close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

PZ Mineralnye dobavki k tsementu

код для вставкиСкачать
Диплом на тему "Минеральные добавки к цементу"
Реферат
Пояснительная записка содержит 140 страниц,46 таблиц, 48 рисунков.
Графическая часть состоит из 10 листов формата А1.
В
дипломной
работе
проводилось
исследование
по
влиянию
природного и искусственного волластонита, а также других минеральных
добавок в вяжущих на основе портландцемента и портландцемента с
добавкой глиноземистого цемента.
В данной работе приведен литературный обзор на заданную тему,
характеристики исследуемых сырьевых материалов, а также описаны ход
работы, способы исследования материалов и приведены результаты этих
исследований.
В экономической части проекта разработан бизнес-план, приведены
калькуляции продукции и технико-экономические показатели.
The abstract
The explanatory note consist of 140 pages, 46 tables, 48 drawing. The
graphical part consist of 10 sheets of A1.
In the research, paper was conducted research on the influence of natural and
synthetic wollastonite and other mineral additives in binders based on Portland
cement and Portland cement + aluminous cement.
This paper presents a review literature on a given topic, the characteristics of
the studied raw materials, and describe the progress made, the methods of research
materials and the results of these studies.
In the economic part of the project developed a business plan that shows the
calculation of production and the technical and economic performance.
2
Содержание
Введение......................................................................................................... 6
1 Многокомпонентныецементы .................................................................. 7
1.1 Составцементаипродуктыегогидратации ............................................. 8
1.1.1Состав портландцементного клинкера ..................................... 8
1.1.2Продукты гидратации клинкерных минералов и цемента ... 11
1.2 Фаза C-S-H: морфология,состав, структура ....................................... 13
1.3 Особенности структуры силикатов и гидросиликатовкальция ....... 18
1.3.1 Структура низкоосновныхсиликатов кальция ...................... 18
1.3.2 Структуры гидросиликатов кальция и продуктов их
дегидратации ............................................................................................... 22
1.4 Влияние добавок силикатов кальция на твердение цемента ............ 28
1.5 Типичные добавки для многокомпонентных цементов.................... 30
1.5.1 Активные минеральные добавки............................................ 31
1.5.2 Золы ТЭС .................................................................................. 32
1.5.3Шлаки ......................................................................................... 35
1.5.4 Доменный гранулированный шлак ........................................ 37
1.5.5 Микрокремнезем ...................................................................... 43
1.5.6 Горные породы ......................................................................... 44
Выводы по главе 1....................................................................................... 46
Цель и задачи исследования ...................................................................... 47
2 Методы исследования и характеристика сырьевых материалов ........ 48
2.1 Методы испытания ............................................................................... 48
2.1.1 Методы испытания сырьевых материалов ............................ 48
2.1.1.1 Испытание портландцемента............................................... 48
2.1.1.2
Испытание
доменного
гранулированного
шлака,
природного волластонита и шлака ТЭЦ-3 ............................................... 51
2.1.1.1 Испытание микрокремнезема .............................................. 51
2.2 Характеристика сырьевых материалов ............................................... 52
3
2.3 Методика проведения эксперимента .................................................. 56
2.3.1 Подготовка сырьевых материалов. Механическая активация
....................................................................................................................... 58
3 Исследование минеральных добавок к цементу ................................... 60
3.1 Зависимость прочности цементного камня от видаминеральных
добавок ................................................................................................................... 60
3.2 Влияние искусственного волластонита на прочность цементного
камня ....................................................................................................................... 64
3.3
Прочность
многокомпонентной
композиции
с
добавкой
глиноземистого цемента ....................................................................................... 66
Выводы по работе ....................................................................................... 77
4
Маркетинговые
исследования
рынка
автоклавных
стеновыхматериалов РФ ....................................................................................... 78
4.1 Цель ........................................................................................................ 78
4.2 Гипотеза ................................................................................................. 78
4.3 Задачи ..................................................................................................... 78
4.4 Развитие рынка стеновых материалов в России ................................ 79
4.5 Основные производители стеновых материалов по регионам России
................................................................................................................................. 82
4.6 Факторы, влияющие на спрос и сбыт стеновых материалов в России
и Алтайском крае .................................................................................................. 85
4.7 Формирование цен на стеновые материалы относительно их свойств
и региона продаж................................................................................................... 91
Выводы к главе ............................................................................................ 95
5 Экономическая часть ............................................................................... 96
5.1 Резюме .................................................................................................... 97
5.2 Анализ положения дел в отрасли ........................................................ 98
5.3 Сущность проекта ............................................................................... 100
5.4 План маркетинга ................................................................................. 102
5.5 Производственный план ..................................................................... 103
4
5.6 Организационный план ...................................................................... 114
5.7 Оценка риска ....................................................................................... 117
5.8 Финансовый план ................................................................................ 120
5.8.1 Оценка инвестиций в проект ................................................ 124
Список литературы ................................................................................... 137
Приложение А ........................................................................................... 139
Приложение Б ............................................................................................ 140
5
Введение
Существует огромное количество различных минеральных добавок для
вяжущих веществ. Заменяя ими определенную часть цемента, можно
получить более стойкие системы, сокращая расходы дорогостоящего
вяжущего.
Как
правило
–
это
активные
минеральные
добавки
(АМД),
связывающие при твердении известь. Существуют и инертные добавки
(микронаполнители), которые при очень тонком измельчении оказывают
положительный эффект на твердение цемента. Зерна микронаполнителей
создают поверхность, на которой происходит рост фаз гидратных соединений.
Целью нашего исследования было сравнение различных минеральных
добавок к цементу.
6
1 Многокомпонентные цементы
Цемент многокомпонентный - гидравлическое вяжущее вещество,
получаемое совместным измельчением портландцементного клинкера (или
портландцемента) и минеральных добавок.
В качестве минеральных добавок используются зола-унос, доменный
гранулированный шлак, активные минеральные добавки, а также инертные
добавки-наполнители (молотые горные породы: известняк, доломит, мрамор,
кварц и др.).
По зарубежным стандартам (например, EN) содержание клинкера в
таких цементах не должно быть менее 20%, по проектам современных
российских стандартов – 40%, в качестве минеральных добавок в таких
цементах в разных сочетаниях используют доменный гранулированный шлак,
пуццолановые добавки, золу-унос тепловых станций, микрокремнезём, а в
некоторых случаях и молотый известняк.
Производство
многокомпонентных
цементов
преследует
цели
снижения энергозатрат на приготовление вяжущих веществ и утилизацию
отходов. Затраты на производство таких цементов и их стоимость ниже
стоимости
рядового
портландцемента.
По
стандарту
EN-197
в
композиционном цементе в качестве минеральных добавок применяются
доменный шлак, природная или искусственная пуццолана и кислая зола-унос
тепловых электростанций.
ГОСТ 31108-2003 разрешает применять в качестве минеральных
добавок - основных компонентов цемента гранулированный шлак по ГОСТ
3476, активные минеральные добавки - пуццоланы (природные или
искусственные пуццоланы, топливные золы, в том числе кислые или
основные золы-уноса, микрокремнезем, глиеж и обожженные сланцы) и
добавку-наполнитель
-
известняк
по
документации.
7
соответствующей
нормативной
Представление о механизме действия добавок неразрывно связано с
теорией гидратации и твердения минеральных вяжущих веществ. Как
справедливо считают авторы [20], это две стороны одной проблемы, так как
результаты изучения добавок в бетон служат экспериментальной основой для
теоретической основы вопросов твердения вяжущих, а надежные данные о
механизме гидратации и твердения цемента помогают находить оптимальные
решения при использовании уже известных добавок, расширять сферы их
применения в строительстве и изыскивать новые высокоэффективные
добавки.
1.1 Состав цемента и продукты его гидратации
1.1.1 Состав портландцементного клинкера
Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество,
получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с гипсом, а
иногда и со специальными добавками.
Клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной однородной
сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых других
материалов (мергеля, доменного шлака и прочее). При этом обеспечивается
преимущественное содержание в нем высокоосновных силикатов кальция
(70-80%)[9].Гипс в портландцемент добавляют для регулирования скорости
схватывания и некоторых других свойств. Клинкерный порошок без гипса
при смешивании с водой быстро схватывается и затвердевает в цементный
камень, который характеризуется пониженными техническими свойствами[1].
Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широких
пределах. Главными окислами цементного клинкера являются окись кальция
СаО, двуокись кремния SiO2, окись алюминия Аl2O3 и окись железа Fe2O3,
суммарное содержание которых достигает обычно 95-97%. Кроме них в
состав клинкера в виде различных соединений в небольших количествах
8
могут входить окись магния MgO, серный ангидрид SO3, двуокись титана
ТiO2, окись хрома Сr2O3, окись марганца Мn2O3, щелочи Na2O и К2O,
фосфорный ангидрид Р2O6 и др. Содержание оксидов показано в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Химическийсоставклинкера[2]
Оксиды
Содержание, %
СаО
63-66
SiO2
21-24
Аl2O3
4-8
Fe2O3
2-4
MgO
0,5-5
SO3
0,3-1
Na2O + К2O
0,4-1
ТiO2 +Сr2O3
0,2-0,5
Р2O5
0,1-0,3
Анализ химического состава узких фракций клинкерного порошка
показывает, что крупные фракции отличаются более высоким содержанием
SiO2, Fe2O3 и MgO, а мелкие более высокими п.п.п и содержанием SO3[9].
Микроструктура цементного клинкера (рисунок 1.1) представлена
преимущественно кристаллами минералов-силикатов, между которыми
находится так называемая промежуточная фаза. Промежуточная фаза
включает алюминаты и алюмоферриты кальция в кристаллическом виде, а
также стекловидную фазу.
Минеральный состав клинкера [1,2].
Основными минералами - силикатами цементного клинкера являются
алит ЗСаО•SiO2 (C3S), белит 2СаО•SiO2 (C2S), алюминат ЗСаО•Аl2O3 (C3A) и
алюмоферрит 4СаО•Аl2O3•Fe2O3 (C4AF).
Алит — важнейший клинкерный минерал-силикат, определяющий
высокую
прочность,
быстроту
твердения
и
ряд
других
свойств
портландцемента. В клинкере он содержится обычно в количестве 45-60%.
9
По современным данным алит рассматривают как твердый раствор
трехкальциевого силиката и небольшого количества MgO, Аl2O3, Р2O5, Сr2O3
и др. Хотя содержание этих примесей в трехкальциевом силикате и
небольшое (2-4%), но они определенным образом влияют на его структуру и
свойства.
Трехкальциевый
силикат
встречается
в
трех
полиморфных
модификациях. При этом чистый C3S обычно кристаллизуется в триклинной
форме, примеси же переводят структуру в моноклинную (в цементах), а
иногда в тригональную.
Рисунок 1.1 – Микроструктура портландцементного клинкера[32]
Белит — второй основной минерал портландцементного клинкера,
отличается медленным твердением, но обеспечивает достижение высокой
прочности
при
длительном
твердении
портландцемента.
Он
может
встречаться в четырех полиморфных модификациях: α, ά, β, γ.
В портландцементе белит, как и алит, представляет собой твердый
раствор β-двухкальциевого силиката (β-2СаО•SiO2) и небольшого количества
(1-3%) таких примесей, как Аl2O3, Fe2O3, Сr2O3 и др. Он содержится в
клинкерах обычных портландцементов в количестве 15-30% и обозначается
формулой β-C2S (т. е. без учета примесей)[7].
10
Форма, размеры и структура кристаллов алита и белита могут быть
различными. Они зависят от структуры исходных сырьевых компонентов,
режима обжига и охлаждения.
Алюминаты кальция присутствуют в клинкере в виде C3A. Иногда
встречается также С12А7 (которому ранее приписывался состав С5А3).
Алюмоферриты кальция имеют переменный состав и представляют собой
серию твердых растворов в системе С12А7 - С2F - СаО. В этой серии
обнаружены следующие соединения: C8A3F, C6A2F, C4AF, C6AF2. Обычно в
литературе
обозначают
алюмоферритную
как
фазу
портландцементного
четырехкальциевыйалюмоферрит
клинкера
(браунмиллерит).
Стекловидная фаза отличается переменным составом со значительным
содержанием А12О3, Fe2О3.
Второстепенные фазы. Окись кальция СаО и магния MgO (периклаз) нежелательные фазы цементного клинкера. Поэтому состав сырьевой смеси
должен быть таким, чтобы в продукте обжига полностью или почти
полностью отсутствовали эти фазы.
Процесс
твердения
портландцемента
в
основном
определяется
гидратацией клинкерных минералов C3S, β-C2S, С3А и C4AF. Однако на него
могут существенно влиять характер кристаллизации минералов в клинкере,
примеси, входящие в эти соединения, а также стекловидная фаза и другие
минералы, содержащиеся в меньших количествах[1].
1.1.2 Продукты гидратации клинкерных минералов и цемента
При твердении портландцемента происходит ряд весьма сложных
химических и физических явлений. Каждый из минералов при затворении
водой реагирует с ней и дает различные новообразования. Все процессы
взаимодействия отдельных клинкерных минералов с водой протекают
одновременно, налагаются один на другой и влияют друг на друга.
Получившиеся новообразования могут в свою очередь взаимодействовать
11
как между собой, так и с исходными клинкерными минералами и давать
новые соединения. Все это создает трудности при изучении твердения
портландцемента. Типичными реакциями для твердения портландцемента и
других вяжущих веществ являются реакции гидратации, протекающие с
присоединением воды. Они могут идти без распада основного вещества или
сопровождаться его распадом (реакции гидролиза)[31].
Процесс
гидратацией
твердения
портландцемента
силикатов,
алюминатов
и
в
основном
определяется
алюмоферритов
кальция.
Взаимодействие C3S с водой при комнатной температуре происходит при
полной гидратации.
При температурах ниже 80°С при малых В/Т C3S превращается в
гидросиликатCSH(II)(по Х.Тейлору) с C/S≈l,5 и соответствующее количество
Са(ОН)2. Однако в присутствии небольшого количества щелочей или при
гидратации большим количеством воды возникают гидросиликаты группы
CSH(I) (по Х.Тейлору).
