Бактерии BacillaFilla — способ устранения трещин в бетоне. Цементная бацилла что это
Бактерии склеивают цемент
Но клей этот на самом деле не клей, то есть не какой-то синтетический материал, а бактерия, специально выведенная для того, чтобы внедряться глубоко в трещины и заменять собою шпатлёвку.
BacillaFilla, как называют её исследователи, есть не что иное, как генетически модифицированная сенная палочка (Bacillus subtilis) — повсеместно распространённая почвенная бактерия. Её генетические свойства подобраны таким образом, чтобы она начинала делиться, лишь вступив в контакт с бетоном, имеющим определённый водородный показатель рН. Как только бактерии понимают, что их накопилось достаточное количество, начинается создание бактериальных нитей, в которых микроорганизмы дифференцируются на три типа. Одни производят кристаллы карбоната кальция, другие — особое клейкое вещество, а третьи выступают в роли армирующих волокон.
Бактерии также снабжены геном самоуничтожения, который не позволяет им размножиться настолько, чтобы выйти за пределы целевой трещины. Очень мило с их стороны.
Исследователи подчёркивают, что строительство новых зданий весьма затратно с точки зрения экологии. По их словам, около 5% всего объёма выбросов углекислого газа в результате человеческой деятельности приходится на производство цемента. Продление срока службы уже построенных сооружений могло бы существенно снизить вклад человечества в глобальное потепление.
У бетона низкий предел прочности при растяжении. (Фото Josh Sommers.) Источник: technewsdaily
animalworld.com.ua
Самозатягивающийся бактериями цемент | Социальная сеть ВЕДГАРД
Чтобы бороться с трещинами в Голландском технологическом университете Дельфта придумали цемент, в котором живут бактерии. Жить в условиях цемента нельзя — воды нет, воздуха нет и вообще неуютно. Они будут лежать в затвердевшем цементе десятилетиями, до тех пор пока он не потрескается и в него не попадёт вода.Чтобы бактериям было что есть, их упаковывают в маленькие биоразлагаемые контейнеры вместе с лактатом кальция. Позже, когда цемент таки треснет контейнеры намокнут и выпустят бацилл на свободу.Потом они размножаются, и в процессе жизнедеятельности соединяют кальций с ионами углерода. Получается кальцит, известный обычным людям как известняк. Он заполняет трещины и… профит: без внешнего вмешательства трещина «срослась».Эти бактерии принадлежат к классу алкалифильных из рода Бацилл (лат. Bacillus). Их дальние родственники возбуждают сибирскую язву.Главный разработчик, профессор Дельфтского технологического университета Хенк Джонкерс (Henk Jonkers) сказал, что биоцемент можно применять для строительства подводных и подземных объектов, складов радиоактивных отходов и других строений, к которым трудно или небезопасно приближаться. Для гражданского строительства он слишком до́рог.Новый исследовательский проект, начатый британскими учеными, направлен на создание самовосстанавливающегося бетона, который использовал бы собственную «иммунную систему», чтобы «залечить» внешние повреждения и предотвратить уменьшение прочности бетонных изделий.
Бетонные конструкции могут существовать практически вечно, но если в них образуются трещины, то влага постепенно вызывает коррозию стальной арматуры и деградацию всей постройки. В содружестве с коллегами из Кардиффа и Кембриджа, исследователи из Университета Бата (University of Bath) работают над тем, чтобы «привлечь» бактерии к оперативному устранению трещин в бетоне.
Ученые разрабатывают бетонную смесь, которая будет сдержать в своем составе микрокапсулы с бактериями. Идея в том, что микроорганизмы будут «ждать своего часа», до тех пор, пока в бетоне не образуется трещина и им не станет доступна влага и кислород.
Вода даст бактериям возможность для развития. Продукт их жизнедеятельности известняк или кальцит постепенно затянет трещины и перекроет доступ влаге и кислороду, тем самым предотвратив коррозию арматуры.В ходе исследований научный коллектив будет оценивать выживание различных видов бактерий в бетоне с течением времени. Для этого выдержанный определенный срок бетон будут разрушаться, измельчаться и изучаться в поисках сохранившихся микроорганизмов.
