Казанский государственный архитектурно-строительный университет Заведующий кафедрой технологии строительных материалов, изделий и конструкций Заслуженный деятель науки Российской Федерации и Республики Татарстан Доктор технических наук, профессор ХОЗИН ВАДИМ ГРИГОРЬЕВИЧ Карбонатные цементы низкой водопотребности для Татарстана В.Г.Хозин, О.В.Хохряков, И.Р.Сибгатуллин Проект выполняется при финансовой поддержке ГНО «ИВФ РТ» Адрес: РТ, г.Казань, ул. Искра, д.3-13 Тел./факс: (843) ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ «ЦНВ АРОС»

Строительство – основа развития экономики страны, фондообразующая отрасль народного хозяйства. Цемент – «хлеб строительства», стратегический материал, один из главных компонентов экономической независимости. Страна должна иметь свой цемент, свою развитую структуру его производства во всех регионах. Татарстан – «цементозависимый регион» (мнение Р.Н.Минниханова). Однако, собственных месторождений известняка или мергеля, достаточных по объему для строительства цементного завода с минимальной экономически целесообразной годовой производительностью – 1 млн.тн/год в нашей республике нет. Но производство цемента имеет свои изъяны: 1) энергозатратно – расход условного топлива на обжиг клинкера около 220 кг/тн, электроэнергии на различные переделы и помол – 115 кВт*час/тн чистого цемента ПЦ 500 ДО; 2) экологически ущербно – огромные объемы карьерных выработок известняка и глины (на 1 тн цемента требуется от 1500 до 2400 кг. нерудного сырья); - и большие выбросы СО 2 и пыли (более 900 кг СО 2 и кг пыли на 1 т ПЦ).

Пути «смягчения» энерго- и экологических проблем при производстве цемента: 1. Совершенствование технологии производства ПЦ-клинкера и его помола – перспективы ограниченные, близки к пределам эффективности. 2. Производство смешанных и композиционных цементов путем совместного помола ПЦ-клинкера с пуццолановыми и гидравлическими добавками (природными кремнеземами, доменными гранулированными шлаками, золами и ЗШО ТЭС) и др.минеральными ТМД. 3. Производство цементов низкой водопотребности (ЦНВ) путем совместного помола ПЦ-клинкера (или готового ПЦ ДО) с минеральными наполнителями и суперпластификатором.

Евростандарт на Цемент EN197-1:2000 регламентирует и стимулирует выпуск и применение малоклинкерных композиционных цементов. Как видно из табл.1 их производство (СЕМ III, IV, V – ШПЦ, ППЦ и композиционный) их производство с 1990г. по 2009 г. увеличилось с 12 до 20%, то есть более, чем в 1,5 раза. Таблица 1 Структура производства цементов в странах Евросоюза (по EN197-1:2000) Тип цемента Содержание мин.добавок, % Доля в % по годам СЕМ I ,331,923 СЕМ II ,652,157 СЕМ III, IV, V ,11620

Аналогичная ситуация в странах Евразии (табл.2). Структура производства цементов в странах Евразии Таблица 2 Страна Общий объем производства цемента, млн.тн/год Доля шлакопортландцемента в общем объеме, % Китай ,536 Индия Япония7221,632 Южная Корея5618,827 В России тенденция производства ПЦ, к сожалению, «как раз наоборот» (табл.3). ШПЦ снизился с 26 до 5%. Структура производства цементов в России (по ГОСТ 10178) Таблица 3 Тип цемента Доля от общего объема выпуска, % 1988 (СССР)2009 (РФ) Общий объем выпуска, млн.тн137,752,5 ПЦ-ДО832,5 ПЦ-Д5-Д2061,559,4 ШПЦ265 Прочие4,53,1

В США и Канаде для стимулирования производства смешанных цементов (Blended Cements) с содержанием активных добавок более 50% действует стандарт ASTM C 595 M-97 Blended Hydraulic cement. Более того, Америка, с целью сохранения своей природной среды прекратила разработку карьеров известняка для производства ПЦ. Она завозит цементный клинкер из соседней Мексики и на его основе производит Blended Cements, смешивая его при помоле со своими техногенными отходами. У нас, в Татарстане, есть аналогичный шанс производства смешанных, точнее, композиционных цементов на основе клинкера или бездобавочного портландцемента ПЦ ДО, привозимого из соседней Ульяновской области или соседней с ней Мордовии и собственных промышленных отходов. Такой путь предлагаем мы в своем проекте «Карбонатные цементы низкой водопотребности». Речь идет о производстве ЦНВ (70, 50, 30) на основе привозного ПЦ 400 ДО или ПЦ 500 ДО и высевок с многочисленных карьеров известняков и доломитов, которые, по сути, являются их отходами.