Низкоосновныегидросиликаты кальция относятся к серии CSH(I). По
структуре они близки к природному минералу тобермориту, и их называют
тоберморитоподобными фазами. Гидратация β-C2S протекает в тех же
условиях, причем известь выделяется в меньшем количестве[2].
Взаимодействие С3А с водой протекает с большей скоростью при
температуре
затворения
21°С
и
значительном
выделении
тепла.Трехкальциевый алюминат при взаимодействии с водой в присутствии
двуводного гипса, гидратируясь при обычных температурах, образует
комплексные соединения, трисульфогидроалюминат кальция (эттрингит),
который предотвращает дальнейшую быструю гидратацию С3А за счет
образования защитного слоя и замедляет (до 3...5 ч) первую стадию процесса
твердения — схватывание цемента. Вместе с тем добавка гипса ускоряет
процесс твердения цемента в начальные сроки гидратации.
Алюмоферритная
портландцементах
фаза,
представленная
в
четырехкальциевымалюмоферритом,
12
обыкновенных
в
условиях
гидратации портландцемента, т. е. насыщенного известью раствора, при
нормальной температуре взаимодействует с водой стехиометрически.
Скорость взаимодействия клинкерных минералов с водой зависит как
от их индивидуальных особенностей, так и от количества воды затворения,
тонкости помола, температуры гидратации[1,9].
Размер частиц цемента является важнейшим фактором, влияющим на
его свойства. Исследованы химический и минеральный составы узких
фракций цемента, прочность растет с увеличением удельной поверхности,
причем фракция 3-15 мкм способствует набору прочности преимущественно в
возрасте 3суток, тогда как фракция 16-30 мкм имеет значение для
формирования прочности в возрасте 28 суток. Причина этого заключается в
том, что в мелких фракциях содержится больше C3S, в крупных - больше
C2S[9].
Тонкость помола цемента всегда рассматривалась в качестве одного из
основных факторов, влияющих на его свойства. Этот параметр можно
характеризовать результатами ситового анализа, значением удельной
поверхности и распределением частиц по размерам (гранулометрическим
составом). Хотя данные ситового анализа, и удельная поверхность
используются в производстве цемента в качестве обычных контрольных
параметров,
в
большей
степени
на
свойства
цемента
влияет
гранулометрический состав.При сравнении по гранулометрическому составу
восьми портландцементов марки ПЦ 500-Д0-Н и ЦЕМ-1-42,5, используемых
для
производства
сборного
железобетона,
установлено,
что
ряд
отечественных портландцементов имеет меньшее содержание частиц
размером менее 2 и 16 мкм, чем в немецких цементах более низкого класса
прочности [10].
13
1.2 Фаза C-S-H: морфология, состав, структура
Гидросиликаты кальция, образующиеся при обычной и повышенных
(до
100°С)
температурах,
характеризуются
очень
слабой
степенью
кристаллизации и обозначаются по Тейлору общей формулой С-S-Н. В
соответствии с их гелевидной структурой их называют также гелевой фазой.
Фаза
C-S-H
или
аморфные
коллоидных
размеров
частицы
гидросиликатов кальция неопределенного состава,являетсяглавной фазой при
твердении портландцемента. Формирование C-S-H геля происходит из
клинкерных минералов алита (C3S) и белита (С2S). Алит формирует C-S-H
гель на ранних стадиях гидратации (до полугода), а белит на поздних.
Реакции протекают следующим образом:
для алита: 2(3CaO · SiO2) + 6H2O = 2CaO-SiO2-H2O+ 3Ca(OH)2;
для белита: 2(2CaO · SiO2) + 4H2O = 2 CaO-SiO2-H2O + Ca(OH)2.
К этой группе примыкает отличающийся от них тоберморит
5СаО•6SiО2•5H2О, образующийся в определенных условиях при автоклавной
обработке паром силикатов кальция и известково-кремнеземистых смесей.
Тоберморит
характеризуется
хорошо
оформленными
кристаллами
с
базальными межплоскостными расстояниями 14; 11,3 и 9,4Ǻ[7].
При этом по многим данным, новообразования, особенно те, состав
которых характеризуется повышенной основностью (отношение С/S более
1,3), имеют склонность свертываться в рулон, образуя как бы волокно с
внутренней полостью. В ней размещаются молекулы воды, удерживаемые
адсорбционными силами разной интенсивности в зависимости от места
расположения; на внешних или внутренних поверхностях волокна. В
условиях вакуума или при нагревании вода из этих полостей постепенно
испаряется. С большим трудом удаляются те молекулы воды, которые входят
в состав кристаллов и размещаются между слоями решетки. Как уже
отмечалось,
испарение
воды,
адсорбированной
и
находящейся
в
кристаллической решетке, сопровождается усадкой системы, увлажнение же
14
сопровождается набуханием. Эти соединения разлагаются содержащейся в
воздухе углекислотой.
В смесях C3S и C2S с кварцевым порошком указанных составов при
тепловлажностной обработке в течение 8-10 ч при 174,5-200°С образуется CS-H(I), а при малых количествах песка — и C-S-H(II). Эти же соединения
возникают и при паровой обработке в автоклавах смесей гидрата окиси
кальция с кварцевым порошком и другими кремнеземистыми материалами.
Характерно, что присмесяхсвысоким содержанием СаОвозникаетC2Sα-гидрат,
а с пониженными — С-S-Н (I) и С-S-H (II)[1,4].
Важно отметить, что образование низкоосновныхгидросиликатов
кальция приводит к повышенной прочности цементного камня. При
возникновении же высокоосновных соединений (C2Sα-гидрат) прочность
значительно меньше.
Рядом исследований это явление предположительно объясняется
степенью
конденсации
кремнийкислородных
анионов.
Повышенное
содержание анионов с высокой степенью конденсации в единице объема
цементного камня сопровождается обогащением системы при прочих равных
условиях силоксановыми группами с прочными ковалентными связями,
создающими предпосылки к развитию высокой прочности.
В составе низкоосновныхгидросиликатов кальция превалируют анионы
с высокой степенью конденсации (полимеризации), что предопределяет
повышенные их связующие свойства. Высокоосновные гидросиликаты
содержат преимущественно относительно слабые кальций-кислородные
ионные связи, которые не в состоянии полностью компенсировать убыль из
системы ковалентных связей.
В
тоберморитовом
геле
дисперсной
фазой
являются
субмикрокристаллыгидросиликатов кальция, образующиеся при гидратации
силикатных фаз портландцементного клинкера.
Состав гидросиликатов кальция определяется составом жидкой фазы и
температурой и может изменяться в довольно широких пределах, однако
15
гидросиликаты кальция, образующиеся при гидратации цемента при
нормальной температуре, несмотря на переменный состав, имеют примерно
одно и то же внутрикристаллическое строение. Кристаллы гидросиликатов,
как и природный минерал тоберморит, имеют слоистую псевдоструктуру.
Среди гидросиликатов геля C-S-H выделяют внутренний гидрат C-S-H(I) и
внешний C-S-H(II). Морфологически гидросиликатыC-S-H(II) представлены
волокнообразными частицами диаметром около 100 нм и длиной первые
микроны, иногда - миллиметры, а C-S-H(1) - очень тонкодисперсными
чешуйками.
При взаимодействии портландцемента с водой при обычных и
повышенных
температурах
(до
100°С)
новообразования
(особенно
гидросиликаты кальция) возникают в виде чрезвычайно дисперсных
полукристаллических частичек. Относятся они к гелевидным фазам. Их
можно обнаружить лишь с помощью рентгеноструктурного анализа и
электронного микроскопа. В оптическом микроскопе они неразличимы.
Лишь кристаллы гидрата окиси кальция и гидросульфоалюмината кальция
при твердении цемента достигают значительных размеров (более 0,5 мкм),
становясь видимыми в обыкновенном микроскопе. Автоклавная обработка,
особенно длительная по времени и при повышенных температурах,
способствует резкому увеличению размеров частичек новообразований.
Такие частички становятся различимыми в оптическом микроскопе.
По данным Хедина, при гидратации клинкерных минералов и их
смесей образуются вещества со структурой частичек следующих пяти
основных типов: призматические или игольчатые кристаллы; гексагональные
пластинки; кристаллы, образующие гранулы; деформированные пластинки,
таблетки или чешуйки; аморфные массы.
В свою очередь, первый тип включает три группы призматических и
игольчатых кристаллов. Так, C-S-H (II), образующийся при гидратации
силиката кальция в концентрированных растворах гидроокиси кальция,
имеет форму мелких иглообразных кристаллов. Иглы ветвятся, образуя
16
дендритообразнуюструктуру и создавая постепенно плотную оболочку
вокруг исходных частичек вяжущего. В последующем с утолщением
оболочек частички объединяются в непрерывную высокопрочную структуру.
Таким образом, C-S-H(II) способствует достижению высокой прочности
твердеющей системы.
Представителем второй группы призматических кристаллов первого
типа является эттрингит, образующийся из алюминатов кальция при высоких
концентрациях в окружающей водной среде гидроокиси кальция и гипса.
При большом содержании в растворе алюминатов он возникает в виде
коротких игл, не склонных к образованию дендритных структур и плотных
оболочек вокруг зерен. Поэтому образование эттрингита не приводит к
упрочнению системы. В случае медленной кристаллизации эттрингита из
слабо концентрированных растворов образуются длинные призматические
кристаллы, растущие от поверхности частиц вяжущих, создавая между ними
перемычки и отталкивая их друг от друга. Это приводит к разрыхлению и
разрушению структуры.
В качестве представителя третьей группы первого типа, может явиться
десятиводный однокальциевый алюминат СаО•Аl2O3•10Н2О — САН10 —
основной
минерал
глиноземистого
цемента.
Кристаллы
CAH10,
образующиеся при взаимодействии СА с водой, дают ветвящиеся дендриты и
объединяются в устойчивые структуры вокруг частичек цемента, что
приводит к хорошей связи между ними и высокой прочности, в частности,
глиноземистого цемента.
Ко второму типу относятся гексагональные пластинки, возникающие
при гидратации большинства гидроалюминатов и гидроферритов кальция, а
также при образовании моносульфоалюмината кальция и гидроокиси
кальция. Частички этих гидратов могут существенно различаться по
размерам и внешнему виду. Они часто возникают в виде отдельных
кристаллов и, не обладая взаимной когезией, не оказывают существенного
влияния на прочность. В некоторых случаях пластинки могут сливаться по
17
базальным
поверхностям,
образуя
плотные
массы
и
способствуя
значительному увеличению прочности твердеющей системы.
К третьему типу кристаллов, образующих зерна, относятся, в частности,
гидраты кубической формы С3(А,F)Н6. Отдельные скопления частичек этих
гидратов не срастаются друг с другом и не увеличивают прочность.
К четвертому типу веществ, образующих деформированные пластинки,
диски или чешуйки, можно отнести низкоосновныйгидросиликат кальция.
Его
пластинки
при
гидратации
вяжущего
постепенно
заполняют
пространство между частичками последнего, что способствует развитию
прочности, особенно в условиях автоклавного твердения.
К пятому типу гидратов, образующихся в виде гелевидных масс,
относятся Аl(ОН)3 и Fe(OH)3. Прочность их низкая, но, полностью заполняя
промежутки в твердеющей системе, они повышают ее прочность.
В целом же развитие структур высокой прочности обеспечивается теми
гидратными новообразованиями, частички которых кристаллизуются в формах,
имеющих тенденцию к образованию прочных связей с соседними частицами и,
следовательно, к образованию непрерывной структуры в твердеющей
системе[1].
1.3 Особенности структуры силикатов и гидросиликатов кальция
1.3.1. Структура низкоосновных силикатов кальция
Основу
силикатных
соединений
составляют
неорганические
кислородные соединения кремния, включающие в себя тетраэдрическую
группу [SiO4]4- с силоксановыми (~30% ионности) связями Si-O иSi-O-Si;
причем их характерной особенностью является способность ассоциироваться
друг с другом, образуя циклические, длинные ленточные, двумерные и
слоистые (пространственные) структуры [33].
18
В
состав
цементного
камня,
образующегося
при
выкристаллизовывании новой фазы из пересыщенных растворов, входят
гидросиликаты кальция – основные носители его прочности и долговечности:
волокнистые тоберморитоподобные фазы – соединения общего состава
4СаО·5SiO2·5H2O; СаО·SiO2·H2O; 3СаО·2SiO2·3H2O, а также гидросиликаты с
отношением СаО:SiO2=1,7:2[34].
В первую очередь к силикатам кальция следует отнести такие
минералы, как:
1) минералы портландцементного клинкера:
трехкальциевый силикат (3СаО·SiO2·Ca3SiO4), двухкальциевый силикат
3СаО·SiO2·Ca2SiO4, - островные силикаты (ортосиликаты);
2) минералы группы мелилита – островные силикаты (диортосиликаты):
-геленит (Ca2Al[AlSiO7])
-окерманит(Ca2Mg[AlSiO7])
-ранкинит (Ca3[Si2O7])
Все перечисленные выше диортосиликаты кальция встречаются в
доменных шлаках.
3) Волластонит(Ca2[Si2O6]1)͚
а)
б)
в)
Рисунок 1.2–а) Элементы структур силикатов с мелкими и крупными
катионами: 1 – ортогруппа[SiO4]4-; 2 – октаэдр вокруг мелкого катиона; 3 –
19
октаэдр вокруг крупного катиона; 4 – диортогруппа[Si2O7]6-; б)
волластонитовая цепочка; в) родонитовая цепочка [3]
Волластонит β-СаО∙5SiO2(β-CS). и псевдоволластонит α-СаО-5SiO2однокальциевые силикаты. Волластонит — природный минерал, образуется
также при расстекловании некоторых технических стекол. Форма кристаллов
игольчатая, брусковидная и волокнистая со спайностью, параллельной
удлинению.
Рисунок 1.3 – Кристаллы природного волластонита
Структура
волластонита
(рисунок
1.3)
характеризуется
повторяющимися, тетраэдрами кремнезема. Цепочки, формируемые этими
тетраэдрами, соединены по ребрам через кислород и кальций, образуя
восьмигранники. Благодаря такой структуре, волластонит растет как
игольчатый
кристалл
и
сохраняет
эту
игольчатую
структуру
при
расщеплении. Высокая плотность кварцевых цепочек обеспечивает твердость
этого минерала (4,5-5 по Моосу). В природе небольшое количество кальция
может замещаться железом, магнием, марганцем, алюминием, калием и
натрием.