Самовосстанавливающийся бетон сможет значительно увеличить сроки службы конструкций, а также снизить расходы по обслуживанию и ремонту почти вдвое.
Считается, что на производство цемента приходится 7% всех выбросов СО2 в мире. Поэтому продление сроков службы бетонных зданий и сооружений приведет не только к экономическому эффекту, но и снизит воздействие промышленной деятельности на окружающую среду.
Доктор Ричард Купер (Richard Cooper), профессор кафедры биологии и биохимии рассказывает о предстоящей работе: «Цемент является щелочной средой, что делает его враждебным для бактерий. Мы будем оценивать различные виды микроорганизмов, чтобы найти тот, который способен образовывать обильные споры, и который выживет в этой среде. Работа также будет включать в себя поиски щелочно-толерантных изоляторов и тестирование их биологии и физиологии».
По мнению д-ра Купера, бактерии в бетоне будут играть двойную роль. В то время как их основное назначение устранение трещин, в процессе своей жизнедеятельности они будут потреблять кислород, что еще больше защитит стальную арматуру от коррозии.
О других сторонах проблемы сообщает доктор Кевин Пейн (Kevin Paine) с кафедры архитектуры и гражданского строительства: «По мере затвердевания бетон уплотняется, уменьшая размеры до того уровня, когда бактерии могут быть раздавлены. Мы разрабатываем ограждающие бактерии микрокапсулы, содержащие питательные вещества и лактат кальция, который бактерии будут перерабатывать для заполнения трещин в бетоне, когда появится вода».
Коллега д-ра Пейна доктор Эндрю Хит (Andrew Heath) подчеркивает, что самовосстанавливающиеся материалы особенно важны в ситуациях, когда ограничен доступ персонала для технического обслуживания конструкций. По его мнению, программа исследований поможет снизить стоимость сервиса и инфраструктуры.
vedgard.com
Бактерии BacillaFilla - способ устранения трещин в бетоне
В Университете Ньюкасла группой студентов была проведена работа, в результате которой был выращен особый штамм бактерий. Они способны заделывать трещины в поверхностях из бетона, выделяя особые вещества.
Данные бактерии появились в результате генных модификаций. Когда их помещают на дно трещины, то она начинают вырабатывать два соединения – карбонат кальция, являющийся основой многих строительных растворов, и клейкое вещество сложного строение. Таким образом, получается раствор, в котором находятся вытянутые клетки бактерий. Через определенное время раствор затвердевает и соединяет края трещины. Образованное вещество по своим свойствам во многом аналогично бетону.
Студенты, создавшие бактерию, назвали её «BacillaFilla». По их задумке, она может быть востребована при ремонте зданий с серьезными нарушениями целостности бетонного каркаса. Согласно исследованиям, приблизительно 1/20 часть выбросов двуокиси углерода в атмосферу происходит при изготовлении бетона. Если получится продлить эксплуатацию бетонных строений, то снизится вред, наносимый экологии.
Создатели бактерии считают, что она будет наиболее востребована в сейсмически опасных районах, где множество зданий каждый год подвергаются сносу только потому, что нет способа их восстановить.
В ходе эксперимента была доказана безопасность использования бактерии BacillaFilla. Её споры прорастают только тогда, когда контактируют с бетоном. Они реагируют на pH материала. Кроме этого, в генетический аппарат бактерии включен ген, неизбежно приводящий к самоуничтожению. Это не даст бактериям выжить в окружающей среде, если они случайно попадут в неё.
Когда этот микроорганизм попадает на дно бетонной трещины, он начинает быстро размножаться. Это запускает заложенный в них механизм, в ходе которого часть клеток выделяет карбонат кальция, а другая производит клейкое вещество. Остальные бактерии выполняют роль армирующих нитей.
