Мука карбоната кальция: средство для снижения затрат и

Мука карбоната кальция: средство для снижения затрат и
содержания СО2
http://www.cpi-web.ru/Archive/main.htm
Будевейн Пискар, UNIVERDE Agencies s.a.r.l.
При производстве клинкеров в цементной промышленности в атмосферу выбрасывается СО2.
В моем сегодняшнем докладе я намерен доказать, что при помощи наполнителя из карбоната кальция можно сократить, или, лучше
сказать, оптимизировать использование клинкеров. В сокращении использования цементного клинкера заинтересованы также и
производители бетона, стремящиеся к сокращению своих затрат, ученые и прогрессивно мыслящие изготовители цемента.
Последние пять лет развитие бетонной промышленности шло по трем направлениям:



Развитие от стандартного бетона к бетону, изготовленному по индивидуальному заказу, что потребовало производства
собственного вяжущего средства, необходимого для правильной реологии, способности к переработке, времени затвердевания,
конечной прочности, цвета, долговечности и т.д.
Переход от низкопроизводительных к высоким технологиям, что повлекло за собой повышение требований, предъявляемых к
свойствам и качеству всех используемых ингредиентов.
Смещение акцентов от массовости в сторону качества и прочности, что является темой многих семинаров, которые состоялись
недавно и связаны с Green Concrete Movement.
Мука из карбоната кальция, которая часто именуется известняковым заполнителем, представляет собой изготовляемое промышленным
способом сырье, из чего следует, что она обладает конкретно заданными свойствами. При расщеплении и размалывании выделятся
лишь небольшое количество углекислого газа. Мука из карбоната кальция значительно дешевле, чем портландцемент. Она может
заменить часть клинкера в большинстве сортов цемента. При этом она будет «по карману» изготовителю. Мука из карбоната кальция
обладает различными химическими и физическими свойствами и является дополнительным вяжущим веществом для портландцемента,
летучей золы и измельченных гранулированных доменных шлаков. Из вышесказанного логически следует необходимость проведения
точного сопоставления муки из карбоната кальция с летучей золой.
Преимущества муки из карбоната кальция заключаются в следующем:








свойства сырья остаются неизменными;
ускоренное время твердения;
более высокое Blain-значение, чем у золы;
испытанная конечная прочность бетона;
высокое химическое сродство с портландцементом и измельченными гранулированными доменными шлаками;
не представляет вреда для здоровья;
более светлые оттенки – белый, кремовый и светло-серый;
имеется практически в неограниченном количестве, что означает, что эта мука не зависит от политики электростанций и
непостоянного качества угля.
Недостатки:




несколько дороговата по сравнению с традиционным материалом;
при расщеплении и измельчении выделяет СО2;
отсутствие пуццолановой реакции;
не имеет величины К, кроме как во Франции.
Мука из карбоната кальция, зола и измельченный гранулированный доменный шлак представляют собой заполнители, сильно
отличающиеся друг от друга, и часто используются в качестве основной составляющей экологичного бетона.
Виды муки из карбоната кальция
Виды сырья очень разнообразны: начиная с твердого мрамора, который используется для изготовления статуй, постаментов и т.д.,
кристаллического известняка средней твердости, до мягкого мела. Минеральный состав – от кристаллического известняка до доломита.
Мягкий мел чаще всего бывает очень мелким, что требует иногда специального оснащения бункера. Мелу требуется непозволительно
длительное время для смешивания, когда он используется совместно с поликарбоксилатовой добавкой. Самоуплотняющийся бетон с
использованием мела может быть изготовлен в лабораторных условиях. В то же время мел хорошо сочетается с традиционными
добавками, такими как: нафталин, меламин и лигносульфонат.
Благодаря своей дисперсности (мелкому помолу) и способностью аккумулировать воду, мел прекрасно подходит для высушенных
бетонных изделий, поскольку он может повысить общее содержание воды при параллельном наборе прочности в непросушенном
состоянии. К тому же имеются хорошие новости для стран, обладающих богатыми меловыми месторождениями: компанией OMYA
разрабатываются меловые растворы, особенно для самоуплотняющегося бетона. Мука из карбоната кальция уже более 25 лет
традиционно используется во Франции. В основном, это обусловлено тем, что в связи с использованием ядерной энергии количество
золы стало ограниченным. Кроме того, по всей Франции имеются большие месторождения кристаллического известняка. По этим
причинам широко распространено использование землистовлажной бетонной продукции и транспортного бетона. Добавки в виде муки
из карбоната кальция во Франции нормализованы (NF 18-508) и обладают величиной К – 0,25. По данным университета в г. Тулузе, это
значение слишком мало для большинства случаев применения и для большинства высококачественных наполнителей. Поэтому во
Франции происходит активное развитие самоуплотняющегося бетона как транспортного.
Сильно возросшее за последнее время употребление муки из карбоната кальция в Нидерландах объясняется ростом производства
самоуплотняющегося бетона для сборных изделий. В 1998 г. использовалось лишь 2 000 т в год, а в 2002 г. – 130 000 т. При
использовании добавок к самоуплотняющемуся бетону для сборных конструкций преимущество, в противовес золе, отдается муке из
карбоната кальция, поскольку последняя обладает важными свойствами: быстрее твердеет и имеет более светлые тона. Как следствие
возросшего использования муки из карбоната кальция с многочисленными различными по величине частицами, обнаружены
значительные результаты в области бетонной продукции и транспортного бетона всех видов. Интересный новый продукт легкоуплотняющийся бетон. Уже в ближайшее время в Нидерландах будет повышен коэффициент соотношения воды и цемента на 0,05
пунктов для легкоуплотняющегося и самоуплотняющегося бетона в связи с слишком высокой прочностью, на которую не рассчитана
арматура.
В Бельгии, Канаде, Германии, Испании, Великобритании, Италии, Польше и Швеции с недавних пор используется мука из карбоната
кальция во всевозможных видах бетона.
Конкретные примеры из производственной практики
В приложении к настоящему документу приводятся некоторые примеры из производственной практики в Нидерландах и Германии,
на основании которых можно сделать следующие общие выводы:



увеличение прочности за счет физической микрокомпановки, а не гидрализации и пуццолановой реакции. О минералогическом
воздействии муки из карбоната кальция было заявлено в 1994 г. институтом Dyckerhoff-Institut города Висбаден (Германия) и
недавно Техническими университетами городов Кассель и Дельфт.
Быстрое затвердевание на основе химического состава делает возможными каталитические реакции с портландцементом. Автор
лично убежден в том, что недостаточно быстрое затвердевание (и вытекающая из этого высокая конечная прочность)
обусловлено не пуццолановой реакцией, а примесями, содержащимися в золе.
Было вновь подтверждено, что регулирование по принципу В/Ц устарело [2]. Из-за добавок муки из карбоната кальция
коэффициент соотношения воды и цемента обладает большей прочностью и меньшей проницаемостью.
Типичные способы использования муки из карбоната кальция:




Cнижение затрат и сокращение выделения СО2 возможно благодаря 10-25 – процентной замене цементного клинкера 15-25 –
процентной добавкой муки из карбоната кальция, прежде всего в тех случаях, когда цемент используется как заполнитель и
оказывается плохо гидратированным. Это тот случай, когда в бетоне используются вместо грубо измельченного Cem I 32,5 менее
тонко отшлифованный цемент (Cem I 42,5 или 52,5) плюс мука из карбоната кальция.
Улучшение пригодности для перекачки и обработки за счет добавления мелких заполнителей.
Сокращение вытекания, особенно актуального для легкоуплотняющегося бетона, самоуплотняющегося бетона .
Сокращение времени для обработки, достижения прочности в непросушенном состоянии и затвердевания, что является особенно
значительным для сборных конструкций и промышленных полов, при использовании замедленно действующего вяжущего