Существуют две очень близкие формы низкотемпературногоCS:
моноклинный, или параволластонит, и триклинный волластонит. Последняя
форма обычно встречается в больших природных месторождениях β20
CS.Ихэлементарные ячейки, очевидно, близки друг к другу и отклонения
угла от 90° в триклинной форме, вероятно, незначительны [3].
Результаты,
полученные
в
четырех
различных
лабораториях,
подтверждают, что бесконечные перекрученные цепочки присутствуют в
обеих формахβ-CS. Эти цепочки повторяются с интервалами через три
тетраэдра и названы поэтому «тройными цепочками». Большой размер иона
кальция мешает ему войти в более известную пироксеновую или
двухцепочечную структуру в виде отдельного катиона металла, но он хорошо
входит в трехцепочечиую структуру с периодом повторения в 7,3Ǻ.
Рисунок 1.4 - Структура волластонита
Псевдоволластонит (α-CS). Структура этой высокотемпературной
формы CS окончательно не определена. Было сообщено, по крайней мере, о
трех формах, которые являются, вероятно, различными модификациями
одной и той же основной сложной структуры.Обычная нормальная форма
имеет триклинную, псевдоорторомбическую, с-гранецентрированную ячейку
[3].
Для природного волластонита характерна игольчатая структура
кристаллов, при раскалывании которых образуются зерна игольчатой формы.
Игольчатая форма зерна волластонита определяет основное направление его
21
использования в качестве микроармирующего наполнителя. Волластонит
является единственным чисто белым наполнителем, имеющим игольчатую
форму, с отношением длины волокна к его диаметру в зависимости от марки
(L/D) от 3:1 до 20:1.Поверхность волластонита при контакте с водой
гидролизуется,
образуя
гидроксид
кальция,
который
обеспечивает
щелочность дисперсий волластонита. С физико-химической точки зрения,
армирующий
эффект,
волластонита
обладают
вызван
тем,
высокими
что
шероховатые
хемосорбционными
поверхности
свойствами,
и
кристаллы волластонита являются центрами образования ассоциаций с
частицами смеси, «сковывая» подвижность последних друг относительно
друга [1].
Ранкинит (Ca3[Si2O7]) встречается в доменных шлаках, структура его не
установлена, гидравлическими свойствами не обладает. Ранкинит Ca3Si2O7
или 3CaO*2SiO2, в кристаллической структуре которого кремнекислородные
тетраэдры связаны в группе [Si2O7]6-, имеет малую химическую активность.
Геленит
(Ca2Al[AlSiO7)
и
окерманит
(Ca2Mg[AlSiO7]),
также
встречаются в составе большинства доменных шлаков, которым в виде
кристаллических тел не свойственна гидравлическая активность; полученные
же синтетические чистые стекла, имеющие химический состав геленита или
окерманита и их смесей, приобретают гидравлическую активность.
Минералы, искусственно полученные путем синтеза из исходных
веществ, выгодно отличаются от своих аналогов, образованных в природных
условиях, так как в них отсутствуют химические и механические примеси.
При автоклавной обработке известково-кремнезёмистых смесей происходит
ряд
сложных
физико-химических
процессов,
в
результате
которых
получаются монолитные сростки минералов. В зависимости от соотношения
компонентов СaО/SiO2у исходного материала и условий его обработки
возможно получить различные минералы.
Для
получения
тоберморита
должно
создаваться
давление,
соответствующее температурам от 60 до 170°С и отношениеCaO/SiO2равное
22
0,8. Получение ксонотлита происходит при температурах от 150 до 1050°С и
отношении CaO/SiO2 равном 1. Получение волластонита из тоберморита
возможно путём обжига гидросиликата при температуре 850°С (температура
разложения тоберморита на волластонит) [2].
1.3.2. Структуры гидросиликатов кальция и продуктов их дегидратации
Гидросиликаты кальция играют важную роль в формировании
строительных свойств автоклавных материалов и в процессах твердения
вяжущих веществ. Исследования последних лет показали, что состав
гидросиликатов кальция изменяется в широких пределах в зависимости от
исходного сырья, соотношения компонентов и условий синтеза. К
настоящему времени известно 28 гидросиликатов кальция, в том числе 11
природных минералов. Кроме того, известно несколько фаз, состав которых
не установлен.
Следует подчеркнуть, что большое число фаз, характерное для
гидросиликатов кальция, по сравнению со значительно меньшим числом
гидросиликатов магния объясняется тем, что кальций обладает большим
ионным радиусом, что и определяет несколько типов его координации с
кислородом.
Гидросиликаты кальция включают как четко выраженные соединения
кристаллической структуры, так и плохо закристаллизованные вещества,
состав части которых недостаточно точно установлен. Все они почти
нерастворимы в воде. Если реакции гидратации силикатов кальция
протекают при температуре ниже 100°С, то в результате обычно возникают
плохо
закристаллизованные
новообразования;
при
гидратации
портландцемента в виде теста при комнатной температуре появляются
главным образом именно такие продукты. Чтобы получить кристаллические
гидросиликаты кальция, необходимо создать условия, характерные для
гидротермального процесса (реакция должна протекать в присутствии воды
23
при температуре выше 100°С и давлении выше атмосферного). Практически
такие условия создаются при автоклавной обработке цемента и материалов,
содержащих силикаты кальция.
Гидросиликатытоберморитовой группы имеют особенно существенное
значение при гидратации портландцемента. К этой группе относятся как
кристаллические соединения, так и плохо закристаллизованные вещества.
Таблица 1.2- Классификация тоберморитов[2]
Классификация тоберморитов
Первичные
Вид
порошковых Вторичные
подразделения
рентгенограмм
подразделения
Внешний вид под
Состав
электронным
микроскопом
Четко выраженные
рентгенограммы,м
ного
C5S6H9
Тоберморит14Å
рефлексов
Кристаллические
hkl,часто
тобермориты
хорошей
съемки
получить
линий
C5S6H5
при Тоберморит11,3Å
C5S6H0-2
технике Тоберморит9,3ÅТ
удается оберморит12,6ÅТ ?
40-50 оберморит10Å
?
Плоские пластинки
или
пластинкиоктаэдри
ческие,
редко
волокнами
Рентгенограммы
содержат
6-
12линий,
Наполовину
включающих
закристаллизован-
главным
ныетобермориты
рефлексы hk или C-S-H(II)
C-S-H(I)
образом
Ca/Si<1,5 Скрученная фольга,
Ca/Si>=1
обычно волокна
,5
hk0, часто имеется
базальный рефлекс
при 9-14Å
Тобермориты,
близкие
Слабые рефлексы Тоберморитовый
к 1-3
линий
hk гель
24
Ca/Si,
Пластиночки
вероятно неправильной
аморфным
илиполос(приблиз
(преобладающий
ительно 3,05; 2,8 и компонент и др.)
,
всегда формы или фольга,
≥1,5
волокна(?)
1,8Å)
1,4-нм тоберморит имеет слоистую структуру; приставка 1,4-нм
обозначает толщину слоя. При нагревании при 55°С тоберморит теряет
межслоевую воду и претерпевает одномерную усадку решетки, превращаясь
в 1,1-нм тоберморит (примерного состава С5S6H5), чаще называемый просто
тоберморитом. 1,4-нм тоберморит встречаем и в природе и может быть
синтезирован из СН и кремневой кислоты в водной суспензии при 60°С.
Цепочки Si-O относятся к так называемому типу строенных, т.е. они
изогнуты так, что повторяются с интервалом в три тетраэдра. Такая
структура
обусловлена
требованиями
координации
иона
кальция
и
встречается во многих силикатах кальция, включая волластонит. В 1,4-нм
тоберморите цепочки одиночные, т.е. не сконденсированы с другими
подобными цепочками, чтобы образовать двойные цепочки или более
сложные Si-O структуры; эмпирическая формула этого тоберморита Si3O9H.
1,1-Нм тоберморит, если он образовался путем дегидратации 1,4-нм
тоберморита, отличается от последнего только отсутствием некоторых
межслоевых молекул воды и также содержит единичные строенные цепочки.
Женнит
(C9S6H11)
встречается
в
природе
и,
подобно
1,4-нм
тобермориту, может быть синтезирован в водной суспензии из СН и водного
кремнезема при температуре около 100°С.
Женнит образуется легче всего при 80°С из смеси СН и активного
кремнезема
при
отношении
Ca/Si,
равном
1,1-1,2;
однако
при
продолжительной реакции образуется 1,4-нм тоберморит. В природе женнит
встречается совместно с 1,4-нм тоберморитом, с которым он, вероятно,
находится в метастабильном равновесии. Подобно 1,4-нм тобермориту,
женнит имеет слоистую структуру и при 70-90°С теряет воду с усадкой
25
решетки в одном направлении, превращаясь в метаженнит (C9S6H7)
Кристаллическая структура не определена [2].
Рисунок 1.5 - Структура монослоя 1,4-нм тоберморитов в проекциях bс и ас
соответственно; б - цепочки видны с торца, в - предполагаемая структура
монослояженнита в проекции ас; цепочки видны с торца, а - листы Са — О с
края, параллельно их складкам. "Н", обведенные кружочком, обозначают
гидроксильные группы. Везде черные кружочки обозначают атомы Са; Р и В
— спаренные и мостиковые тетраэдры соответственно. Оси женнита
соответствуют моноклинной псевдоячейке с параметрами: а = 1,00 нм; b =
0,36 нм; с = 2,14 нм; f) = 101,9е [2]
Относительно
большое
количество
фаз
заметно
отличает
гидросиликаты кальция от значительно более бедных в этом отношении
аналогичных систем, включающих соединения, которые содержат катионы
меньших размеров, такие как Mg2+ или Fe2+. Одна из причин большей
сложности системы СаО-SiO2-Н2O состоит, вероятно, в том, что кальций
обладает большим ионным радиусом и большей электроположительностью,
благодаря чему возможно несколько различных типов его координации с
26
кислородом.
Ионы
Mg2+
и
Fe2+
напротив,
почти
всегда
имеют
октаэдрическую координацию.
Гидросиликаты кальция почти без исключений по химическому
составу и структуре не являются аналогами соединений, содержащих Mg 2+
или Fe2+ Неизвестны кальциевые соединения - аналоги таких минералов, как
амфиболы, серпантины или слюды. Причина этого также кроется в том, что у
ионов Ca2+ радиус больше, в связи с чем они могут играть лишь
вспомогательную роль во всех таких структурах Исключением из этого
правила является только кальциевый хондродит: структура его аналогична
структуре хондродита — минерала, содержащего Mg2+ или Fe2+.Структура
соединения γ-Ca2SiO4,производным которого (по структуре) является
кальциевый хондродит, аналогична структуре оливина [(Mg, Fe)2 SiO4].
Это объясняется, вероятно, тем, что как оливин, так и хондродит
содержат изолированные тетраэдры SiO4, которые могут значительно
отклоняться от своего положения, что позволяет им образовывать сочетания
с более крупными ионами Са2+ без существенных изменений структуры. В
других магнезиальных или железистых гидросиликатах такие явления
невозможны, так как эти структуры содержат связанные тетраэдры.
Гидросиликаты
кальция,
даже
полученные
в
гидротермальных
условиях (синтезированные в лаборатории или содержащиеся в продуктах
промышленного производства), состоят обычно из мелких кристаллов.
Размеры кристаллов в наибольшем измерении редко превышают 1000 мк. В
продуктах, полученных при температуре ниже 300 °С, кристаллы имеют
обычно размеры 10-20 мк. Многие из этих соединений найдены в виде
природных минералов. Нередко встречаются и более крупные кристаллы. К
сожалению, ни одни из этих минералов не встречается в изобилии, а
некоторые из них обнаруживаются крайне редко. Они встречаются в
основном в контактных зонах, таких как Крестмор в Калифорнии или СкоутХилл в Северной Ирландии, а также в качестве включений в базальте, в
27
частности, в различных месторождениях, находящихся в северо-западной
части Шотландии.
Систематическая химическая номенклатура гидросиликатов кальция
еще не разработана, в связи с чем, когда это возможно, пользуются
наименованиями
соответствующих
минералов.Особенно
большие
затруднения связаны с созданием номенклатуры минералов тоберморитовой
группы[7].
1.4 Влияние добавок силикатов кальция на твердение цемента
При введении в состав цемента минеральных добавок, повышающих
прочность цементного камня (волластонит, диопсид, диабаз) наблюдается
четко выраженный максимум значений прочности. Если плотность добавки
близка к плотности клинкерных минералов и дисперсность добавки и
цемента примерно одинакова, то оптимальное количество добавки составляет
около 8 % по массе. При увеличении дисперсности добавок их оптимальное
количество уменьшается.
В результате проведенных исследований авторов [6] оказалось, что
прочность цементного камня возрастает при введении волластонита до 7-9 %
по массе. Однако при дальнейшем увеличении его содержания прочность
снижается. Такая же ситуация наблюдается при введении добавки диопсида
(силиката кальция и магния - CaO·MgO·2SiO2). Оптимальная концентрация
как добавки волластонита, так и диопсида составляет 7-9 %.
Взаимодействие добавок с клинкерными минералами осуществляется в
зоне
контакта
частиц
этих
компонентов.
Очевидно,
оптимальная
концентрация добавок соответствует случаю, когда частица добавки со всех
сторон плотно окружена частицами цемента. Меньшее количество добавок
приведет к снижению эффективности их действия. При большем их
содержании возможны прямые контакты между частицами добавок, что
также снизит эффективность их влияния.
28
Предположим, что частицы как цемента, так и добавок имеют
сферическую
форму
распределены
по
и
объему
одинаковые
размеры,
равномерно.
В
этом
и
частицы
случае
добавки
приемлемы
закономерности формирования плотной структуры при укладке шаров. В
структурах с плотнейшей их упаковкой возможны два способа: кубическая
плотнейшая упаковка (КПУ) и гексагональная плотнейшая упаковка (ГПУ).