Получение Наполнитель (70-30 мас.%) Суперпластификатор (1…4 % от ЦНВ) Портландцемент ( мас.%) ПОМОЛ ЦНВ-100 ЦНВ-70 ЦНВ-50 ЦНВ-30

ПРЕИМУЩЕСТВА Производство высокопрочных бетонов Высокие технические характеристики Экологически чистое и безотходное производство Экономия портландцемента до 70 % Использование местной сырьевой базы Многовариантность составов

Почему «карбонатные» ЦНВ? Карбонатные породы (известняки, доломиты, доломитизированные известняки) – самые распространенные в РТ горные породы осадочного происхождения, десятки месторождений, сотни карьеров. Поэтому первая причина – доступность и дешевизна сырья, в частности, высевок (мелочи) с дробильно-сортировочных узлов, которые по сути являются отходами. Вторая – высокая размолоспособность татарстанских известняков и доломитов, обусловленная их низкой твердостью и малой прочностью. Третья – возможность химического взаимодействия тонкомолотых карбонатов с алюминатной составляющей портландцемента при его гидратации – образование гидрокарбоалюминатов кальция при невысоких температурах, ускорение гидратации частиц ПЦ-клинкера при этом и рост прочности ЦК. Это было обнаружено советскими учеными еще 30 лет назад (Тимашев В.В., Колбасов О.М.). Четвертая – 50 лет назад было установлено, что карбонатные порошки уменьшают водопотребность, расслаиваемость и водоотделение бетонных смесей, повышаются их пластичность, плотность, однородность, снижают усадку, водопоглощение и тепловыделение бетонов при твердении.

«КАРБОНАТНЫЕ» ЦНВ Высокая размолоспособность карбонатных пород Известняк Кварцевый песок

«КАРБОНАТНЫЕ» ЦНВ Высокая ранняя прочность, что позволяет сократить сроки распалубки монолита и затраты на ТВО на заводах ЖБИ 1 2 (1)(2)

п/п Наименование показателей ПЦ 500Д0 ОАО « Вольскцемент » «Карбонатный» ЦНВ-50 «Кварцевый» ЦНВ-50 (на песке) 1Нормальная густота, %2512…2016…22 2Сроки схватывания, ч-мин … … …3-30 3Водоцементное отношение0,460,25…0,310,27-0,33 4Снижение водопотребности, %- 30 … Средняя активность в возрасте 1 суток нормального твердения, МПа: - при изгибе - при сжатии 2,7 12,0 4 … 5 25 … 35 4… Средняя активность в возрасте 28 суток нормального твердения, МПа: - при изгибе - при сжатии 6,1 51,8 6 … 7 60 … 70 5…6 50…60 8 Марка вяжущего …700500…600 Сравнительные свойства цементных вяжущих

Сравнительные свойства тяжелых бетонов, приготовленных на различных вяжущих п/п Вид цементного вяжущего Расход материалов, кг/м 3 ОК, см Прочность бетона, МПа/%, в возрасте вяжу- щее гравий 5-20 мм песок квар- цевый М к =2,6 С-3вода 1 сутки 28 суток 1 цемент ЦЕМ I 42,5Б (ОАО Мордовцемент) ,0/10039,0/100 1,414011,5/12847,2/121 2ЦНВ ,8/24268,9/178 3 «Карбонатный» ЦНВ ,2/16949,5/ ,4/14946,6/119

Малый помольный комплекс мощностью 1 т/ч Щековая дробилка и сушильный барабан Общий вид помольного комплексаМельница «Активатор-С1000»

СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА «карбонатных» ЦНВ (пилотная линия ООО ЦНВ-АРОС) Портландцемент Суперпластификатор Сушка Дробление Силосный склад ЦНВ Фасовка ЦНВ в мешки Смешение Помол с получением ЦНВ-100 Карбонатная породаСмешение Помол с получением «карбонатного» ЦНВ-50

Составы и свойства ЦНВ-50, полученных с использованием различных карбонатных пород п/ п Вид карьера известняка, использованного для ЦНВ-50 В/ЦСнижение В/Ц, % Активность по прочности в возрасте 28 суток (ГОСТ 310) при изгибепри сжатии 0Контрольный (ПЦ500ДО)0,46-6,1049,6 1Салтаковский карьер0,2741,36,8058,0 2Мокро-Савалеевский карьер0,2741,36,4347,6 3Ципьинский карьер0,2741,36,0463,9 4Федоровский карьер0,2937,06,5470,1 5Большекармазинский карьер0,2741,36,5260,1 6Купербашский карьер0,2741,36,9061,7 7Кошарский карьер0,3034,86,4259,0 8Матюшинский карьер0,3817,45,3842,1 9Сатылевский карьер0,2741,35,8762,3 10Кургузинский карьер0,3426,15,5440,9 11Васильевский карьер0,2741,37,3466,7 12Альдермышский карьер0,2937,06,5457,2 13Тат-Безднинский карьер0,3230,46,9361,1 14Эталонный образец (ЦНИИГеолнеруд)0,2741,37,6161,3 Другие карбонатные породы 15Карбонатные породы ОАО «Силикатный завод 1» г.Н.Новгород 0,2741,36,8754,6 16Октябрьский р-н, Серафимовское месторождение, Республика Башкортостан 0,2741,35,4163,3

