Бұл мақалада құйынды қабат құрылғылары арқылы цементті ұнтақтау, цементті белсендіру, микроцемент өндіру және құрғақ ерітінді өндіру қалай жүзеге асырылатынын талқылаймыз.

Цемент – бетонның ең қымбат бөлігі, ол бетон бұйымдарының сапасын, сондай-ақ олардың негізінде салынған құрылымдардың сенімділігі мен ұзақ мерзімділігін айтарлықтай анықтайды. Алайда, көп жағдайда цементті байланыстыру қасиеттерінің әлеуеті толық көлемде пайдаланылмайды, бұл қосымша қаржылық шығындарға және құрылыс материалдарының сапасының нашарлауына әкеледі. Ол екі фактормен байланысты:

• Жеке цемент бөлшектері (70 мкм және одан да көп) гидратация процесіне толық қатыспайды. Орташа алғанда, сусыз цементтің мөлшері 20-25% жетеді.
• Бір ай бойы сақтаған кезде цемент ауадан ылғалды сіңіруіне байланысты өзінің белсенділігінің 15% дейін жоғалуы мүмкін («ескірген» цемент түзіледі).

Ұнтақтау жұқалығын арттыру, гранулометриялық құрамды оңтайландыру және ұнтақ бөлшектерінің пішінін өзгерту арқылы тиімділікті арттыруға және байланыстырғыштың шығынын азайтуға болады. «ескірген» цементтер болған жағдайда белсендіру қажет; ол бастапқы байланыстырғыш деңгейін қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Қайта ұнтақталған және белсендірілген цемент тездетілген гидратациямен және беріктіктің жылдам өсуімен сипатталады.

Цементті белсендіру — негізгі жолдары

Цементті белсендіру екі жолмен жүзеге асырылуы мүмкін:

• механикалық;
• химиялық.

Механикалық белсендіру үшін арнайы дисперсенттер (ұнтақтауыштар) немесе цемент диірмені қолданылады. Көбінесе бұл өте үлкен құрылғылар, олардың жұмысы жоғары шу деңгейімен және жоғары электр энергиясын тұтынумен бірге жүреді. Сыйымдылық мәселесі де бар. Мысалы, үлестік бетінің ауданы 2500 см2/г жоғары цементті өндіргенде шарикті диірменнің өнімділігі тез төмендейді.

Химиялық белсендіру цемент бөлшектері үшін ылғал «қалқан» ретінде әрекет ететін арнайы қоспалармен араластыруды қамтиды. Бұл мақалада біз механикалық белсендіруге назар аударамыз.

Құйынды қабат құрылғысы арқылы цементті ұнтақтау

Цементтердің тиімділігін арттырудың перспективалы әдістерінің бірі электромагниттік өрістердің энергиясын пайдалану болуы мүмкін, атап айтқанда, ферромагниттік бөлшектердің құйынды қабаты бар құрылғылар (1-сурет).

1-сурет – Ферромагниттік бөлшектердің құйынды қабаты бар құрылғы: 1 – қорғаныс втулкасы; 2 – айналмалы электромагниттік өрістің индукторы; 3 – индуктор корпусы; 4 – магнитті емес материалдан жасалған жұмыс камерасы; 5 – ферромагниттік бөлшектер

 Конструкциясы бойынша құрылғы жойылған роторы бар асинхронды қозғалтқышқа ұқсас, оның орнында магнитті емес материалдан жасалған жұмыс камерасы орналасқан (4). Айналмалы электромагниттік өрісті құру үшін индуктор қолданылады (2). Өрістің өзі корпуспен (3) шектелген құрылғының жұмыс аймағының аймағында жабық. Өңделген материал ферромагниттік материалдан жасалған бөлшектер (5) орналасқан жұмыс камерасына беріледі.

Айналмалы электромагниттік өрістің әсерінен ферромагниттік бөлшектер қандай да бір құйынды қабат тудыратын күрделі траекториялар бойымен қозғалады. Бұл қабатта цементті араластыру және ұнтақтау цементті бір мезгілде электромагниттік өріске және жоғары жергілікті қысымға ұшыратқанда қарқынды жылдамдықпен жүреді. Цементке еркін соққы емес, ферромагниттік бөлшектердің бір-бірімен және камераның қабырғасымен шектелген соқтығысуы әсер етеді. Соққы кезіндегі жанасу беттері өте кішкентай және соқтығысатын нүктенің өзі соқтығысатын ферромагниттік бөлшектердің симметрия осіне қатысты кездейсоқ орынға ие. Сондықтан салыстырмалы түрде төмен жылдамдықта да өте жоғары күштер пайда болады. Сонымен қатар, бөлшектер арасындағы әсерлердің саны мен жиілігі айтарлықтай үлкен. Бөлшектердің параметрлері (ұзындығы, диаметрі және олардың арақатынасы), сондай-ақ жұмыс камерасының толтыру коэффициенті өңделген заттың түріне байланысты эмпирикалық түрде таңдалады.