Руководителем проекта была доктор Дженнифер Холлинен. За работу группа студентов выиграла главный приз на крупном международном конкурсе iGEM, проводимый в Массачусетском технологическом институте, США.
skladovoy.ru
Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4
Бацилла
Cтраница 4
Это соединение иногда называют цементной бациллой; при расширении цементный камень растрескивается, и его составляющие постепенно вымываются водой. Поэтому необходимо защищать бетонные сооружения и фундаменты от воздействия промышленных сточных вод с растворенными в них сульфатами и грунтовых вод, насыщенных углекислотой, вызывающих карбонатную коррозию. [46]
Образование сульфоалюмината, называемого цементной бациллой, сопровождается увеличением объема в 2 5 раза, в результате чего цементный камень растрескивается. [47]
Михаэлис назвал сульфоалюминат кальция цементной бациллой как за внешнее сходство с болезнетворной бактерией, так и за то, что она приводит к разрушению бетона. [48]
Бактерии группы сенного и картофельного бацилла обладают выраженной протеолитиче-ской и амилолитической активностью. В настоящее время культуры этих видов спороносных бактерий широко используются во многих странах для промышленной выработки амилазы и различных протеаз. [49]
Бактерии группы сенного и картофельного бацилла являются возбудителями болезней печеного хлеба и макарон. [50]
Посмотрим, как обильно представлены бациллы в почвах, предположительно отличающихся по возрасту. Практически возможно количество бацилл в почве идентифицировать с количеством их спор, исходя из соображений, высказанных ранее. [51]
Тем не менее, некоторые болезнетворные бациллы, например, возбудитель сибирской язвы, могут не только длительное время сохраняться в почве, но и активно там размножаться. Совершенно естественно поэтому, что при погребении трупов людей, умерших от остро инфекционных заболеваний, требуется соблюдение ряда предосторожностей. [52]
В незагрязненной почве большая часть бацилл, как это хорошо видно из приводимых цифр, пребывала в состоянии спор. [53]
При обработке воды озоном споры и бациллы гнойного воспаления гибнут через 10 мин, возбудители тифа и холеры - через 2 мин. [54]
По этому признаку мпкобактерии отличаются от бацилл, формирующих лишь одну спору. Споры микобактерий не обладают значительной устойчивостью к неблагоприятным внешним воздействиям. [56]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Биобетон: Фундаментальные бактерии | Журнал Популярная Механика
Разработан способ укрепления зданий, расположенных в сейсмоопасных районах: придать им большую устойчивость помогут специальные микроорганизмы, превращающие почву в бетон.
Технологию укрепления почвы с помощью живых микроорганизмов разработала группа ученых из Калифорнийского университета под руководством профессора Джейсона Дейона (Jason DeJong). Согласно проведенным исследованиям, бактерия Bacillus pasteuri, добавленная во влажную землю, способствует слипанию содержащихся в ней твердых частиц. В результате почва становится похожа на песчаник — породу, состоящую из плотно сцементированных зерен кварца. Подобному грунту не страшны ни оползни, ни землетрясения.
В ходе экспериментов исследователи заселяли бактериями 200-литровые ящики, наполненные стерильным кварцевым песком с некоторым количеством воды и питательных веществ. При этом ученые тщательно отслеживали разнообразные параметры, по которым можно судить о жизненной активности микроорганизмов: содержание кислорода и углекислого газа, количество питательных веществ, химический состав почвы и т. д. В конечном итоге это позволило точно описать процесс, который приводит к увеличению прочности грунта.
Bacillus pasteurii обладают способностью повышать щелочность воды, в результате чего она начинает активно растворять кальций и карбонаты, соли угольной кислоты. В растворе они реагируют друг с другом, образуя кристаллы карбоната кальция: именно это вещество является цементом, который связывает частицы природного песчаника и строительного бетона — кристаллы карбоната кальция заполняют промежутки между песчинками и заставляют их слипаться друг с другом.
Новая технология пока еще не вышла за пределы лаборатории, однако ее разработчики полны энтузиазма и прочат своему детищу больше будущее. Кроме придания домам большей сейсмоустойчивости, Bacillus pasteurii
могут быть использованы для укрепления туннелей, дамб и предотвращения оползней. С их помощью можно будет также создавать барьеры, препятствующие распространению загрязненных грунтовых вод от места техногенных аварий. И все это без дорогостоящих земельных работ и использования массы строительных материалов! Достаточно пробурить в земле необходимое количество скважин и заселить их некоторым количеством микроорганизмов.