Каждый шар касается 12 других шаров. В структурах с плотнейшей
упаковкой шаров они занимают 74,05 % общего объема, 25,95 % приходится
на пустоты между шарами. В цементном тесте нормальной густоты
водоцементное отношение близко к этой величине. Таким образом, можно
полагать, что цементное тесто нормальной густоты представляет собой
систему из частиц с плотнейшей их упаковкой, при этом пространство между
частицами заполнено водой.Представим, что центральный шар — частица
добавки, а 12 окружающих шаров — частицы цемента. Тогда достигается
максимально возможный контакт частиц добавки с частицами цемента.
Рассчитанное по формуле, приведенной выше, с учетом плотности
гипса, оптимальное количество добавки составляет 5,87 % по массе. Эта
величина близка к полученным экспериментальным данным. Различие может
быть обусловлено тем, что средний размер частиц гипса меньше, чем частиц
цемента.
Рассматривая частицы цемента и добавки как сферические, можно
ориентировочно определить количество частиц цемента вокруг одной
частицы добавки при плотнейшей упаковке частиц в соответствии с первым
правилом Полинга.
Так, если диаметр частицы добавки в 2 раза меньше диаметра частиц
цемента, то в соответствии с этим правилом наиболее вероятное
координационное число при плотнейшей упаковке частиц — 6, т.е. каждая
частица добавки будет окружена 6 частицами цемента. В этом случае объем
частиц добавки составит 1/8 от объема частиц цемента, а оптимальная доля
добавки равна 2 % от объема частиц цемента. Таким образом, при
29
увеличении дисперсности добавки ее концентрация, соответствующая
наиболее эффективному ее действию, снижается.
Применение правила Полинга условно, так как справедливо для случая
размещения ионов в кристаллических решетках. При этом размер каждого
иона одинаков. Кроме плотнейшей упаковки частиц требуется компенсация
электрических зарядов ионов для обеспечения электронейтральности
кристаллической решетки в целом.
Вместе с тем количественное влияние дисперсности добавок будет
достаточно четким: с увеличением их дисперсности оптимальное количество
уменьшается.
Введение минеральных добавок (волластонит, диопсид, диабаз)
способствует повышению прочности цементного камня. Это обусловлено
микроармированием цементного камня минеральными добавками, а также их
воздействием на процесс гидратации цемента. Кроме того, если модуль
упругости минеральной добавки выше, чем у цементного камня, то при
действии внешних нагрузок больший уровень напряжений приходится на
материал добавки, который намного прочнее цементного камня. Это также
обеспечивает повышение прочности цементного камня в целом.
По результатам исследования авторов [6],при введении в состав
цемента микроармирующих минеральных добавок, повышающих прочность
цементного камня (волластонит, диопсид, диабаз) или регулирующих сроки
схватывания цементного теста (гипс), наблюдаются четко выраженные
максимальные
значения
прочности,
соответствующие
оптимальному
количеству добавок. Если плотность добавки близка к плотности клинкерных
минералов и дисперсность добавок и цемента примерно одинакова, то
рассматривая цементное тесто как систему с плотной упаковкой твердых
частиц
и
равномерным
распределением
добавок,
можно
оценить
оптимальное количество добавки как близкое к 8 %. При увеличении
дисперсности добавок их оптимальное количество уменьшается.
30
1.5 Типичные добавки для многокомпонентных цементов
В соответствии с ГОСТ 24640-91 добавки - компоненты вещественного
состава по роли в процессе гидратации и твердения цемента подразделяют
на: активные минеральные и наполнители. В свою очередь активные
минеральные добавки по роду активности подразделяют на обладающие
гидравлическими свойствами и обладающие пуццоланическими свойствами.
Согласно
терминологии,
нормированной
ГОСТ
30515,
«пуццоланические свойства добавок» - это способность в присутствии
извести проявлять гидравлические свойства; «гидравлические свойства» способность тонкоизмельченного материала, затворенного водой, после
предварительного твердения на воздухе или без него продолжать твердеть в
воде и на воздухе.
В соответствии с ГОСТ 31108-2003 в качестве минеральных добавок основных компонентов цемента применяют гранулированный шлак по ГОСТ
3476 [64], активные минеральные добавки - пуццоланы (природные или
искусственные пуццоланы, топливные золы, в том числе кислые или
основные золы-уноса, микрокремнезем, глиеж и обожженные сланцы) [25].
Наполнителями называют порошкообразные материалы, частицы
которых соизмеримы с частицами вяжущего вещества. Как и заполнители,
они могут быть неорганическими и органическими, непременным элементом
в составе которых является углерод; природными и искусственными;
простыми по химическому составу и сложными. Частицы наполнителя могут
быть также пластинчатыми и волокнистыми. Размер частиц обычно от 10 до
100 мкм и не более 1-2 мм.
1.5.1 Активные минеральные добавки
К АМД относятся тонкомолотые или тонкодисперсные минеральные
материалы, состоящие в основном из аморфного кремнезема, обладающего
31
гидравлической
активностью,
а
также,
горные
породы
осадочного
органогенного происхождения и вулканического, получаемые тонким
помолом
или
соответствующей
подготовкой
тонкодисперсных
промышленных отходов. Активно ведутся исследования применения таких
добавок в цементных бетонах. Что связано с одной стороны с проблемой их
утилизации и складировании, а с другой – с экономией клинкера. Следует
отметить, что наиболее востребованы отходы с высокой удельной
поверхностью, не требующие дополнительного помола [3].
В ОСТ 21-9-84 рассмотрены технические требования и методы
исследования активных минеральных добавок, в том числе и зол,
использующихся для производства цементов. Добавка является активной,
если она обеспечивает: конец схватывания теста, изготовленного из добавки
и гидратной извести, не позднее 7 суток с момента его приготовления;
водостойкость образца в течение не менее 3 суток после конца его
схватывания.
1.5.2 Зола и шлак ТЭC
Зола и шлак ТЭС представляют собой остаток от сжигания твердого
топлива. Это продукты высокотемпературной (до 1200…1700оС) обработки
минеральной, несгорающей части углей.
Шлак образуется в результате слипания размягченных частиц золы в
объеме топки или на ее стенках и накапливается в шлаковом бункере под
топкой. Размер зерен шлака 1…50 мм.
Зола уноса (в дальнейшем – зола ТЭС) удаляется из топки с дымовыми
газами и улавливается при их очистке в циклонах и электрофильтрах. Размер
частиц золы менее 0,3 мм.
Свыше 80 % минеральной части углей переходит в золу, до 20 % – в
шлак. Поэтому наибольший практический интерес для переработки в
строительные материалы представляет зола ТЭС.
32
Минеральная часть твердого топлива обычно включает глинистые
минералы, слюды, кварц, полевые шпаты, сульфиды железа, оксиды и
гидроксиды железа, карбонаты кальция, магния и др. В процессе сжигания
компоненты минеральной части изменяются, взаимодействуют друг с другом
и образуют различные соединения,которые обусловливают образование зол и
шлаков
переменного
химического
и
минералогического
состава
в
зависимости от температуры сжигания топлива и состава его минеральной
части[35].
Химический состав зол характеризуется содержанием 35–60% SiO2, 15–
35% Аl2О3, 1–20% Fe2O3, 1–30% СаО и небольшого количества MgO, SO3,
щелочей и других соединений.
В справочном пособии [15] говорится, что химические свойства и
фазово-минералогический состав золы в основном определяются составом
минералогического вещества топлива и теми изменениями, которые оно
претерпевает при высокотемпературной обработке в котлах ТЭЦ.
В зависимости от температуры топки (1200...1600°С) и размеров
частиц минеральная часть углей или плавится полностью, или оплавляется с
поверхности. При охлаждении образуется стекловидная фаза материала.
По
содержанию
высококальциевые
оксида
(Са0>10%)
кальция
и
золы
подразделяются
низкокальциевые
на
(Са0<10%).
Высококальциевые золы обладают некоторыми вяжущими свойствами и
могут применяться для замещения части цемента в бетонах, к которым не
предъявляются высокие требования по прочности и долговечности. В этих
золах часть СаО может находиться в свободном (пережженном) состоянии,
что приводит к неравномерному изменению объема и определенным
сложностям при их применении.
Низкокальциевые золы вяжущими свойствами не обладают, но в
присутствии
извести
гидросиликатов
и
и
воды
активно
гидроалюминатов
участвуют
кальция
в
образовании
-
основных
структурообразующих компонентов цементного камня. Эти золы на 80% и
33
более состоят из алюмосиликатного стекла, которое предопределяет их
пуццоланическую активность. Низкоосновные золы широко используются в
качестве активных минеральных добавок.
Наряду с минеральной частью в золах ТЭС остается небольшое
количество (до 5... 10% и более) несгоревшего топлива, обычно в виде кокса.
Этот компонент золы отличается высокой пористостью, что увеличивает ее
водопотребность, а также может отрицательно влиять на процессы
структурообразования цемента с добавкой золы. Поэтому в стандартах
разных стран ограничивается содержание несгоревшего угля (потери при
прокаливании) 5... 10%[17].
Размеры частиц золы колеблются в пределах 1-100 мкм и близки к
размерам зерен цемента. Поскольку несгоревший уголь содержится главным
образом в крупных частицах, то в отличие от других порошкообразных
материалов с повышением дисперсности зол их водопотребность не
повышается, а в ряде случаев даже снижается[18].
Рассматривая монографию [16], можно выделить, что к основным
свойствам
зол
можно
отнести
объемный
и
удельный
вес,
гранулометрический состав, температуру плавления, микропористость,
гидравлическую активность, водопоглащение и набухание.
Удельный
и
объемный
вес
зависят
от
химического
и
минералогического состава и пористости и дисперсности зол, удельный вес
зол Барнаульских ТЭЦ составляет от 1,93 до 2,32 г/см3, насыпной удельный
вес от 670 до 970 кг/м3.Удельная поверхность зол, определяемая при помощи
прибора ПСХ-2, составляет 2700 ÷ 4400 см2/г.
В ТУ 34-70-10347-81 указаны свойства отходов ТЭЦ, которые могут
использоваться для производства цемента – зола электрофильтров, зола
мокрого удаления из отвала, золошлаковые смеси.
Согласно различным стандартам пуццолановый
характер
определяется скоростью и степенью реакции между ними и Са(ОН)2.
34
АМД
Гранулометрический
состав
золы
имеет
важное
значение
для
использования ее в качестве АМД к цементу. Предпочитают золы с большей
дисперсностью, так как они содержат немного невыгоревших частиц, более
активны и не требует дополнительного изменения, что удешевляет
производство. Если
все же
прочность
повышается,
цемента
требуется дополнительное измельчение,
так
как
нарушается
стекловидная
поверхность зольных частиц и увеличивается их активность. Благодаря
высокой дисперсности золу можно вводить в цемент после измельчения
клинкера.
В
производстве
цемента
с
20-25%
золы
рекомендуется
предварительное измельчение портландцемента (клинкера и гипса) и
последующее совместное дополнительное измельчение с золой.
При введении 10% золы может применяться только смешивание золы с
цементом[19].
При замене 10 % цемента различными золами прочность бетона в
возрасте 14 суток снижается на 20…35 % (в зависимости от качества золы). С
течением времени разница в прочности бетонов с золой и без золы
постепенно сокращается, а в поздние сроки твердения (180…360 суток)
бетоны с умеренным содержанием золы приобретают прочность, равную
прочности бетона без золы и даже превышающую ее.
Это объясняется тем, что формирование прочности бетонов с золой
происходит под влиянием двух важнейших факторов. Первый связан с
уменьшением расхода цемента и повышением В/Ц при введении золы и
приводит к снижению прочности. Второй фактор связан с проявлением
пуццолановой активности золы. В ранние сроки твердения преобладает
первый фактор, в поздние – второй.
Для конструкций, быстро вводимых в эксплуатацию, прочность бетона
с золой в раннем возрасте может быть повышена применением цемента более
высокой марки, использованием добавок-ускорителей твердения бетона,
35
повышением активности золы помолом (без цемента или совместно с
цементом).
1.5.3Шлаки
Шлаками называют побочные продукты, получаемые при плавке
черных и цветных металлов, сжигании твердых видов топлива, а также при
электротермической возгонке фосфора.
В зависимости от происхождения шлаки делят на две большие группы:
- металлургические;
- топливные.
Они
различаются
химическим
и
минералогическим
составом,
кристаллической структурой, вследствие чего их химические, физические и,
следовательно, технические свойства имеют свои особенности[35].
Большие
объемы
отходов
образуются
в
металлургической,
горнообогатительной, энергетической, машиностроительной, химической,
лесной и деревообрабатывающей отраслях народного хозяйства[21].
В металлургии РФ в настоящее время осуществляется модернизация
технологии производства стали с заменой мартеновских печей на дуговые
сталеплавильные печи (ДСП). Значительные отличия в химическом и
фазовом составах шлаков, обусловленные широким диапазоном марок сталей
и используемых расходных материалов усложняют их утилизацию[13].
Химический и минералогический состав шлаков в зависимости от
состава пустой породы руды, топлива, и технологии металлургического
процесса, условий сжигания топлива и условий охлаждения шлаков
колеблется в широких пределах. Многие разновидности металлургических
шлаков по химическому составу могут приближаться к портландцементу и
глиноземистому цементу. Проблема рационального использования этих
побочных продуктов различных отраслей промышленности в производстве
вяжущих веществ давно привлекает внимание исследователей и практиков.
36
Долгое время для производства вяжущих веществ применялись лишь
гранулированные доменные шлаки. В настоящее время учеными установлена
возможность изготовления вяжущих веществ также из передельных шлаков
черной
металлургии,
шлаков
цветной
металлургии,
а
также
из
электротермофосфорных и топливных гранулированных шлаков.
Топливные гранулированные шлаки образуются при пылевидном
сжигании каменных углей при 1500-1700°С и удалении минеральной их
части из топки в виде шлакового расплава, который затем гранулируют,
сливая в воду. Наиболее распространены топливные шлаки, содержащие от 3
до 5% окиси кальция. Встречаются шлаки (а так же золы), количество окиси
кальция в которых составляет 20-35%. Такие шлаки особенно ценны для
изготовления вяжущих веществ. Топливные шлаки (и золы) со значительным
содержанием окиси кальция способны самостоятельно твердеть при
небольших добавках активизаторов [11].
