущего, делает смесь влагостойкой и снижает теплопроводность гипсовой штукатурной смеси в 5-10 раз. Повышает ее прочность. На основе цеолита получены гипсовые клеевые составы для ПГП (пазогребнеевые перегородки).
Клей универсальный на основе цеолита, используется для всех видов ячеистого бетона, пенобетона, газосиликата, полистиролбетона, бетона, для плитки керамической напольной и плитки фасадной, для кирпича керамического и т.д. Высокие технические характеристики и низкая себестоимость делают клей конкурентоспособным на рынке сухих строительных смесей.
Ремонтные смеси с применением цеолита обладают высокой адгезией, высокой прочностью, водонепроницаемостью (W10-W20), высокой морозостойкостью F400 и низкой теплопроводностью (0,2-0,3 Вт/м*К). С успехом применяются на строительных объектах, не уступают по своему качеству зарубежным аналогам, а даже превосходят их по ряду технических характеристик.
При изготовлении сухих строительных смесей, как правило применяется большое количество специальных добавок, отвечающих за различные технические характеристики смеси, необходимые добавки для воздухововлечения, повышения адгезии, прочности, влагостойкости, увеличению водоудержанию, снижению теплопроводности, повышению пластичности и увеличению трещиностойкости. Все добавки производятся за пределами России, это Китай, Германия, Турция, Чехия, Италия. Цеолит способен заменить 5-7 вводимых в смеси добавок. Поэтому сухие строительные смеси с применением цеолита активированного изготавливаются по программе импортозамещения и по своему качеству не уступают зарубежным аналогам, а даже превосходят их, делают смеси более качественными и более дешевыми. К тому же цеолит, являясь сильным адсорбентом, способен поглощать и удерживать радиоактивные элементы, что делает все смеси экологически чистыми.
Применение цеолита в производстве пенобетона, газосиликата, полистиролбетона
Цеолит, применяемый как наполнитель или добавка в производстве пенобетона, газосиликата, полистиролбетона дает хорошие результаты, а именно: повышает прочность, позволяет экономить расход цемента до 20%, повышает морозостойкость изделий и водонепроницаемость, а так же снижает усадку и повышает трещиностойкость. Ввод цеолита в количестве 10% в данные бетоны, хотя и незначительно увеличивает плотность, но вместе с тем снижает теплопроводность.
Применение цеолита в производстве огнезащитных покрытий-красок, мастик, огнеупоров
Возможность использования цеолита в обеспечении пожарной безопасности предопределяют его физико-химические свойства. Цеолиты - алюмосиликаты, содержащие в своем составе окислы щелочных и щелочноземельных металлов, отличающиеся строго регулярной структурой пор, в самой кристаллической решетке которых присутствуют молекулы воды, выделяемые ими при нагревании. Цеолиты, кроме того, имеют довольно высокую теплоемкость, и таким образом, сами могут выступать охлаждающим агентом.
Во-вторых, цеолит легко поддается обработке - помолу, рассеву по фракциям, прессованию, формовке, дегидратации, обжигу, что легко позволяет создавать разнообразные технические формы.
Это дает возможность использования цеолита как компонент в следующих средствах достижения пожарной безопасности технологического оборудования и строительных конструкций: в огнетушащих порошковых и комбинированных составах, в качестве наполнителя вспенивающихся лакокрасочных материалов, для которых является чрезвычайно актуальным механическая прочность, образующегося при термическом воздействии слоя пенококса, в огнепреградителях, для повышения их огнестойкости. Область применения природного цеолита в средствах обеспечения пожарной безопасности строительных конструкций и технологического оборудования очень широка. Использование цеолита позволяет получить при нагревании неорганический негорючий кокс на основе кремния, более устойчивый к пламени, чем органический кокс на основе углерода.
Цеолит зарекомендовал себя как прекрасный наполнитель в производстве огнеупоров (плит, блоков, панелей) на основе высокомодульного жидкого стекла «Силином».
Применение цеолита в производстве асфальтобетона
Один из путей увеличения срока эксплуатации дорог и вместе с этим улучшения качества покрытия – применение новых материалов, таких как цеолит активированный.
Цеолит активированный, получаемый путем термомеханической активации из природного цеолита представляет собой реакционно-активный кремнезем, имеющий биогенную природу. Это природный наноструктурированный материал, молекулярное сито с высокой ионообменной способностью, обладающий высокой адсорбционной способностью, отличными теплоизоляционными свойствами.
Качество готового асфальтобетонного покрытия, его долговечность напрямую зависит от качества уплотнения асфальтобетонной смеси в процессе производства работ. Для достижения нормативной плотности асфальтобетонного покрытия необходимо строго соблюдать множество факторов, это: соблюдение температурного режима в процессе перевозки смеси, распределения и собственно уплотнения. Неоднородность температуры асфальтобетонной смеси выявляется уже при перегрузке смеси в асфальтоукладчик. Разница в температуре на месте укладки по поверхности устраиваемого покрытия может быть очень существенной, что ведет к образованию отдельных недоуплотненных участков, которые со временем разрушаются быстрее, чем все остальное покрытие, образуя отдельные выбоины. Кроме того, для приготовления асфальтобетонных смесей применяется большое количество щебня и песка из отсевов дробления плотных горных пород, что делает их очень жесткими и трудно укладываемыми.
Особенности подбора асфальтобетонной смеси в 3-ей климатической зоне состоит в том, что необходимо подбирать показатели асфальтобетона как при работе при повышенных температурах, так и при отрицательных температурах, чего очень сложно добиться. Поэтому избежать образования температурных трещин практически невозможно.
Добавление цеолита в количестве 0,5-1% от минеральной части смеси позволяет добиться удобоукладываемости асфальтобетонной смеси без снижения показателей прочности при 50оС, 20оС. Кроме того, физико-механические показатели смеси при 0оС значительно улучшаются, снижаясь с 11 МПа до 9,5-7,4 МПа. Смесь более равномерно сохраняет температуру и позволяет добиться равномерного уплотнения в покрытии. Уплотняемость смеси после добавления цеолита улучшается в разы, остаточная пористость получается примерно на 0,8% меньше. Применение цеолита в качестве добавки при производстве теплого асфальтобетона уже используется немецкой компанией MHI Naturstein&Baustoffservice GmbH.
Цеолит может использоваться как антигололедный реагент, содержащий хлорид кальция или натрия триэтаноламин.
Хлорид кальция 22,5-45,0
Цеолит 50,0-77,0
Триэтаноламин 0,5-5,0
При этом компоненты не просто смешиваются, как в случае получения фрикционно-химических материалов, а происходит пропитывание цеолита хлористым кальцием с введенным ингибитором коррозии и получение устойчивых комочков. Введение цеолита и триэтаноламина позволяет повысить эффективность состава, снизить степень коррозии, значительной снизить расход хлорида кальция за счет изменения принципа действия реагента. Такой реагент может быть использован на мостах, где использования реагентов, содержащих соли не допустимо. Соль в составе реагента растворяет лед, а сам цеолит быстро адсорбирует полученный солевой раствор, тем самым сохраняя мостовые покрытия и сооружения. Были проведены опытные работы в этом направлении с лабораторией департамента автомобильных дорог Ульяновской области.