Использование бактерий для преобразования почвы является одной из самых перспективных строительных технологий XXI века — утверждает профессор Карлос Сантамарина (Carlos Santamarina) из Технологического института Джорджии: «Оглядываясь назад, мы видим, следующую картину. В начале XX в. человечество начало работать с грунтом при помощи машин, затем оно взяло на вооружение химию. Ну а в конце столетия мы начали задумываться об использовании биологических методов». Этот подход выглядит крайне многообещающим — хотя бы потому, что в каждом кубическом метре почвы содержится порядка 1000 триллионов живых микроорганизмов: если научиться их кормить и организовывать, они отплатят вам сторицей.
По публикации News in Science
www.popmech.ru
Портландцемент
Строительные материалы и изделия
Портландцемент является важнейшим вяжущим веществом. По производству и применению он занимает первое место среди других вяжущих веществ. В 1990 г. выпуск портландцемента отечественной промышленностью достигнет 140...142 млн. т, значительно превысив уровень производства цемента в других странах, в том числе США.
Изобретение портландцемента (1824 г.) связано с именами Егора Герасимовича Челиева — начальника мастерских военно - рабочей бригады и Джозефа Аспдина — каменщика из английского города Лидса.
• Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Его получают тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция. Спекшаяся сырьевая смесь в виде зерен размером до 40 мм называется клинкером; от качества его зависят важнейшие свойства цемента: прочность и скорость ее нарастания, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.
Для регулирования сроков схватывания в обычных цементах марок 300...500 при помоле к клинкеру добавляют гипс не менее 1,0% и не более 3,5% от массы цемента в пересчете на ангидрид серной кислоты SO3, а в цементах высокомарочных и быстротвердеющих — не менее 1,5% и не более 4,0%. Портландцемент выпускают без добавок или с активными минеральными
Добавками.
ГОСТ 10178—85 предусматривает выпуск трех разновидностей портландцемента: ДО — без добавок, Д5 — с введением до 5 % активных минеральных добавок всех видов и Д20, в которую разрешается вводить свыше 5%, но не более 20% добавок, в том числе до 10% активных минеральных добавок осадочного происхождения (кроме глиежа) или до 20% доменных и электро - термофосфорных гранулированных шлаков, глиежей и прочих активных минеральных добавок.
• Клинкер. Качество клинкера зависит от его химического и минералогических составов. Для производства портландцемент - ного клинкера применяют известняк и глину. Известняк в основном состоит из двух оксидов: СаО и С02, а глина — из различных минералов, содержащих в основном три оксида: Si02, АЬОз и ИегОз. В процессе обжига сырьевой смеси удаляется С02, а оставшиеся четыре оксида: СаО, Si02, АЬОз и Fe203 — образуют клинкерные минералы. Содержание оксидов в цементе примерно следующее: 64...67% СаО, 21...24% Si02, 4...8% А1203, 2...4% Ре20з.
Кроме указанных основных оксидов в портландцементном клинкере могут присутствовать MgO и щелочные оксиды К2О и Na20, снижающие качество цемента. Оксид магния, обожженный при температуре около 1500°С, при взаимодействии с водой очень медленно гасится и вызывает появление трещин в уже затвердевшем растворе или бетоне, поэтому содержание оксида магния в портландцементе не должно быть более 5%. Наличие в цементе щелочных оксидов выше 1 % может вызвать разрушение отвердевшего бетона на таком цементе.
Указанные выше основные оксиды находятся в клинкере не в свободном виде, а образуют при обжиге четыре основных минерала, относительное содержание которых в портландцементе следующее (%): трехкальциевый силикат 3Ca0-Si02 (алит) — 45...60; двухкальциевый силикат 2Ca0-Si02 (белит)— 20...35; трехкальциевый алюминат ЗСаО-А12Оз — 4...12; четырехкальци - евый алюмоферрит 4Ca0-Al203-Fe203— 10...18. Сокращенное обозначение этих минералов следующее: C3S, C2S, С3А и C4AF.