Электротермофосфорные шлаки:
Шлаки этого вида являются побочным продуктом электротермической
переработки фосфатного минерального сырья — фосфоритов и апатитов.
При
1450-1550°С
шихта
плавится,
при
этом
протекают
процессы
восстановления фосфора из оксидных соединений и его возгонка. Расплав
после
выделения
фосфора
подвергают
водной
грануляции,
причем
образуется мелкозернистый шлак в количестве 10-12 т на 1 т фосфора. Он
состоит в основном из оксида кальция и кремнезема, суммарное содержание
которых 80-85%. Шлаки характеризуются преобладанием прозрачного
бесцветного стекла.
Электротермофосфорные гранулированные шлаки используют при
производстве шлаковых цементов, в частности шлакопортландцементов,
заменяя доменные шлаки.
По ГОСТ 3476-74, в этих шлаках должно содержаться, %: SiО2 —не
менее 38, CaO + MgO- не менее 43, Р2О5 — не более 2,5.
37
1.5.4 Доменный гранулированный шлак
Известно, что тонкомолотый доменный гранулированный шлак
является эффективным материалом в части экономии цемента. Шлак широко
применяется как активная минеральная добавка в цементы, кроме того,
данный
материал
является
основным
компонентом
при
получении
шлакощелочных вяжущих и изделий на их основе. При этом при
использовании шлака решается и экологическая проблема [12].
Преобладающими оксидами в шлаке являются SiO2, Al2O3, CaO, MgO,
MnO, FeO и SO3. По характеру и протонодонорным свойствам доменные
шлаки подразделяются на кислые (с преобладанием SiO2 и Al2O3), основные
(с преобладанием CaO и MgO) и нейтральные (с содержанием примерно
равного количества кислотных и основных оксидов).
Таблица 1.3 – Химический состав шлаков, % по массе [35]
Химический состав кислых топливных шлаков представлен в основном
SiО2, А12О3 и Fe2O3. Содержание СаО обычно не превышает в них 5 % [23].
При охлаждении огненно-жидких шлаков в зависимостиот скорости
процесса образуется стекловидная или плотнокристаллическая структура,
представляющая
собой
сложную
минеральную
систему.
В
шлаках
преобладают силикаты, алюминаты, алюмосиликаты и сульфиды.
Силикатную группу составляют минералы: CaO·SiO2 (метасиликат
кальция);
2CaO·SiO2
(ортосиликат
38
кальция);
3CaO·2SiO2
(ранкинит);
CaO·MgO·2SiO2 (монтичеллит); MgO·SiO2 (клиноэнстатит); 2CaO·MgO·SiO2
(окерманит).
Алюмосиликаты:
(геленит);
2CaO·Al2O3·SiO2
CaO·Al2O3·2SiO2
(анортит); Al2O3·SiO2 (силиманит); 3Al2O3·2SiO2 (муллит).
Алюминаты
кальция:
3CaO·Al2O3;
5CaO·3Al2O3;
CaO·Al2O3;
CaO·FeO·2SiO2 (геденбергит) и CаS (ольдгамит).
Этот перечень далеко не исчерпывает всех минералов, их соединений и
разновидностей.
В
процессе
охлаждения
и
кристаллизации
шлаков
образуются также изоморфные смеси и стекловидная фаза. Наиболее
частыми примерами изоморфизма является образование α-CS и β-C2S
(псевдоволластонити волластонит). Полиморфизм C2S имеет 5 различных
модификаций. Из них наиболее изучены α-C2S (ларнит), β-C2S и γ-C2S.
Естественно, в каждой группе шлаков (основные, кислые, нейтральные)
присутствуют наиболее характерные для нее минералы.
Наличие силикатной и алюминатной фаз в шлаках характеризует их как
материал, близкий по составу к цементному клинкеру и, следовательно,
способный обладать вяжущими свойствами.
Некоторые доменные (основные) шлаки обладают самостоятельными
гидравлическими свойствами, но медленно твердеют в обычных условиях.
Большинство же шлаков даже при самом благоприятном химическом
составе
(ни
быстроохлажденные
остеклованные,
ни
тем
более
медленноохлажденные закристаллизованные шлаки) при температуре до
15…25оС почти не проявляют активности во взаимодействии с водой и,
следовательно, не твердеют[35].
Быстроохлажденные стекловидные доменные шлаки в зависимости от
их
химического
состава
способны
в
тонкоизмельченном
состоянии
взаимодействовать с водой и твердеть подобно портландцементу (при
введении активизаторов). Обычно в качестве щелочных активизаторов
применяют едкие щелочи, растворы солей щелочных металлов, известь и
портландцемент, выделяющий при взаимодействии с водой Ca(OH) 2. В
39
качестве сульфатных
активизаторов применяется
гипс в различных
модификациях и ангидрит (CaSO4). При комбинированном возбуждении эти
активизаторы вводят одновременно [23].
В результате грануляции шлак приобретает стекловидную структуру,
находится
в
неустойчивом
состоянии
и
является
более
активной
разновидностью, так как обладает большим запасом внутренней химической
энергии. Вяжущие свойства доменных шлаков связаны с химическим и
минералогическим составами, определяющими их структурные особенности.
В
соответствии
с
ионной
теорией
жидкий
шлак
–
это
микронеоднородный расплав, состоящий из простых катионов (Ca2+, Mg2+,
Na+, Mn2+ и других катионов-модификаторов), анионов кислорода и серы, а
также устойчивых комплексных анионов. Последние возникают при
взаимодействии атомов кремния, алюминия, фосфора и других, так
называемых стеклообразующих, катионов с атомами кислорода, которые
связываются с первыми ковалентными связями.
Комплексные анионы вида (SiO4)4-, (AlO4)5- и т.д. представляют собой
тетраэдр, в углах которого находятся центры атомов кислорода. В центре же
тетраэдра между четырьмя атомами кислорода находится атом кремния или
алюминия. Своими свободными кислородными связями комплексные
анионы могут взаимодействовать как друг с другом, так и с катионамимодификаторами.
Например, тетраэдры (SiO4)4– могут образовывать политетраэдрические
цепи типа [(SiO3)2–]n, [(Si2O5)2–]n и т.п. В них кремнекислородные тетраэдры
могут замещаться тетраэдрами (AlO4)5– и др. Катионы-модификаторы и
комплексные силикатные анионы общей формулой (SixOy)z- образуют
группировки, встречающиеся в расплавах. Эти сложные образования по
своему строению приближаются к соответствующим кристаллическим
веществам, например,к Ca2SiO4, CaSiO3 и др.
Наибольшей активностью характеризуются группы, состоящие из
простейших анионов (SiO4)4–, (AlO4)5–, разобщенных катионами кальция, как
40
в
структуре
ортосиликата.
Образованию
ортосиликатной
структуры
способствует присутствие в расплаве магния. Нарушает эту структуру,
снижая активность групп, наличие марганца.
С повышением температуры расплава происходит разрыв связей,
группировки ионов становятся более мелкими и менее упорядоченными по
строению и вместе с тем более реакционноспособными вследствие
термодинамической неустойчивости. Подобные микронеоднородные ионные
группы в шлаковых расплавах при быстром охлаждении могут быть в той
или иной степени зафиксированы в шлаковом стекле (гранулированные
шлаки), а при достаточно медленном охлаждении из этих групп могут путем
некоторой перегруппировки и агрегации образоваться кристаллические фазы
затвердевшего шлака [35].
Доменные шлаки могут использоваться в производстве вяжущих
материалов по двум основным направлениям: в качестве сырьевого
компонента производства портландцементного клинкера и в производстве
шлакопортландцемента при совместном помоле цементного клинкера и
шлака. В первом случае минералы шлаков при высоких температурах
спекания во вращающейся печи могут частично разлагаться с образованием
оксидов, состав которых должен быть близок оксидному составу сырьевых
компонентов. В этом случае собственная гидравлическая активность
минералов
шлаков
имеет
ограниченное
значение.
Второй
вариант
использования доменных шлаков в производстве вяжущих веществ
предусматривает
наличие
в
их
составе
минералов,
обладающих
гидравлическими свойствами. Обоснованы принципы выбора направления
использования отходов в производстве вяжущих материалов: отсутствие
токсичных элементов, необходимое количественное соотношение оксидов
элементов, соответствие шлаков рекомендациям модульной классификации и
величинам коэффициентов качества и насыщения, наличие гидравлически
активных минералов и аморфного состояния веществ, соответствие
требованиям норм радиационной безопасности [14].
41
В работе авторов [12] рассматривалось влияние шлака на сроки
схватывания.
Введение
шлака
увеличивает
время
начала
и
конца
схватывания. Максимальное значение достигается при введении 70 % шлака.
Это объясняется снижением содержания клинкерной составляющей и при
этом низкой активностью шлака в нормальных условиях при более высокой
его водопотребности. При этом, чем больше шлака в вяжущем, тем
медленнее рост прочности системы в целом.
Последнее можно объяснить также снижением доли мельчайших
частиц в композиционном вяжущем, отвечающих за скорость гидратации в
ранние сроки твердения, по мере увеличения количества добавки шлака. Это
является результатом более низкой размолоспособности шлака по сравнению
с клинкером.
Химический состав шлака достаточно близок к портландцементу и
остается относительно постоянным, особенно по сравнению с летучей золой.
Рисунок 1.6 показывает относительный состав композиций цементных
материалов.
Рисунок 1.6 – Тройная диаграмма СаО-Аl2O3-SiO2, представляющая состав
цементных материалов
42
Реакционная способность шлака в цементе зависит от множества
факторов, в том числе от использования активизаторов, объема шлака,
температуры, времени, характеристик шлака, таких как стекловидные
фракции, химический состав и тонкость помола.
Согласно Хинриксу, замена шлака в диапазоне 25-70 % от массы
цемента не оказывает существенного эффекта. В другом исследовании,
Эскаланте сообщил, что реакционная способность снизилась при замене
выше 30-50%. Баттаджин утверждал, что смесь с самой низкой заменой
шлака имела очень низкую реакционную способность шлака.
В своей работе авторы[11], используя известные методы и объединяя
всю информацию о шлаках, разработали специальный подход для
исследования влияния шлака и выделили его вклад в смешанных системах.
В данной работе сравнение прочности при учете общей пористости
показало, что шлак оказывает существенное влияние на прочность тем, что
заполняет пространство порсвоими продуктами гидратации.Присутствие
шлака значительно тормозило гидратацию белита и, следовательно, степень
реакции цемента, но шлаки благоприятствуют гидратации ферритной фазы.
При сравнении использования низких и высоких щелочных цементов с
добавлением шлака не выявлено значительного отличия в характеристиках,
которое ожидалось в раннем возрасте. В общем, было обнаружено, что
различный состав цементного клинкера очень мало влияет на реакцию
шлаков.
1.5.5 Микрокремнезем
Микрокремнезем (МК) − отход производства ферросплавов, состоящий
из сферических частиц размером 0,01−0,1 мкм и содержащий до 95 %
чистого аморфного кремнезема.
Как и все пуццолановые материалы, микрокремнезем вступает в
реакцию с гидрокисью кальция Ca(OH)2, освобождаемой при гидратации
43
портландцемента для образования вяжущих соединений. Очень высокая
чистота и дисперсность микрокремнезема способствует более эффективной и
быстрой реакции. При надлежащем рассеивании тысячи реактивных
сферических микрочастиц окружают каждое зерно цемента, уплотняя
цементный раствор, заполняя пустоты прочными продуктами гидратации и
улучшая сцепление с заполнителями [20].
Микрокремнезем зачастую используется в сочетании с летучей золой и
гранулированным доменным шлаком для достижения более приемлемых
темпов нарастания прочности. Опыт других стран, недавно получивший
подтверждение в Великобритании, показал, что 1 кг микрокремнезема может
обеспечивать такую же прочность, как 3-5 кг обычного портландцемента, в
смесях одинаковой удобооукладываемости при умеренном содержании
микрокремнезема и цемента в обеих смесях. В Норвегии средняя дозировка
микрокремнезема для смесей обычной прочности составляет 8%. При
добавлении микрокремнезема в количестве до 30% в сочетании с
суперпластификаторами можно получить смеси с отношением вода/вяжущие
ниже 0,3. Такие бетоны могут достигать очень высокой ранней прочности.
Доказано, что микрокремнезем оказывает существенное влияние на
щелочность воды в порах цементного геля. Пуццолановая реакция, повидимому, приводит к образованию геля с высоким содержанием кремнезема,
связывающего щелочные металлы, и возможно, с высоким содержанием
связанной воды. Уровень водородного показателя pH воды в порах бетона на
обычном портландцементе равен 14. При добавлении даже умеренного
количества микрокремнезема он очень быстро снижается до 13. При
добавлении свыше 15% микрокремнезем в конечном счете забирает из воды
в порах практически все ионы щелочных металлов, понижая уровень pH до
12,5. При добавлении около 25 % микрокремнезем нейтрализует всю
свободную известь, освобожденную силикатами портландцемента. При этом
общий уровень pH бетона едва ли снижается до того, что это оказывает
неблагоприятное воздействие на инертность арматуры [37].
44
1.5.6 Горные породы
Применение природных материалов, таких как пуццоланы, трепел,
опока, диатомит известно со времен создания портландцемента.
Диатомиты и трепелы — пористые осадочные породы, состоящие в
основном из аморфного кремнезема SiО2 (в диатомитах 90-95 % SiО2,
трепелы содержат больше примесей). Химический состав диатомитов и
трепелов почти одинаков, однако микроструктура разная.Диатомиты и
трепелы по внешнему виду мало различаются и представляют собой легкие
пористые малопрочные породы светло-серого или желтовато-серого цвета,
окрашенные иногда в темные тона органическими примесями. Средняя
плотность диатомитов и трепелов (в кусках) в зависимости от степени
уплотнения и содержания указанных примесей обычно колеблется в
пределах 400-1000 кг/м3, причем у трепелов она выше, чем у диатомитов.