Цементті белсендіру және ұнтақтау — тәжірибе нәтижелері

АВС құрылғысын жасаушы Логвиненко бірінші болып цементті белсендіру үшін қолданды. Атап айтқанда, ол құрылғыдағы өңдеу ұзақтығына байланысты байланыстырғыштың меншікті бетінің қалай өзгеретінін зерттеді. Он минуттық өңдеуден кейін бұл параметр 3080-ден жоғарылағаны анықталды 4,965 см2/г, жиырма минуттан кейін — дейін 5,477 см2/г, ал отыз минуттан кейін – 6,724 см2/г.

Біз АВС құрылғысында өңделсе де, «түйілген» цемент пен сол цемент негізінде жасалған бетонның қасиеттерін (жоғары динамикалық және діріл жүктемелеріне төтеп беру қабілеті) зерттеу міндетін алдымызға қойдық. Өңдеу үшін біз цементті алдық CEM I 32,5 R 80 мкм ұнтақтау жіңішкелігі және ұзақ сақтау нәтижесінде алынған ірі түйіршіктер қосылған сорт.

2-сурет – Бастапқы «қапталған» цемент

Цементті ұнтақтау фирмасы шығарған АВС-100 құйынды қабат құрылғысында жүргізілді GlobeCore  болат ферромагниттік бөлшектерді қолданумен 30 минут бойы. Цементті ұнтақтаудан кейін оның ұнтақтағыштығы түзілді 5–10 мкм.

сияқты өлшемді тікбұрышты параллелепипед түріндегі үлгілер 0,04 м x 0,04 м x 0,16 м сынау үшін жасалды.

3-сурет – Сынақтан кейін зерттелген үлгі

 Ерітінді дайындау үшін CEM I 32,5 R цементі, стандартты көп фракциялы құм және су (судың цементке қатынасы 0,4 болғанда) пайдаланылды.

1-кесте – Үлгіні майыстыру және қысу сынақтарының нәтижелері

Материал	Ең жоғары иілу күші, МПа		Сығудың шекті күші (28-ші күні), МПа
	8-ші күні	28-ші күні
Бастапқы цемент	2.83	4.86	14.51
АВС-100 аппаратында өңделген цемент	3.73	6.08	42.66

Кестеден көрініп тұрғандай, цементті АВС құрылғысында өңдеудің 8-ші күні үлгілердің иілу беріктігі 30%-ға артты. Цемент қабаты негізінде жасалған және АВС құрылғысында белсендірілген үлгілердің шекті қысу беріктігі 2,9 есе артты.

Осылайша, пайдалану АВС құрылғысы цементті үнемдейді және электр энергиясын аз тұтынады. Электр энергиясын үнемдеу әсері салыстырмалы түрде аз қуатты жұмсаумен, бірнеше ондаған немесе жүздеген ұнтақтағыштарды алуға болатындығымен түсіндіріледі, өйткені құйынды қабатта қозғалатын әрбір ферромагниттік бөлшектер шын мәнінде шағын ұнтақтағыш болып табылады.

Бетон өндірісінің технологиялық процесінде АВС құрылғысын суды магниттік активтендіру (ферромагниттік бөлшектерсіз), құмды белсендіру, сондай-ақ ерітінді дайындау үшін белсендірілген ингредиенттерді алу үшін құм мен цемент қоспасын аралас өңдеу үшін де қолдануға болады. . Құрылғылар көп күш пен шығынсыз қолданыстағы технологиялық желілерге оңай біріктіріледі; сондықтан оларды жұмыс істеп тұрған өндіріс орындарын жаңғырту үшін пайдалануға болады.

Алынған нәтижелер және АВС құрылғысының жұмысының ерекше аспектілері құрылғының тек цементті ұнтақтауды ғана емес, сонымен қатар микроцемент пен құрғақ ерітінді өндірісінде тиімді болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Микроцемент өндірісі

Микроцемент – салыстырмалы түрде жаңа материал. Ол цементке негізделген, бірақ қарапайым құрылыс цементіне қарағанда жақсы ұнтақталған, сондай-ақ полимерлі қоспалар, кварц және түсті пигменттерге негізделген. Құрамында суы бар ерітінділердегі ұсақ түйіршіктердің, жоғары өтімділіктің және төмен тұтқырлықтың арқасында микроцемент тіпті ең кішкентай жарықтар мен кеуектерге де ене алады, сонымен қатар тау жыныстары мен минералдар түйіршіктері арасындағы бос орындарды толтыра алады. Ал жоғары беріктігі мен адгезиясы ішкі және сыртқы жұмыстарды орындау кезінде кез келген қатты беттерді әрлеу үшін микроцемент қолдануға мүмкіндік береді. Микроцемент құрылыс құрылымдарын берік және берік етеді және өңделген беттерді гидрооқшаулағыш қасиеттермен қамтамасыз етеді.