• Алит (C3S) — основной минерал клинкера, быстро твердеет и практически определяет скорость твердения и нарастания прочности портландцемента. Он представляет собой твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2...4%) MgO, А120з, РгОв, Сг2Оз и других примесей, которые могут существенно влиять на структуру и свойства портландцемента.
• Белит (P-C2S) — второй по важности и содержанию силикатный минерал клинкера, медленно твердеет и достигает высокой прочности при длительном твердении. Белит в клинкере представляет собой твердый раствор двухкальциевого силиката (p-C2S) и небольшого количества (1...3%) А1203, Fe203, MgO, Сг20з и др. В связи с тем что белит при медленном охлаждении клинкера теряет вяжущие свойства, переходя из p-C2S в 7-C2S, это явление предотвращается быстрым охлаждением клинкера.
Содержание минералов-силикатов в клинкере в сумме составляет около 75%, поэтому гидратация алита и белита в основном определяет свойства портландцемента. Оставшиеся 25% объема клинкера между кристаллами алита и белита заполнены кристаллами С3А, C4AF, стекла и второстепенными минералами. Ф Трехкальциевый алюминат (СзА) при благоприятных условиях обжига образуется в виде кубических кристаллов. Он очень быстро гидратирует и твердеет. Продукты гидратации имеют пористую структуру и низкую прочность. Кроме того, СзА является причиной сульфатной коррозии цемента, поэтому его содержание в сульфатостойком цементе ограничено 5%. • Четырехкальциевый алюмоферрит (C4AF) — алюмоферритная фаза промежуточного вещества клинкера, представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава, обычно ее состав близок к ІСаО-АЬОз-РгОз. По скорости гидратации этот минерал занимает как бы промежуточное положение между алитом и белитом и не оказывает определяющего значения на скорость твердения и тепловыделение портландцемента.
Клинкерное стекло присутствует в промежуточном веществе в количестве 5... 15%, которое в основном состоит из СаО, АІ2О3, MgO, К2О и Na20.
При правильно рассчитанной и тщательно подготовленной и обожженной сырьевой смеси клинкер не должен содержать свободного оксида кальция СаО, так как пережженная при температуре около 1500°С известь, так же как и магнезия MgO, очень медленно гасится, увеличиваясь в объеме, что может привести к растрескиванию уже затвердевшего бетона.
Портландцемент, получаемый на заводах из различных видов природного сырья и с неодинаковой технологией производства, отличается как по химико-минералогическому составу, так и по свойствам. Требования стандарта не отражают полностью некоторых важных для строительства свойств цемента: стойкости цементного камня в агрессивных средах, морозостойкости, интенсивности тепловыделения, деформативной способности и т. д. Однако в этом значительную помощь оказывает знание минералогического состава клинкера, который имеет прямую связь с основными физико-механическими свойствами портландцемента и позволяет проектировать портландцемент для бетона конкретных эксплуатационных условий.
Ф Производство портландцемента. Сырье для производства портландцемента должно содержать 75...78% СаСОз и 22...25% глинистого вещества. Горные породы, удовлетворяющие указанным требованиям, в природе встречаются редко. Поэтому для производства портландцемента наряду с известняком и глиной следует применять так называемые корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающих в сырьевой смеси. Так, недостаточное количество Si02 компенсируется введением высококремнеземистых веществ (опоки, диатомита, трепела). Увеличить содержание оксидов железа цожно путем введения колчеданных огарков или руды. Повышение содержания глинозема AI2O3 достигается добавлением высокоглиноземистых глин.
Кроме того, цементная промышленность все шире начинает использовать побочные продукты, например отходы разных отраслей промышленности — доменные шлаки, нефелиновый шлам (отход при производстве глинозема) и др. В них содержится 25.-30% Si02; 50...58% СаО; 2...5% А1203; 3...8% других оксидов. Если к сырью такого состава добавить 15...20% известняка, то состав смеси получается аналогичный используемому для получения портландцемента.
Использование в цементной промышленности побочных Продуктов и отходов других отраслей — крупный шаг в разработке безотходной технологии, способствующей охране окружающей среды. Это направление работ рассматривается перспективными планами народного хозяйства до 2000 г., как одно из важнейших.