Опоки – более тяжелые и плотные породы со средней плотностью
1200-1600 кг/м3. Это уплотненные разновидности диатомитов и трепелов
иногда значительной прочности.
Диатомитовые породы преимущественно состоят из мельчайших
панцирей диатомовых водорослей (диатомей). Панцири диатомей размером
2-7 мкм представляют собой водную модификацию кремнезема — опала,
содержащего
до
10%
воды.
В
нем
могут
присутствовать
субмикроскопичесткие кристаллы β-кристобалита [25].
Трепелы состоят в основном из скоплений мельчайших шариков
вторичного водного кремнезема (опала) размером 2-5 мкм.
Все рассматриваемые породы осадочного происхождения близки по
химическому составу. Они содержат обычно (%): 70-90 кремнезема, 3-10
глинозема, 1-3 оксида кальция (в отдельных случаях до 10-20), 1-3 щелочей,
ППП - 2-8.
Глиежи представляют собой «горелые» породы, образовавшиеся в
результате обжига межугольных глин при самовозгорании угля под землей.
45
Глиежи по своим физическим и химическим свойствам подобны глинам,
обожженным при 800-1000°С. Истинная плотность глиежей 2,4-2,7 г/см3, а
средняя плотность (в куске) 1400-2500 кг/м3, прочность на сжатие в пределах
20-60 МПа [5].
46
Выводы по главе 1
1. Структура цементного камня представляет собой неоднородную
систему, в составе которой имеются кристаллические сростки и гелевая фаза
C-S-H (гидросиликаты кальция коллоидных размеров), в структуре которых
выделяются
диортосиликатные
кремнекислородных
анионов.
или
пентамерные
Основная
образования
гелевая
фаза
из
(50-70%)
характеризуется замедленным, более длительным во времени приростом
прочности и более высокой деформативностью. Исследования подтверждают
тесную связь между минералогическим составом цемента, структурой
цементного камня и его физико-механическими свойствами.
2. Можно путем введения добавок воздействовать на структуру и
физико-механические свойства цементного камня и бетона в необходимом
направлении.Многие минеральные добавки к цементу выбирают по
способности связывать в пуццолановой реакции известь цементного камня. В
результате такой реакции образуется дополнительное количество фазы C-S-H.
3.Минеральные добавки, такие как диопсид, волластонит способны
упрочнить структуру цементного камня, поверхностно воздействуя на
формирование фазового состава камня.
47
Цель и задачи исследования
Целью
настоящей
работы
является
установить,
какие
из
тонкодисперсных минеральных добавок в наибольшей мере увеличивают
прочность цементного камня.
Для выполнения поставленной цели необходимо было решить
следующие задачи:
1. Выбрать
минеральные
добавки,
обладающие
пуццолановой
активностью, а также структурирующие материалы, в структуре которых
содержатся волластонитовые цепочки.
2. Измельчить выбранные минеральные добавки до размеров в первые
микроны.
3. Ввести измельченные добавки в цемент и проверить изменение его
прочности.
4. Выявить влияние таких добавок на прочность рядовых цементов.
48
2 Методы исследования и характеристика сырьевых материалов
2.1 Методы испытания
2.1.1 Методы испытания сырьевых материалов
2.1.1.1 Испытание портландцемента
Тонкость помолапо остатку на сите для портландцемента (ПЦ),
определяется по ГОСТ 310.2-76 «Цементы. Методы определения тонкости
помола».
Определение теста нормальной густоты (ТНГ)и сроков схватывания
для портландцемента осуществляется по ГОСТ 310.3-76 «Цементы. Методы
определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности
изменения объёма».
Предел прочности при сжатии для цемента определялся по
ускоренному методу ЦНИИПС-2 (ТУ 71-50) [15], разработанному И. М.
Френкелем. Метод предусматривает испытание в цементном тесте в
образцах-кубиках 2×2×2 см, которые после 20 ч хранения во влажной среде
пропаривают в формах в течение 4 ч. Параллельно такие же образцы хранят в
формах в воде при обычной температуре. По отношению суточной
прочности пропаренных образцов, твердевших при обычной температуре,
устанавливают переходный коэффициент от ускоренного испытания к
обычному.
При испытании отвешивают 200 г цемента и затворяют его таким
количеством воды, которое определяется нормальной густотой по стандарту.
Смесь перемешивают фарфоровой или металлической ложкой, энергично
растирая массу в течение 5 мин, в результате чего получают равномерно
перемешанное тесто. Каждую из двух форм, имеющих по шесть ячеек
кубической формы с размером ребра 2 см, заполняют тестом и производят
49
его штыкование в каждой ячейке, протыкая 10 раз тесто проволочным
стержнем диаметром 3-4 мм и ведя штыкование по периметру ячейки
спирально
к
ее
центру.
Затем
каждую
форму
устанавливают
на
встряхивающий столик и встряхивают 25 раз, после чего каждую форму
закрывают крышкой и завинчивают крепящие и ее болты.
Обе формы с тестом помещают во влажную среду при температуре
+ 20 ± 2 °С. Через 20 ч одну из форм извлекают и ставят в бачок для
кипячения на полку, расположенную выше уровня воды, после чего воду в
бачке подогревают. Когда вода в бачке доведена до кипения, образцы
пропаривают в течение 4 ч, затем форму извлекают из бачка и остужают при
комнатной температуре в течение 1 ч. Затем форму разбирают, извлекают
кубики, измеряют, взвешивают и испытывают их на сжатие.
Одновременно
с
этим
из
другой
формы
извлекают
кубики,
хранившиеся во влажной среде при температуре + 20 ± 2 °С, которые после
обмера и взвешивания также испытывают на сжатие. Испытание проводят на
прессе
небольшой
мощности,
дающем
возможность
создавать
рост
напряжения в испытуемом кубике не более чем в 2-3 кгс/см2 в 1 сек. Кубик
устанавливают на одну из боковых граней так, чтобы направление
разрушающего усилия было параллельно слою укладки. Образец центрируют
относительно направления сжимающего усилия.
Для каждой серии из шести кубиков вычисляют средний предел
прочности при сжатии из четырех наибольших результатов.
Из средних результатов испытания пропаренных кубиков (Асут.проп) и не
подвергшихся пропариванию (Асут.норм) выводят отношение:
η =Асут.проп/Асут.норм
В соответствии с этим отношением по графику (рисунок 2.1)
устанавливают переходный коэффициент k от ускоренного испытания к
стандартному.
50
Рисунок 2.1 – График определения переходного коэффициента от
ускоренного испытания к нормальному
Приближенное значение активности и, следовательно, марки цемента
по результатам ускоренного испытания определяют из формулы:
Ац= k*Асут.проп.
Тонкость помолапо удельной поверхности определяют по ГОСТ 310.276 «Цементы. Методы определения тонкости помола».
Удельная поверхность определяется на приборе ПСХ-2. Для этого
кладут в кювету кружок фильтровальной бумаги и высыпают на него навеску,
которую рассчитывают по формуле: m = 3,33·ρист. Легким постукиванием
разравнивают
слой
материала,
покрывают
его
вторым
кружком
фильтровальной бумаги и уплотняют плунжером. Измеряют с помощью
нониуса на планке плунжера и шкалы на внешней поверхности кюветы
высоту слоя материала. Удаляют плунжер. Открывают кран и посредством
груши создают разрежение под слоем материала. Разрежение должно быть
таким, чтобы жидкость в манометре поднялась до уровня верхнего
расширения в стеклянной трубке. Закрывают кран, измеряют по секундомеру
время t в секундах, за которое мениск жидкости в манометре пройдет между
рисками 1-2 (T1) и 3-4 (T2). Записывают температуру воздуха и вычисляют
удельную поверхность по формуле:
51
где
уд1 = К1 ∙
M√1
уд2 = 2 ∙
√2


M - функция от высоты слоя и температуры воздуха (табличная
величина);
К1, К2 - постоянные для времени T1 и T2 соответственно;
m - масса навески, г.
2.1.1.2 Испытание доменного гранулированного шлака и природного
волластонита и шлака ТЭЦ-3
Насыпная плотности и зерновой состав материалов определялись по
ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».
Тонкость помола по остатку на сите и по удельной поверхности
определялась по ГОСТ 310.2-76 «Цементы. Методы определения тонкости
помола» аналогично методу, указанному в пункте 2.1.1.1.
2.1.1.3 Испытание микрокремнезёма
Для микрокремнезёма определялась насыпная плотность по ГОСТ
8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».
Тонкость помола по удельной поверхности определяется по ГОСТ
310.2-76 «Цементы. Методы определения тонкости помола» аналогично
методу, указанному в пункте 2.1.1.1.
2.2 Характеристика сырьевых материалов
В данной работе применялись следующие сырьевые материалы:
1) портландцемент М500Д0 Искитимского цементного завода (таблица
2.1)
52
Таблица 2.1 – Характеристика портландцемента М500 Д0
Тонкость
В/Ц,
помола, %
%
Сроки
Равномерность
схватывания изменения объема
Предел
Удельная
прочности при
поверхность,
сжатии, МПа
см2/г
86,0
2133
tнач=3 ч 15
0,9
26
мин
Равномерное
tкон=5ч 15
мин
2) природный волластонит
Месторождения
волластонита
Республика
Алтай,
с.
Сейка,
Синюхинское месторождение (рудник «Веселый», Республика Алтай). Его
химический состав, %по массе: 53,4 SiO2, 34,7 СаO, 0,3 MgO, 3,1 Al2O3, 2,4
Fe2O3, п. п. п. - 6,4.
Тонкость помола по остатку на сите № 008 - 19,9 %, удельная
поверхность составляет 2600 см2/г.
3) Доменный гранулированный шлак Новокузнецкого ЗападноСибирского металлургического комбината. Имеет насыпную плотность 1220
кг/м3 и гранулометрический состав, представленный в таблице 2.2
Таблица
2.2
–
Гранулометрический
состав
доменного
гранулированного шлака
Остаток на сите
2,5
1,25
0,63
0,315
0,16
дно
г
174,1
216,1
301,6
230,7
52,7
24,7
частные %
17,41
21,61
30,16
23,07
5,27
2,47
полные %
17,41
39,02
69,18
92,25
97,52
99,99
4) Шлак ТЭЦ-3 г. Барнаула имеет насыпную плотность 1323,6 кг/м3 и
гранулометрический состав, представленный в таблице 2.3
53
Таблица 2.3 – Гранулометрический состав шлака Барнаульской ТЭЦ-3
Остаток на сите
2,5
1,25
0,63
0,315
0,16
дно
г
324,3
400,3
210
49,7
10,1
5,5
частные %
32,43
40,03
21,00
4,97
1,01
0,55
полные %
32,43
72,46
93,46
98,43
99,44
99,99
5) Корунд (г. Ачинск) имеет насыпную плотность 1900 кг/м 3 и
гранулометрический состав, представленный в таблице 2.4
Таблица 2.4 – Гранулометрический состав корунда
Остаток
на
2,5
1,25
0,63
0,315
0,16
дно
г
0
0
0
0
952,4
47,4
частные %
0
0
0
0
95,24
4,74
полные %
0
0
0
0
95,24
99,98
сите
6) Микрокремнезём с новокузнецкого завода ферросплавов имеет
насыпную плотность 320 кг/м3 и удельную поверхность равную 15180 см 2/г.
7) Глиноземистый портландцемент CIMSA ISIDAC 40(Турция).
Прочность на изгиб: 6 часов – 4,1Н/мм2; 24 часа – 8,5Н/мм2.
Химические параметры
Результат, %
SiO2
3,66
Аl2O3
40,12
Fe2O3
6,28
СаО
36,70
MgO
0,68
SO3
0,02
Na2O
0,05
54
К2O
0,09
ТiO2
2,1
Содержание хрома (Сr), +6
0,6
Таблица 2.5 – Параметры глиноземистого цемента
Физические параметры
Результаты, %
Удельный вес, гр/см2
3,24
Установленное
время (минуты)
Тонкость помола
Прочность
при
сжатии
Начальное
270
Конечное
280
Содержание воды
20,4
Удельная поверхность, см2/г
3250
Остаток на сите 0,045мм, %
23,5
Остаток на сите 0,090мм, %
4,7
6 часов
24 часа
30,0
75,1
8) Дисперсность добавок, измельченных в планетарной мельнице
АГО-3
Таблица 2.6 – Средний диаметр 50% тонкой фракции измельченного
материала
Природны
Материал ДГШ
Синтетиче
Кварцев
й
Топливный
ый песок
волластони шлак
Корунд
т
ский
волластони
Ранкинит
Тобермори Ксонотли
т
т
18,71
25,28
т
Размер
частиц,
5,14
5,27
5,57
6,3
6,86
14,97
16,32
мкм
9)
Характеристика
суперпластификатора
суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира.
55
Глениум-115-
Технические данные:
- Плотность (при 200C) - 1,07 ± 0,02 г/см3
- pH (при 200C) - 6,5± 1,5
- Максимальное содержание хлоридов< 0,1 %
- Максимальное содержание щелочей< 1,7 %
Рекомендуемая дозировка составляет 0,1 - 1,1% от массы цемента [24].
10) Характеристика метакаолина ООО «ЮНИТЭК» Дог. Дил. СПб 01
Марка: ВМК-40 (Т3 №097)
Таблица 2.7 – Характеристика метакаолина
Наименование
Ед.
показателя
изм.
Цвет
-
Насыпная
плотность(в
рыхлом состоянии)
кг/м3
Насыпная плотность (в
уплотненном
состоянии)
см2/г
Остаток на сите 008
%
кремния SiO2
Массовая доля оксида
алюминия Аl2O3
Массовая доля оксида
железа Fe2O3
документ
испытания
ТИ 1613.2010
кремовый
Взвешивание
ТИ 1613.2010
460
после ТИ 1613.2010
550
в
мерном
в
мерном
цилиндре
цилиндре,
вибротрамбовки
Удельная поверхность
Массовая доля диоксида
Результат
Визуальный контроль
Взвешивание
кг/м3
Нормативный
Метод испытания
Лазерная гранулометрия
ТИ 1619.2012
15300
ТИ 1613.2010
˂1,0
%
54,1
ТИ 1614.2010
%
Гравиметрический
(ГОСТ
5382- 41,3
01)
%
1,9
Пуццоланическая
мг
По
количеству
активность
Ca(OH нейтрализуемой извести
56
ТИ 16116.2010 ˃1000
)2
ППП
Удельная эффективная
активность, Аэфф,
%
Прокаливание (10000С)
ТИ 1614.2010
2,0
Бк/кг
УСК Гамма-Плюс
ТИ 1626.2013
300
2.3 Методика проведения эксперимента
Методика эксперимента заключалась в добавлении тонкодисперсных
материалов в цемент и контролирование прочности полученных образцов.