вещества.
Улучшенный эстетический вид благодаря более светлым тонам и гладкой поверхности.
Рыночные факторы





На сегодняшней день во главу угла ставится сокращение затрат.
Цементная промышленность поняла преимущества заполнителя из карбоната кальция с тех пор, как она сбывает CEM II или LL и
добавляет в гранулят портландцементный клинкер от 6 до 20%(тип А) или даже от 21 до 35% (тип В) карбоната кальция.
Производители бетона стремятся удовлетворить запросы требовательных и хорошо информированных заказчиков, поставляя им
бетон, изготовленный по индивидуальному заказу. Это означает, что вяжущие материалы для бетона каждый раз должны
изготавливаться в индивидуальном порядке. При этом используются подходящие добавки и более дешевый мелкий заполнитель.
Сокращение выделения СО2 за счет замены клинкера улучшит общественное отношение к производству бетона. Регулярно
используя муку из карбоната кальция, бетонная промышленность может сократить выброс СО2 более чем на 10 %.
Легко- и самоуплотняющийся бетон востребован промышленностью, но на сегодняшний день он пока является слишком дорогим.
Однако он может и должен стать дешевле. При использовании более поддающихся обработке бетонных изделий сокращается
количество ошибок при монтаже и улучшается прочность конструкций. Это показал семинар, проводившийся в 2001 в Берлине.
«Если бетон не нужно подвергать вибрации, проблема слишком слабой или слишком сильной вибрации отпадает сама собой».
Лабораторная проба самоуплотняющегося бетона оказалась идентичной по отношению к традиционному бетону.
Примечание: Сокращение клинкера, или, лучше сказать, оптимизация использования клинкера не означает потери финансовых
инвестиций для прогрессивной цементной промышленности. Рынок будет требовать цементные клинкеры в меньшем количестве, но
улучшенного качества. Весь рынок бетона может увеличиваться за счет индивидуально приготовленного и легко обрабатываемого
свежего бетона.
Действия, направленные на поддержку использования долговечного, недорогого, приготовленного по индивидуальному заказу
бетона:






Финансирование строительства достаточно большого количества бункеров на посту смешивания Cem I, муки из карбоната
кальция, золы и измельченных, гранулированных доменных шлаков (если они есть в наличии).
Определение квалифицированных промышленных поставщиков муки из карбоната кальция, которые понимают требования,
предъявляемые к бетону, и осуществляют соответствующий контроль за качеством реологии на собственном предприятии;
Обеспечение контактов с прогрессивными поставщиками цемента;
Приобретение дополнительных научных знаний о микрокомпановке минералов при помощи поликарбоксилатных добавок для
разработки оптимальной «политики» по отношению к мелким заполнителям;
Оказание поддержки разработчикам со стороны инженеров, архитекторов и строительных фирм;
Отмена всех постановлений, которые предоставляют льготы для использования цемента и, таким образом, приводят к
расточительству ценных полезных ископаемых. Минимальное потребление цемента (точные цифры не указываются) и
соотношение воды и цемента облегчают усилия, направленные на сокращение выделения СО2, на поддержание
конкурентоспособности бетона по отношению к другим материалам, на научное исследование микрокомпановки

минералогических модификаций.
Более высокая ответственность вместо вышеупомянутых устаревших правил и предписаний. Признание критерием
эффективности бетона его долговечность.
Благодарность
Автор приносит свою благодарность институту «Danish Green Concrete Institute» за ту ведущую роль, которую он играет в содействии
развитию бетона как долговечного строительного материала. Институт предоставил автору обширную информацию о способах
цивилизованного использования наших природных богатств и о технологиях использования свежего бетона. Центр Alborg PortlandCement, филиал Green Concrete Institute, активно борется за добровольный отказ от использования в производстве только одного
клинкера, то есть за оптимизацию его использования. Автор хотел бы поблагодарить сотрудников института за их положительный
актуальный настрой, за который воздастся им в будущем. Кроме того, автор хотел бы поблагодарить компанию Omya Central Europe за
предоставление примеров производственной практики из Нидерландов и Германии.
Практические примеры

Практический пример I
Транспортный бетон С 25/30.
B 2b, В/Ц 0,55, 176л воды, 320кг
Cem III В 42,5 (= ± 105 кг клинкера, ±210кг измельченных гранулированных доменных шлаков), 28д. ± 35Н/мм2
Примечание: меньше клинкера, практически идентичное содержание воды, более высокий В/Ц, большая прочность. Вывод:
сомнительное регулирование В/Ц.