Сравнительные свойства «карбонатных» ЦНВ (30, 50, 70) и базового ПЦ п/ п Наименование показателейЦНВ-30ЦНВ-50ЦНВ-70ПЦ500ДО 1Содержание С-3, в % от массы «карбонатного» ЦНВ Удельная поверхность, кв.см/г, ЦНВ Продолжительность домола известняка, ч 0,9 0,670,5 - 4Общие энергозатраты, кВт*ч/кг0,76 1,432,4 - 5Нормальная густота, %21,6 21,221,6 26,0 6Сроки схватывания, ч-мин - начало - конец В/Ц0,29 0,270,28 0,46 8Активность вяжущего в возрасте 1 суток нормального твердения, МПа: - при изгибе; - при сжатии 2,3 9,3 5,9 34,1 4,8 39,3 3,1 12,8 9Активность вяжущего после пропаривания, МПа: - при изгибе; - при сжатии 4,0 25,5 6,1 48,7 6,7 56,9 10Активность вяжущего в возрасте 28 суток нормального твердения, МПа: - при изгибе; - при сжатии 4,8 37,1 6,0 73,3 7,6 86,8 5,5 49,1

Сравнительные физико-механические свойства ПЦ500Д0 и ЦНВ на золе Гусиноозерской ГРЭС (Забайкалье) п/п Наименование показателейПЦ 500Д0 (Мордовск ий) ЦНВ-30ЦНВ-50ЦНВ-70 с содержанием С-3,% Удельная поверхность, см 2 /г Энергозатраты, кВт*ч/кг- 0,34 3Нормальная густота, %26,5 27,326,024,023,326,225,1 4Сроки схватывания, ч-мин - начало - конец Водоцементное отношение (В/Ц) 0,450,360,340,360,350,360,34 6Снижение водопотребности, %-20,024,420,022,220,024,4 7 Активность в возрасте 1 суток нормального твердения, МПа: - при изгибе - при сжатии 3,3 13,1 3,4 10,1 3,9 12,3 4,5 19,5 4,4 22,6 5,6 30,6 6,2 38,5 8 Активность в возрасте 7 суток нормального твердения, МПа: - при изгибе - при сжатии 5,8 35,2 5,1 32,5 5,4 38,5 6,4 41,5 6,9 45,9 6,5 52,9 7,0 61,4 9Активность в возрасте 28 суток нормального твердения, МПа: - при изгибе - при сжатии 6,0 49,4 6,1 47,1 6,4 56,6 6,8 63,1 7,1 70,1 6,7 75,9 7,1 86,1

Состояние с охраной интеллектуальной собственности

МОДЕЛЬ РАЗВИТИЯ БИЗНЕСА Организация крупного производства и продажа ЦНВ (200 тыс.т/год) «Тиражирование» технологического модуля по выпуску ЦНВ в регионах РФ Продажа технологии и авторский надзор Организация малых помольных комплексов при заводах ЖБИ

этапа Содержание работ по этапу Длительность этапа, дни Стоимость реализации этапа, тыс.руб. Исполнители, соисполнители и организации ведущие проект 1Разработка ПСД и подготовка строительства ,04 ООО «ЦНВ АРОС» ГНО «ИВФ РТ» 2Строительная часть проекта ,74 3Поставка технологического оборудования ,83 4Монтаж и пуско-наладка ,65 5Доставка оборудования и непредвиденные затраты ,90 6Оборотные средства с учетом инфляции ,81 Итого: ,97 Этапы, необходимые для строительства завода ЦНВ мощностью 200 тыс.т/год на территории ОЭЗ «Алабуга»

Технико-экономические показатели п/п Наименование показателяЕд. изм. Значение показателя 1Производительность тыс.т/год200 2Срок строительства года1,2 3Период окупаемости мес66 4 Дисконтированный период окупаемости мес93 5 Рентабельность по чистой прибыли %14 6Внутренняя норма рентабельности %21,5 7Средняя норма рентабельности %24,3 8Доля рынка цемента (при годовом объеме 3млн.т/год) %67,0

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!