Микроцементтің негізгі сипаттамасы ұнтақтау ұсақтығы болып табылады, ол қатудың алғашқы минуттары мен сағаттарында қатайған кезде маңызды. Әрбір өнеркәсіптік диірмен бөлшектердің мөлшерін қамтамасыз ете алмайды 5-15 мкм осы мақсатқа аз электр энергиясы жұмсалады.

негізіндегі ұнтақтау кешендері GlobeCore АВС құйын қабатының құрылғысы бұл тапсырманы жеңе алады. Мұндай ұнтақтау кешендерінде микроцемент өндіру процесі бастапқы ингредиенттерді алдын ала араластырудан басталады, содан кейін алынған қоспа құйынды қабат құрылғысының жұмыс камерасына түседі (4-сурет). Онда өнімнің бөлшектері күрделі траекториялар бойымен қозғалатын және электромагниттік өріс арқылы қозғалысқа келтірілетін болат инелердің әсерінен ұнтақталады. Жұмыс камерасының шығысынан ұнтақталған өнім електен өтетін діріл елеуішке түседі, ал өлшемдері талаптарға сәйкес келмейтін үлкенірек бөлшектер қайтадан ұнтақтау үшін құйынды қабат құрылғысының жұмыс камерасына қайтады.

4-сурет – Микроцемент өндіруге арналған ұнтақтау кешені

Нәтижесінде алдын ала орау үшін толығымен дайын болатын қажетті дисперстік дәрежедегі микроцемент алынады.

Құйынды қабат құрылғылары негізіндегі микроцемент өндіруге арналған ұнтақтау кешендері көлемі жағынан ықшам болуымен ерекшеленеді, ал құрылғының өзі небәрі 9,5 кВт болатын кәдімгі диірмендерге қарағанда электр энергиясын аз тұтынуымен ерекшеленеді.

Құрғақ ерітінді өндірісі

Құрғақ ерітінді әдетте байланыстырғыштан (цемент, әк немесе гипс), толтырғыштан (құм) және ерітіндінің қасиеттерін реттеуге арналған мақсатты қоспалардан тұрады. Микс ингредиенттерінің барлық бөлшектері сумен әрекеттесуі керек, бірақ іс жүзінде үлкенірек бөлшектер сусыз қалады.

5-сурет – Құрылыс қоспасының ингредиенттері

Сондықтан құрғақ ерітінді өндіруге арналған жабдық бірнеше міндеттерді шешуі керек:

• қажет болған жағдайда бастапқы ингредиенттердің бөлшектерін қайта ұнтақтайды;
• ол бастапқы ингредиенттердің бөлшектерін белсендіреді, яғни олардың сумен әрекеттесу қабілетін арттырады;
• ол біртекті қоспа алынғанша ингредиенттерді біркелкі араластырады.
• Осы тапсырмалардың барлығын бір құрал — АВС құйынды қабат құрылғысы арқылы шешуге болады.

Құрылғы келесідей жұмыс істейді. Бастапқы ингредиенттер (тұтқыр, толтырғыш және қоспалар) белгіленген арақатынас бойынша жұмыс камерасына бір уақытта беріледі. Айналмалы электромагниттік өрістің жан-жақты әсері мен ферромагниттік бөлшектердің әсерінен тек қайта ұнтақтау ғана емес, сонымен қатар ингредиенттерді белсендіру де жүзеге асырылады. Бұл белсендіру тіпті бөлшектердің өлшемдері өзгеріссіз қалған кезде де орын алады.

Қозғалыс және соқтығысқан кезде әрбір ине ұнтақтауышқа ғана емес, сонымен қатар ингредиенттердің біркелкі араласуын және таралуын қамтамасыз ететін шағын араластырғышқа айналады; осылайша, жұмыс камерасының шығысында алдын ала орау үшін дайын құрылыс қоспасы қалыптасады.

Құйынды қабат құрылғыларын пайдалану құрылыс құрылымдарының сенімділігіне нұқсан келтірместен, байланыстырғышты белсенді толтырғышпен ішінара ауыстыру арқылы құрғақ ерітіндіні өндіруді ұйымдастыруға, электр энергиясын тұтынуды азайтуға және ақшаны үнемдеуге мүмкіндік береді.