Практический пример II
Транспортный бетон С 30/37 5b, В/Ц 0,50.
Традиционно: 170кг Cem I 52,5 R, 170кг Cem III В 42,5, 16 час. 16 Н/мм2 28д. 40Н/мм2.
Самоуплотняющийся бетон:
160кг Cem I 52,5 R, 160кг Сem III B 42,5, 220кг муки из карбоната кальция, 16час. 20Н/мм2 8д. > 75Н/мм2.
Меньше клинкера, но более высокая степень раннего и конечного затвердевания за счет добавления заполнителя из карбоната
кальция. Вывод: слишком много цемента и сомнительное регулирование В/Ц

Практический пример III
Транспортный бетон, промышленный бетон – индивидуальная смесь.
Способный транспортироваться насосом, легко уплотняющийся бетон, быстрая гомогенизация, небольшая усадка
290 кг Cem III В 42,5, 40 кг муки из карбоната кальция, 165 л воды, PCE гидропласт 28д. 47 Н/мм2.
Вывод: небольшое количество муки карбоната кальция ускоряет процесс затвердевания при гидрационной температуре Cem III.
Образование меньшего количества трещин. Несмотря на то, что этот сорт цемента схватывается медленно, бетон, тем не менее,
может быть приготовлен в течение 4–7 часов благодаря добавке из карбоната кальция.

Практический пример IV
Транспортный бетон, индивидуальная смесь С25/30.
Туннельные блочные конструкции, легко уплотняющийся бетон, способный транспортироваться насосом без вибрации, быстро
поддается распалубке после небольшого нагревания.
230кг Сem I B 42,5 120кг наполнителя из карбоната кальция, PCE гидропласт, 159л воды, 28д. > 35Н/мм2. Эксперимент: при
замене половины традиционного карбоната кальция на более мелкий, 28д. > 41Н/мм2
Для быстрой распалубки изделия из легко уплотняющегося бетона было использовано менее 80кг клинкера с добавлением муки
из карбоната кальция. Мука из карбоната кальция с неравномерным распределением частиц разной величины улучшила
микрокомпановку, что привело к повышению прочности.
Примечание: в самоуплотняющемся бетоне для сборных конструкций используется добавка PCE.

Практический пример V
Бетон для сборных конструкций С40/50, B 2b, В/Ц 0,55.
Традиционно: 360кг Cem I 52,5 R, 16час. ± 25Н/мм2 , 28д.± 60Н /мм2.
Самоуплотняющийся бетон:
305кг Сem I 52,5 R, 320 кг муки из карбоната кальция, 16час. ± 30Н/мм2 28д. > 70Н/мм2.
Вывод: меньшее количество клинкера + мука из карбоната кальция = большая прочность. Если бы мука из карбоната кальция
была общепризнана, как способ повышения прочности бетона, можно было бы использовать еще меньше клинкера.

Практический пример VI
Бетон для сборных конструкций С50/60, B 2b, для сточных вод.
(Для этого бетона в Нидерландах традиционно используется 50-процентный измельченный гранулированный доменный шлак,
который содержит вяжущее вещество)
Первый самоуплотняющийся бетон: 485кг Cem А* 42,5, 30кг летучей золы, нафталин, 16час. ± 12,5Н/мм2 .
*в этом случае для быстрой распалубки готовят смесь из Сem III В 42,5 плюс Cem I 52,5 R
Вывод: Тот же объем мелкого наполнителя, меньше клинкера. Но более высокая степень раннего затвердевания, благодаря
самоуплотняющемуся бетону и эффективной добавке.