Для
этого,
перед
непосредственным
экспериментом,
требовалось
подготовить контроль и добавки. За контроль принят портландцемент
М500Д0, предварительно активированный в лабораторной керамической
мельнице
с
керамическими
мелющими
телами
яйцевидной
формы.
Смешивание цемента с добавками производилось также в керамической
мельнице при одинаковых условиях (время смешивания, количество
мелющих тел, масса загружаемого материала). Данные параметры были
установлены расчетным и визуальным методами. Расчет керамической
мельницы производился, исходя из соотношения параметров шаровой
мельницы с металлическими шарами (объемов ее барабанов, массы
загружаемого материала, массы мелющих тел и их плотности). При
плотности металлических шаров 7800кг/м3, объеме барабана 0,06м3, массе
шаров при загрузке 55 кг масса материала составила 5кг, по аналогии при
плотности керамических шаров 3000кг/м3 объеме барабана 0,009м3, масса
мелющих тел при загрузке составила 3,45кг, во избежание эффекта помола
массу смешиваемого материала приняли 2кг. Время смешивания материала
устанавливалось визуальным методом и составило 45 минут.
Методика эксперимента состояла из трех этапов:
1. Сравнение различных минеральных добавок (МД) в количестве 10%
от массы цемента в отсутствии и совместно с суперпластификатором.
57
2. Изучение влияние прокаленного автоклавного газобетона на
прочность цементного камня.
3.
Изучить
композицию
«ПЦ
+
природный
волластонит
+
глиноземистый цемент». Оценить влияние дополнительного введения в
данный составмикрокремнезема и метакаолина.
На первом этапе добавки перед смешиванием с цементом в
керамической мельнице подвергались измельчению в планетарной мельнице
АГО-3, где достигали конечных размеров.
Образцы
формовались
из
теста
нормальной
густоты
с
постояннойфиксацией количества воды затворения. Для контроля прочности
материала изготавливались 3 формы с восьмью кубиками размерами 2×2×2
см. В первой форме через сутки после формовки и хранения в нормальных
условиях образцы извлекались из форм и продолжали храниться в
нормальных условиях в течение 27 суток (влажность 100 %, температура
20 °С), вторая и третья формы - 3 и 6 месяцев соответственно. После чего
расформовывалась и образцы испытывались на прочность.
Исследуемые добавки вводились в состав цемента в количестве 10 %.
На втором этапе вместо природного волластонитабыл рассмотрен
вариант добавки к цементу искусственного волластонита, полученного
прокаливанием
автоклавного
газобетона.
В
работе
использовался
автоклавный газобетон Новосибирской фирмы «Сибит». Материал дробился
до кусков 10-15 мм, которые прокаливали в муфельной печи при
температурах 600; 800; 1000°С в течение часа. Прокаленный продукт
размалывался до полного прохождения через сито № 008 и добавлялся к
ПЦ500 Д0 Искитимского цементного завода в количестве 1; 5; 10; 15 %.
Из
полученного
вяжущего
из
теста
нормальной
густоты
изготавливались образцы 2×2×2 см, которые твердели 7 и 28 суток в
нормальных условиях или при ТВО (режим: 3-6-3 часа, t=60 °С) и ТВО+28
суток.
На третьем этапе были получены составы:
58
1. ПЦ500 + 10% природного волластонита + 2,5; 5; 10% глинозёмистого
цемента (ГЦ);
2. ПЦ500 + 10% природного волластонита + 2,5; 5; 10% глинозёмистого
цемента(ГЦ) + 5; 10% микрокремнезема (МК);
3. ПЦ500 + 10% природного волластонита + 2,5; 5; 10% глинозёмистого
цемента (ГЦ)+ 2,5; 5; 10% метакаолина.
Образцы2×2×2 см формовались из теста нормальной густоты, затем
хранились в нормальных условиях в течение 7 и 28 суток (влажность 100 %,
температура 20 °С). Также составы подвергалась тепловлажностной
обработке в режиме 3-6-3 (3 часа подъём температуры, 6 часов
изотермическая выдержка при температуре 60 °C и 3 часа понижение
температуры до 20 °С), после чего расформовывалась и испытывались на
прочность. За контроль взяты образцы из цемента ПЦ500Д0 и ПЦ500+10%
природного волластонита.
2.3.1 Подготовка сырьевых материалов. Механическая активация
Тонкое
и
сверхтонкое
измельчение
всегда
сопровождается
увеличением запаса свободной (внутренней и поверхностной) энергии
измельченного продукта. Эту энергию с успехом можно использовать для
увеличения эффективности последующих технологических процессов [20].
На основании этих утверждений подготовленные сырьевые материалы были
подвергнуты механической активации на планетарной мельнице - активатор
АГО-3 в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН.
Технические характеристики данной мельницы представлены в таблице 2.8.
59
Таблица 2.8 – Технические характеристики АГО - 3
Режим работы
дискретный
1
2
Максимальный исходный размер частиц материала,
3…5
мм
Размер частиц на выходе, мкм
0.5-3
Количество и объем барабанов, мл
3*2000
Мелющие тела
шары
Диаметр мелющих тел, мм
6…10
Продолжение таблицы 2.8
1
2
Охлаждающая жидкость
вода
Частота
вращения
барабанов
в
переносном
1315,1560,17
движении, об./мин
80
Центробежное ускорение, развиваемое мелющими
400, 600, 800
телами, м/с2
Мощность электродвигателя, кВт
30
Габаритные размеры (длинна/ширина/высота), мм
1212/575/108
0
Масса, кг
350
До измельчения материал имел размер не более 2,5 мм. Материалы,
имевшие размер частиц более 2,5 мм, предварительно подвергались
60
измельчению в щековой дробилке и виброистирателе, в зависимости от
размера частиц. После механической активации дисперсность помола
определялась
стандартной
на
лазерном
методике.
гранулометрическому
В
гранулометреSHIMADZUSOLD
результате
составу
были
основных
получены
минеральных
2101по
данные
добавок,
запланированных к исследованию. Результаты представлены в таблице 2.6.
61
по
3 Исследование минеральных добавок к цементу
3.1 Зависимость прочности цементного камня от вида минеральных добавок
Раннее проведенные исследования [6] показали, что оптимальное
количество введения добавок, таких как волластонит и диопсид, в цементный
камень составляет 7-9 %. При введении волластонита прочность цементного
камня возрастает на 50-65 % при содержании добавки 5-9 % по массе. При
большем и меньшем количестве добавки наблюдается меньшее увеличение
прочности.
Для сравнения влияния различных минеральных добавок на прочность
цементного камня в отсутствие и совместно с суперпластификатором были
построены гистограммы.
Анализируя полученные данные по прочности, можно сделать вывод,
что лучшие прочностные свойства имеют системы с добавкой природного
волластонита, ранкинита, доменного гранулированного шлака (ДГШ) и
золошлаковых отходов (ЗШО), повышающие прочность на 20-27% выше
контроля (рисунок 3.1). Хорошо проявили себя в поздние сроки ЗШО и ВКЗ,
дающие повышение прочности на 22-29%. Это можно объяснить тем, что
кислые ЗШО и шлаки в процессе гидратации связывают известь
гидролизующихся клинкерных силикатов.
Составы минеральная добавка + суперпластификатор (рисунок 3.2)
показали прочности в 28 суток ниже контроля с Глениумом 115. Только
образцы с содержанием топливного шлака и кварцевого песка показали
прочности выше на 14-16 %. На 3 месяца наблюдается значительное
увеличение прочности у большинства составов. Так, наибольший прирост
показали: ДГШ (на 30 %), природный волластонит и ВКЗ (на 18 %).
62
Предел прочности при сжатии в % от
контроля
140
127
120
100
100
122
112
106
103
129
121
105
88
110
92
122
113
106
92 88
102
97
107
101
80
60
28 суток
40
3 месяца
20
0
Рисунок 3.1 – Влияние вида добавок на прочность цементного камня при их
Предел прочности при сжатии в % от
контроля
содержании 10% после твердения в нормальных условиях
180
160
140
120
100
155
144
143
138 143 142
134 139
136
136
128 126
124 127 125
127 125
128 131 123
123
125
125
100
106
80
60
28 суток
40
3 месяца
20
0
Рисунок 3.2 – Влияние вида добавок на прочность цементного камня при их
содержании 10% и 1%суперпластификатораГлениум115 после твердения в
нормальных условиях
63
Эффективным является действие добавок, когда частица добавки со
всех сторон плотно окружена частицами цемента. При плотнейшей упаковке
частиц будет достигаться максимально возможный контакт частиц добавки с
частицами цемента. Это зависит от водоцементного отношения, химического
и гранулометрического состава микронаполнителей. Поэтому образцы
формовались из теста нормальной густоты с постоянной фиксацией
количества воды затворения. Кроме того, известен главный закон прочности
цементных систем – зависимость прочности от водоцементного отношения.
И если, при прочих равных условиях, количество воды затворения снижается,
то можно ожидать прироста прочности камня.
Равноподвижность теста из комплексных вяжущих обеспечивали
водотвердым соотношением. Известно [25, 36], что в наибольшей мере
увеличивают
водотвердое
отношение
(водопотребность)
добавки-
уплотнители, имеющие более развитую поверхность. Однако увеличение
водопотребности минеральных добавок-уплотнителей не связано однозначно
с их удельной поверхностью (рисунок 3.3). Так, например, ксонотлит с
частицами <0,025 мм увеличивает водотвердое отношение (В/Т) с 26,5% (106
мл) (цемент без добавки) до 29% (116 мл) (замена 10% цемента минеральной
добавкой), а корунд (размер частиц <0,0068 мм) даже понижает В/Т до 23,7%
(при том же ее содержании в вяжущем). Аналогичные результаты получены
для остальных минеральных добавок. Кислые золы и шлаки, имея удельную
поверхность 6100 см2/г и размер частиц <0,005 мм, снижают В/Т до 24,7%.
Синтетический волластонит, ранкинит и тоберморит (размер частиц <0,015
мм) - до 25%.
64
Предел прочности при сжатии в % от
контроля
140
130
6
2
7
120
1
110
3
5
8
4
100
12
9
10
90
11
80
70
60
90
95
100
105
110
115
120
Количество воды затворения до ТНГ, мл
1 – корунд; 2- ДГШ; 3 – ЗШО; 4 – ВКЗ; 5 – тоберморит; 6 – природный волластонит;
7 – ранкинит; 8 – синтетический волластонит; 9 – топливный шлак; 10 – кварцевый песок;
11 – контроль; 12 – ксонотлит
Рисунок 3.3 – Зависимость прочности цементного камня на 28 сутки
нормального твердения с 10% минеральных добавок от ТНГ
Автором [37] было выявлено повышение эффективности супер- и
гиперпластификатора за счет порошковой активации традиционного состава.
Это
позволило
снизить
реологически-активных,
расходыцементаза
счет
реакционно-активных
введения
дисперсных
в
состав
добавок,
нанокремнеземистых добавок и тонкого песка фр.0,1-0,5-1,0, 16-0,63 мм,
улучшающих
в
совокупности
с
цементом
реологическое
и
водоредуцирующее действиегиперпластификаторов.
В данной работе введение суперпластификатора в композицию «цемент +
минеральная добавка» (рисунок 3.4) не показало ожидаемого результата.
Водотвердое отношение некоторых составов с минеральной добавкой
существенно увеличилось с 19,2% (цемент с пластификатором без добавки) на
19,7-20,7% (замена 10% цемента минеральной добавкой + пластификатор).
Кислая зола уменьшила В/Т до 18,7%, но при этом увеличения прочности не
65
наблюдается, в то время как кварцевый песок, топливный шлак, тоберморит,
увеличивая В/Т до 20-21,7 %, повышают прочность цементного камня на 14-
Предел прочности при сжатии в % от
контроля
16%.
150
9
5
140
130
13
3
10
2
1
4
120
6
12
7
8
110
11
100
90
80
70
75
80
85
90
95
100
105
110
Количество воды затворения до ТНГ, мл
1 – корунд; 2- ДГШ; 3 – ЗШО; 4 – ВКЗ; 5 – тоберморит; 6 – природный волластонит;
7 – ранкинит; 8 – синтетический волластонит; 9 – топливный шлак; 10 – кварцевый песок;
11 – контроль; 12 – ксонотлит; 13 – контроль+глениум115
Рисунок 3.4 – Зависимость прочности цементного камня после 28 суток
нормального твердения с 10% минеральных добавок и 1%
суперпластификатораГлениум 115 от ТНГ
3.2 Влияние искусственного волластонита на прочность цементного камня
В ходе исследования были рассмотрены образцы, где в качестве
добавки использовался прокаленный газобетон как аналог синтетического
волластонита.
Использование
этой
добавки
обусловлено
тем,
что
автоклавный газобетон содержит гидросиликат кальция тоберморит C5S6H5,
который при прокаливании образует волластонит. Результаты испытаний
показали, что оптимальное количество добавки прокаленного газобетона
66
находится в интервале 6-9 %, а прочность камня возрастает пропорционально
температуре прокаливания (рисунок 3.5).
Рисунок 3.5 – Зависимость изменения прочности цементного камня от
температуры прокаливания добавки газобетона и ее количества в
нормальных условиях на 28 сутки
Предел прочности при
сжатии, МПа
90
80
70
60
50
контроль
40
волластонит
30
прокаленный газобетон
20
10
0
7сутки
тво
28суток
ТВО+28
Рисунок 3.6 –Сравнение прочности составов с 10% содержанием добавок:
природный волластонит; газобетон, прокаленный при 10000С
67
При сравнении прочностей составов с прокаленным газобетоном и
природным волластонитом (рисунок 3.6) можем наблюдать, что при
нормальных условиях на 28 сутки добавка газобетона практически не
уступает волластониту по прочности, а на 7 сутки значительно превышает.