В качестве топлива применяют природный газ, сокращается использование каменного угля и мазута. В настоящее время отечественная цементная промышленность в значительной мере работает на газообразном топливе, как наиболее эффективном.
Технологический процесс производства портландцемента состоит из следующих основных операций: добычи известняка и глины, подготовки сырьевых материалов и корректирующих добавок, приготовления из них однородной смеси заданного состава, обжига смеси и измельчения клинкера в тонкий порошок совместно с гипсом, а иногда с добавками.
В зависимости от приготовления сырьевой смеси различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой. При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды и смесь в виде жидкого шлама обжигают во вращающихся печах; при сухом способе материалы измельчают, смешивают и обжигают в сухом виде. В последнее время все шире начинает применяться комбинированный способ приготовления сырьевой смеси, по которому сырьевую смесь подготовляют по мокрому способу, затем шлам обезвоживают и из него приготовляют гранулы, которые обжигают по сухому способу.
Каждый из способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение материалов и быстро достигается однородность смеси, но расход топлива на обжиг смеси в 1,5...2 раза больше, чем при сухом способе. Развитие сухого способа длительное время ограничивалось вследствие низкого качества получаемого клинкера. Однако успехи в технике помола и гомогенизации сухих смесей обеспечили качество портландцемента.
В настоящее время получает всемерное развитие сухой способ Производства цемента с печами, оборудованными циклонными теплообменниками и реакторами-декарбонизаторами (см. рис. 5.8) Производительность технологической линии с печью 4,5X80 М циклонными теплообменниками и реактором-декарбонизатором составляет 3000 т клинкера в сутки. При этом способе производства цемента расход топлива снижается на 30...40% по сравнению с мокрым, а металлоемкость печных агрегатов — в 2,5...3 раза. Намечается также освоение технологии и строительство цементных заводов с реактором-декарбонизатором с печами 5Х ХЮ0 м производительностью 5000 т клинкера в сутки.
По мокрому способу (рис. 5.5) сырьевые материалы, доставляемые из карьера на завод в кусках, подвергают предварительному измельчению (до крупности не более 5 мм). Твердые породы дробят в дробилках, а более мягкие (глина, мел) измельчают перемешиванием с водой в глиниболтушках. Болтушка представляет собой круглый железобетонный резервуар диаметром 5... 10 м и высотой 2,5...3,5 м, футерованный чугунными плитами. Вокруг вертикальной оси в болтушке вращается крестовина с подвешенными в ней на цепях стальными граблями для измельчения кусков глины. Полученный в глиноболтушке шлам с влажностью около 45 % выпускается через отверстие с сеткой и пере-
| Рис. 5.5. Технологическая схема производства портландцемента по мокрому Способу: 1 — подача известняка из карьера; 2 — дробилка для известняка; 3 — подача глины из карьера; 4— подача воды; 5 — бассейн для размешивания глины; 6 — сырьевая мельница; 7 — шлам-бассейиы; 8—вращающаяся печь; 9 — холодильник; 10 — подача топлива; 11 — склад гипса; 12 — элеватор для подачи гипса из дробилки в бункер; 13 — склад клинкера; 14 — шаровая мельница; 15— силосы для цемента; 16 — упаковка цемента |
Ячивается в трубную (шаровую) мельницу, куда непрерывно к аехся дробленый известняк. Трубная мельница (рис. 5.6) Представляет собой стальной цилиндр длиной до 15 м, диаметром о 3,2 м, вращающийся на полых цапфах, через которые мель - ниііу' с °Дн°й стороны загружают, а с другой стороны — разгружают. Внутри мельница разделена перегородками с отверстиями на три камеры. В первой и второй камерах имеются стальные или чугунные шары, а в третьей — небольшие цилиндрики. Через полую цапфу шлам поступает в первую камеру трубной мельницы. При вращении мельницы шары под действием центробежной силы и силы трения прижимаются к стенкам, поднимаются на некоторую высоту и падают, разбивая и растирая зерна материала. Трубные мельницы являются непрерывнодействующим оборудованием. Тонкоизмельченный материал в виде сметанооб - разной массы — шлама — подается насосом в шлам-бассейны, представляющие собой железобетонные или стальные резервуары цилиндрической формы. В них окончательно корректируется химический состав шлама и создается некоторый запас для бесперебойной работы печей. Из бассейнов шлам поступает в баки, а затем равномерно подается во вращающуюся печь для обжига. Вращающаяся печь (рис. 5.7) представляет собой длинный цилиндр из листовой стали, облицованный внутри огнеупорным материалом. Длина печей 150... 