Практический пример VII
Бетон для сборных конструкций С40/50, B 3, В/Ц 0,45
Традиционно: 180кг Сem I 52,5 R, 180 Cem III В 42,5 180кг муки из карбоната кальция, 16час. 20Н , 28д.>70Н/мм2 макс.
Самоуплотняющийся бетон:
305 кг Сem I 52,5 R, 320кг муки из карбоната кальция, 16час. ± 30Н/мм2 28д.>70Н/мм2.
Вывод: слишком высокая прочность для арматуры С 40/50, ввиду слишком большого объема цемента из-за регулирования В/Ц.

Практический пример VIII
Землистовлажные бетонные изделия, тротуарные плиты.
Традиционно: 330кг Cem 42,5V (50% клинкера, ± 25% измельченного гранулированного доменного шлака, изгибающий момент ±
7Н/мм2 на 7д.
Испытание 1: -10% Сem +15% муки из карбоната кальция = изгибающий момент 7,15Н/мм2, тот же общий объем воды.
Вывод: меньше клинкера, больше мелкого заполнителя, меньшая проницаемость, та же прочность, меньшие затраты.

Практический пример IX
Землистовлажные бетонные изделия, верхний слой брусчатки
Традиционно: 270кг Cem I 52/5 R, 50кг золы, 109л воды, 24час. 29Н/мм2 , 7 дней 56Н/мм2, плотности 2,34/2,32дм3. Оптимизация:
270кг Cem I 52/5 R, 40кг заполнителя из карбоната кальция, 109л воды, 24час. 32Н/мм2 , 7 дней 59Н/мм2 , плотности 2,37 / 2,
35дм3 .
Вывод: По сравнению с прочностью, получаемой при использовании золы, достигаются большая прочность и плотность.

Практический пример X
Землистовлажные бетонные изделия, тротуарные плиты
Традиционно: 310кг Cem I 52,5N изгибающий момент 6 – 6,8Н/мм2.
Испытание 1: 280кг Сem I , 42кг заполнителя из карбоната кальция, изгибающий момент 6,6Н/мм2, тот же общий объем воды.
Вывод: меньше клинкера, больше мелкого заполнителя, меньшая проницаемость, та же прочность, меньшие затраты.

Практический пример XI
Землистовлажные бетонные изделия, верхний слой брусчатки
Традиционно 380кг Cem I 42,5 R, 50, 7 дней 48,1Н/мм2, плотность в свежем состоянии 2, 29, 28д 2,26дм3 .
Оптимизация: 350кг Cem I 42,5 R, 30кг муки из карбоната кальция, 7 дней 49,5 Н/мм2, плотность 2, 33 / 2,30 кг/дм3 .
Вывод: меньше клинкера, более светлый оттенок, более высокая плотность.

Практический пример XII
Транспортный бетон, индивидуальная специальная смесь
Специальная мягкая суспензия туннельный замыкающий блок, 36м длиной, 20м высотой и 6м шириной. Бетонная смесь для
подводного бетонирования С 5/10, 15 месяцев, макс. 10Н/мм2, 1150 кг песка (0-4), 90кг Cem I 52,5 R, 590кг муки из карбоната
кальция, ±300л воды, отсутствие добавки.Та же смесь, но с использованием более выгодной по цене золы дала через 3 месяца
чрезмерно высокую и, следовательно, не поддающуюся контролю прочность, что повлекло большие затраты на бурение в другом
туннеле.
Университет в Тронхейме и Шведский институт цемента и бетона знают об этом уже в течение длительного времени и предлагают
более совершенные способы измерения долговечности.
Дальнейшая информация:
OMYA GmbH
Brohler StraЯe 11a
50968 Kцln, DEUTSCHLAND
Tel. ++49 (0) 221 – 3775 258
Fax: ++49 (0) 221 – 3775 363
E-Mail: [email protected]
Internet: www.omya.com