185...230 м, диаметр 4...5...7 м. Барабан печи установлен с наклоном 3,5...4° и вращается вокруг своей оси с частотой 0,5...1,4 мин~'. Вращающиеся печи работа-
| 1S tk Рис. 5.6. Шаровая многокамерная мельница: 1, 10 — торцовое днище; 2 — подшипник; 3 — загрузочная воронка; 4—пустотелая цапфа; 5 — межкамерные перегородки; 6 — корпус; 7 — крышка; 8— диафрагмеииая перегородка; 9 — конус; 11 — лопасти; 12 — разгрузочный конус; 13 — кожух; 14 — сито; 15 — разгрузочный патрубок; 16 — разгрузочные отверстия |
Рис. 5.7. Вращающаяся печь: 1 — дымосос; 2 — питатель для подачи шлама; 3 — барабан; 4 — привод; 5 — вентилятор с форсункой для вдування топлива; 6—холодильник
Ют по принципу противотока. Шлам загружается с верхней стороны печи и передвигается к нижнему концу.
Топливо в виде газа или пыли каменного угля вдувается вместе с воздухом с противоположного конца печи и сгорает, создавая температуру 1500°С. Дымовые газы удаляются со стороны поднятого конца печи. Шлам, перемещаясь вдоль барабана, соприкасается с горячими газами, идущими ему навстречу, и постепенно нагревается.
Образованию портландцементного клинкера предшествует ряд физико-химических процессов, протекающих в определенных температурных границах — технологических зонах печного агрегата — вращающейся печи. При мокром способе производства цемента по ходу движения обжигаемого материала условно выделяют следующие зоны: I — испарения, II — подогрева и дегидратации, III — декарбонизации, IV — экзотермических реакций, V — спекания, VI — охлаждения. Рассмотрим эти процессы начиная с поступления сырьевой смеси в печь, т. е. по направлению с верхнего ее конца (холодного) к нижнему (горячему).
В зоне испарения при постепенном повышении температуры с 70 до 200°С испаряется влага; сырьевая смесь подсушивается. Подсушенный материал комкуется. Перемещаясь, комья распадаются на более мелкие гранулы. В печах сухого способа зона испарения отсутствует.
В зоне подогрева при постепенном нагревании сырья с 200 до 700°С выгорают органические примеси, из глиняных минералов удаляется кристаллохимическая вода (при 450...500°С) и образуется безводный каолинит АЬОз^БЮг. Зоны испарения и подогрева при мокром способе занимают 50...60% длины печи.
В зоне декарбонизации температура обжигаемого материала повышается с 700 до 1100°С; происходит диссоциация карбонатов кальция и магния с образованием свободных СаО и MgO. Одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды Si02, АЬОз, Fe203, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО. В результате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образуются минералы ЗСаО-А12Оз, СаО-А12Оз и частично 2Ca0-Si02.
В зоне экзотермических реакций при температуре 1200... 1300°С завершается процесс твердофазового спекания материала, образуются ЗСаО-АЬОз, 4СаО-Al203-Fe203 и белит, резко уменьшается количество свободной извести, но достаточное для
Насыщения двухкальциевого силиката до трехкальциевого.
В зоне спекания при температурах 1300... 1450... 1300°С происходит частичное плавление материала (20...30% обжигаемой смеси). В расплав переходят все клинкерные минералы, кроме 2CaO-SiC>2, все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. Алит кристаллизуется из расплава в результате растворения в нем оксида кальция и двухкальциевого силиката. Это соединение плохо растворимо в расплаве, вследствие чего выделяется в виде мелких кристаллов, которые в дальнейшем растут. Понижение температуры с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию из расплава ЗСа0-А1203, 4СаО-Al203-Fe203 и MgO (в виде пери - клаза), которая заканчивается в зоне охлаждения.
В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000°С, здесь полностью формируются его структура и состав, включающий алит C3S, белит C2S, С3А, C4AF, MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие.
Границы зон во вращающейся печи достаточно условны и не являются стабильными. Меняя режим работы печи, можно смещать зоны и регулировать тем самым процесс обжига.
Образовавшийся таким образом раскаленный клинкер поступает в холодильник, где резко охлаждается движущимся навстречу ему холодным воздухом. Клинкер, выходящий из холодильника вращающихся печей с температурой около 100°С и более, поступает на склад для окончательного охлаждения и вылеживания (магазинирования), где он находится до 15 дней. Если известь содержится в клинкере в свободном виде, то в течение вылеживания она гасится влагой воздуха. На высокомеханизированных заводах с четко организованным технологическим процессом качество клинкера оказывается настолько высоким, что отпадает необходимость его вылеживания.
Помол клинкера совместно с добавками производят в трубных многокамерных мельницах.
Тонкое измельчение клинкера с гипсом и активными минеральными добавками в тонкий порошок производится преимущественно в сепараторных установках, работающих по открытому или замкнутому циклу.
Эффективная работа трубной мельницы обеспечивается охлаждением мельничного пространства путем его аспирации (вентилирования). Благодаря аспирации производительность мельниц растет на 20...25%, уменьшается пыле выделение, улучшаются условия труда. Для интенсификации помола вводят добавку — сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ), при этом производительность мельниц увеличивается на 20...30%.
На современных цементных заводах помол портландцемента в открытом цикле проходит по следующей технологической схеме. Клинкер, гипс и активные минеральные добавки со склада подаются в бункера и дозируются тарельчатыми питателями. После измельчения цемент поступает через цапфу мельницы в аспирационную шахту, а из нее в бункер цемента и далее на склад. Мельничное пространство аспирируется, запыленный воздух частично очищается в аспирационной шахте, а затем в циклонах и электрофильтре, далее собирается шнеком и направляется в расходный бункер цемента. Недостатком помола в открытом цикле является трудность получения цемента с высокой удельной поверхностью (до 400...5
msd.com.ua
Биоцемент: бактерии предохранят фундаменты от проседания
Британские ученые разрабатывают «биоцемент» — генетически модифицированные бактерии, которые смогут предотвращать проседание земли под фундаментами зданий.
Когда земля под зданием начинает проседать, это может обернуться как обычным дорогостоящим ремонтом, так и настоящей катастрофой. Но если ученые из Великобритании преуспеют, в один прекрасный день реставрировать почву будут генетически измененные бактерии. Вдохновленный успехом другой команды, создавшей бактерию, восстанавливающую бетон, в рамках соревнования по искусственной биологии, британский биодизайнер и его коллеги разработали «биоцемент». Этот материал на основе специально модифицированных почвенных бактерий, которые будут размножаться в ответ на изменение почвенного давления, что позволит значительно укрепить почву под фундаментом.
Для достижения этой цели команда вырастила кишечную палочку в искусственном субстрате, гидрогеле, заключенном в капсулу. Они подвергли бактерии избыточному давлению, которое в 10 раз превышает давление воды на морском дне. Затем ученые идентифицировали 122 бактериальных гена, которые после изменения давления увеличили свою активность втрое. После этого биологи модифицировали бактериальный геном так, чтобы регулирующий участок ДНК, отвечавший за активацию одного из этих генов, был прикреплен к другому гену, который вызывает свечение во время размножения. Таким образом, чем выше давление, оказываемое на микроб, тем сильнее он светится, как сообщили ученые в рамках конференции Association for Computer Aided Design in Architecture. На предстоящей встрече они расскажут о том, как бактерии реагируют на внешние силы, такие как давление грунтовых вод, которые извне воздействуют на фундамент (как изображено на рисунке). Когда все наблюдения будут сделаны, исследователи заменят ген свечения на ген, который и будет создавать так называемый «биоцемент», который в теории будет выполнять функции самовосстанавливающегося фундамента.
www.popmech.ru