Однако после ТВО оба состава показали прочности ниже контроля. Из этого
можно сделать вывод, что прокаленный газобетон может служить хорошей
альтернативой волластониту. Применять данные добавки следует при
нормальных условиях твердения.
3.3 Прочность многокомпонентной композиции с добавкой глиноземистого
цемента
Учитывая то, что в мостиковом тетраэдре геля C-S-H может находиться
ион Al, а так же то, что при гидратации алюминатов кальция глиноземистого
цемента (ГЦ) наряду с гидроалюминатамипараллельно выделяется гель
Al(OH)3,были заформованы образцы из ПЦ500 Д0 с добавкойглиноземистого
цемента в количестве 2,5; 5; 10% от массы портландцемента совместно с 10%
природного волластонита.
Глиноземы в активной форме, вступая в реакцию с гидратом окиси
кальция, в первую очередь формируют неустойчивые двухкальциевые или
четырехкальциевые
превращаются
в
гексагональные
гидроалюминаты,
трехкальциевыйгидроалюминат
которые
с
после
образованием
дополнительной пористости и снижением прочности.
Добавляя глинозём в цемент, можно получить как повышение
прочности, так и понижение. Всё зависит от количества введённого
глинозёма.
68
Рисунок 3.7 - Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания ГЦ (+10% природного волластонита), твердевших в
нормальных условиях
Рисунок 3.8 - Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания ГЦ (+10% природного волластонита)после ТВО
69
В результате исследования было получено, что при нормальных
условиях твердения введение ГЦ незначительно влияет на рост прочности,
как в ранние, так и в поздние сроки твердения (рисунок 3.7), однако после
ТВО прочность возрастает с увеличением введения ГЦ и сохраняется после
28 суток (рисунок 3.8).
Дополнительное
введение
микрокремнезёма
в
композицию
ПЦ+ГЦ+волластонит (рисунки 3.9-3.12) в количестве 5 и 10% не оказало
существенного влияния на прочность, а после ТВО привело к её снижению.
Однако, здесь следует заметить, что общее количество добавок к ПЦ
достигает 30% и это параллельно снижает прочность камня, хотя и
«экономится» цемент.
Рисунок 3.9- Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания ГЦ (+10% природного волластонита + 5%МК),
твердевших в нормальных условиях
70
Рисунок 3.10- Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания ГЦ (+10% природного волластонита + 5%МК),
после ТВО
Рисунок 3.11- Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания ГЦ (+10% природного волластонита + 10%МК),
твердевших в нормальных условиях
71
Рисунок 3.12- Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания ГЦ (+10% природного волластонита + 10%МК),
после ТВО
Введение
вместо
микрокремнезема
высокоактивногометакаолина
(ВМК) привело к некоторым положительным результатам, что может быть
связано с тем, что метакаолин обладает наиболее высокой активностью среди
имеющихся на рынке активных минеральных добавок. К тому же, он
способен связать извести примерно в 2,5 раза больше, чем микрокремнезем.
Основной отличительной особенностью метакаолина от микрокремнезема
является его химическая природа. В отличие от МК, метакаолин является
смесью активного кремнезема и глинозема почти в равных пропорциях, т.е.,
является не силикатным, а алюмосиликатным пуццоланом.
Введение 2,5% метакаолина от массы цемента в состав с 10%
содержанием волластонита привело к повышению прочности цементного
камня к 28 суткам нормального твердения, хотя в ранние сроки эффекта не
наблюдается. Дальнейшее увеличение содержания ВМК ведет к уменьшению
прочности (рисунок 3.13). При ТВО (рисунок 3.14) как в ранние, так и в
поздние сроки - прочности ниже контроля. Возможно, содержание 10%
72
волластонита привело к общему снижению прочности во всех составах, т.к.
композиция ПЦ500+10% волластонита не достигает прочности выше
контроля при ТВО.
Рисунок 3.13 - Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания метакаолина (+10% волластонита), твердевших в
нормальных условиях
73
Рисунок 3.14 - Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания метакаолина (+10% волластонита), после ТВО
При 5 % метакаолина (рисунки 3.15-3.16) отличились составы с 5 и 10 %
ГЦ (нормальные условия). При ТВО значительного роста прочности не
наблюдается.
Составыc 10%метакаолина показали прочность при сжатии выше
контроля с 2,5 и 5 % ГЦ в поздние сроки при нормальных условиях. На
рисунке 3.18 виден незначительный рост прочности с 2,5 и 5 % ГЦ и 10 %
метакаолина при ТВО, которая затем падает к 28 суткам.
74
Рисунок 3.15 - Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания глиноземистого цемента (+10% волластонита, 5%
метакаолина), твердевших в нормальных условиях
Рисунок 3.16 - Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания глиноземистого цемента (+10% волластонита, 5%
метакаолина), после ТВО
75
Рисунок 3.17 - Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания глиноземистого цемента (+10% волластонита, 10%
метакаолина), твердевших в нормальных условиях
Рисунок 3.18 - Зависимость набора прочности цементного камня от
процентного содержания глиноземистого цемента (+10% волластонита, 10%
метакаолина), после ТВО
76
В составах, содержащих 10% природного волластонита и 2,5; 5; 10%
глинозёмистого цемента (ГЦ) (рисунки 3.19-3.20) при нормальных условиях
твердения
наблюдается
закономерное
уменьшение
прочности
при
увеличении количества воды затворения. Противоположную ситуацию
можем увидеть при ТВО, особенно заметен стремительный рост прочности
при увеличении В/Т на 1 сутки после ТВО. После ТВО+28 суток прочности
составов с количеством воды выше контрольного снижаются. Образец с
содержанием 10% волластонита и 5% ГЦ сохранил прочность (на 9% выше
контроля) при повышенном В/Т (с 26 на 27%).
Дополнительное введение микрокремнезема (рисунок 3.21) привело к
повышению количества воды затворения, что привело к снижению
прочности цементного камня. Введение добавки МК в портландцемент от 5
до 10% от массы цемента увеличивает водопотребность вяжущего по
нормальной густоте с 26 до 32,7 %. Общее количество добавок составляет до
30 % от массы цемента, что является дополнительным фактором повышения
Предел прочности при сжатии,
МПа
воды затворения.
90
контроль
80
5% ГЦ
2,5%ГЦ
70
7 сут
10%ГЦ
60
3 сут
50
40
28
НУ
30
20
10
0
102
104
106
108
110
112
114
Количество воды затворения до ТНГ, мл
116
Рисунок 3.19 - Зависимость прочности цементного камня с 10% волластонита
и 2,5; 5; 10% глиноземистого цемента от ТНГ при нормальных условиях
77
Предел прочности при
сжатии, МПа
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
10% ГЦ
контроль
5% ГЦ
2,5% ГЦ
тво сразу
ТВО+28
100
105
110
115
Количество воды затворения до ТНГ, мл
120
Рисунок 3.20 - Зависимость прочности цементного камня с 10% волластонита
и 2,5; 5; 10% глиноземистого цемента от ТНГ после ТВО
Предел прочности при сжатии, МПа
80
70
60
50
3 сут
контроль
40
5%МК
10%ГЦ
30
20
5%МК
2,5ГЦ
5%МК
5%ГЦ
7 сут
тво сразу
10%МК
5%ГЦ
10%МК
2,5ГЦ
тво+28
28 сут
10%МК
10%ГЦ
10
0
90
100
110
120
130
140
Количество воды затворения до ТНГ, мл
Рисунок 3.21- Зависимость прочности цементного камня с 10% волластонита,
5; 10% микрокремнезема и 2,5; 5; 10% глиноземистого цемента от ТНГ
На рисунке 3.22 видно, что замена микрокремнезема на метакаолин
увеличивает водопотребность с 26 % (цемент без добавки) на 27,5-32%.
Причем увеличение количества воды затворения не привело к уменьшению
прочности, а наоборот. Так, образцы с содержанием 2,5 и 10% метакаолина
(кроме
составов:
10%волластонит+2,5ВМК+
78
2,5%ГЦ
и
10%волластонит+10%ВМК+10%ГЦ) при В/Т от 27,5 до 32% превышают
прочность контроля на 6-20% (при нормальных условиях твердения). При
ТВО прочности с увеличением В/Т в основном снижаются. Ненамного
увеличилась
прочность
образцов
с
10%
10%волластонит+10%метакаолин+10%ГЦ),
метакаолина
имея
самую
(кроме
высокую
водопотребность 32%.
Предел прочности при сжатии, МПа
100.00
13
3
90.00
1
80.00
2
4
14
8
9
5
70.00
6
60.00
7
12
10
50.00
11
после ТВО
40.00
28 cуток
30.00
20.00
10.00
0.00
100
105
110
115
120
125
130
Количество воды затворения до ТНГ, мл
1 – контроль; 2 – 10% волластонит; 3 – 10% волластонит+2,5%ВМК;4 – 10%
волластонит+5%ВМК;
5
–
волластонит+5%ВМК+5%ГЦ;7
волластонит+2,5%ВМК+5%ГЦ;9
10%
волластонит+2,5%ВМК+2,5%ГЦ;6
10%
–
–
10%
волластонит+5%ВМК+10%ГЦ;8-10%
10%
волластонит+2,5%ВМК+10%ГЦ;
10 – 10% волластонит+10%ВМК; 11 - 10% волластонит+5%ВМК+2,5%ГЦ;12 –10%
волластонит+10%ВМК+10%ГЦ; 13 – 10% волластонит+10%ВМК+5%ГЦ; 14 - 10%
волластонит+10%ВМК+2,5%ГЦ
Рисунок 3.22 - Зависимость прочности цементного камня с 10% волластонита,
2,5; 5; 10% метакаолина и 2,5; 5; 10% глиноземистого цемента от ТНГ
Выводы по работе
79
1. Исследована прочность цементного камня из ПЦ 500 Д 0 с добавками
различного минералогического и химического состава. Установлено, что
добавки, содержащие в своей структуре диортогруппы [Si2O7] или фрагменты
структуры из диортогрупп, а также волластонитовые цепочки, повышают
прочность цементного камня на 20-30 % при твердении в нормальных
условиях. Это такие добавки как природный и искусственный волластониты,
ранкинит, тоберморит. Так как эти добавки не связывают известь и не
являются химически активными, их следует называть структурно-активными
минеральными добавками (САМД), в отличие от химически активных
ХАМД, связывающих известь.
2. Эффект от САМД уменьшается при пропаривании цементного камня,
при увеличении времени твердения камня в сроки более 28 суток, при
введении в вяжущее суперпластификатора. Последний эффект косвенно
подтверждает действие таких добавок через свою поверхность. Кроме
прочего, эффект действия САМД проявляется и в снижении показателя теста
нормальной густоты смешанного цемента.
3. Для практической реализации установленных эффектов предложена
добавка из прокаленного автоклавного газобетона, повышающаяпрочность
цементного камня на 15-27МПа. Механизм действия добавкиобусловлентем,
что автоклавный газобетон содержитгидросиликат кальция тоберморит
C5S6H5, который при прокаливании образует волластонит.
4. Композиции на основе ПЦ + волластонит и ГЦ, а так же эта
композиция совместно с микрокремнеземом и метакаолином в отдельных
случаях показывает прирост прочности по сравнению с контролем. При этом
не всегда повышение водотвердого отношения ведет к уменьшению
прочности цементного камня.
80
4 Маркетинговые исследования рынка автоклавных стеновых
материалов РФ
4.1 Цель
Исследовать рынок автоклавных стеновых материалов в РФ.
4.2 Гипотеза
Рынок автоклавных стеновых материалов сохраняет стабильное
положение и наращивает объемы. Эти материалы приобретают все больше
поклонников в связи с тем, что отличаются стабильно высоким качеством
(высокая прочность при низких плотностях) и доступной ценой. Поэтому в
ближайшие годы ожидается увеличение объемов рынка и расширение
географии
его
качественным
охвата.
Автоклавные
материалом
с
материалы
постоянно
являются
дешевым
увеличивающимся
объемом
производства.
4.3 Задачи
1) Изучить развитие рынка стеновых материалов в России;
2)
Выяснить
основных
производителей
автоклавных
стеновых
материалов по регионам России;
3) Выявить факторы, влияющие на спрос и сбыт автоклавных стеновых
материалов в России и Алтайском крае;
4) Выяснить цены на автоклавные стеновые материалы относительно
их свойств и региона продаж.
81
4.4 Развитие рынка стеновых материалов в России
Сегодня производством стеновых строительных материалов в России
занимаются более 3 000 предприятий, объем выпуска которых варьируется от
0,01 млн. до более чем 350 млн. усл. кирпичей. Оживление промышленности
востребовало стеновые и облицовочные материалы для реконструируемых и
вновь возводимых объектов. Однако основу для роста спроса на изделия из
ячеистого бетона составляло, прежде всего, жилищное строительство.
В 2013 году в России в структуре домостроения по материалам стен на
долю ячеистого бетона приходилось 7,5% в жилом строительстве и около 10%
– в нежилом строительстве. Между тем в большинстве развитых европейских
стран этот показатель достигает 30-40%.
В
современной
России
существует
целый
ряд
факторов,
стимулирующих домостроение из такого стенового материала, как газобетон.
Это и большая потребность населения в жилье, расположенном рядом с
мегаполисами, в небольших городах и поселках и в сельской местности, и
активное
развитие
малоэтажного
строительства.
Привлекательными
факторами выступают также более низкая стоимость строительства из
газобетона по сравнению со строительством из древесины и кирпича,
сокращение сроков строительства и высокие теплоизоляционные свойства
газобетона.
При этом доля самого крупного из предприятий стеновых материалов
не превышает 2,6% от общего выпуска. Данный факт объясняется тем, что
стеновые строительные материалы обладают достаточно большим весом,
поэтому их перевозка на дальние расстояния затруднена в связи с
увеличивающимися затратами. Таким образом, в России существует большое
количество локальных производителей стеновых строительных материалов,
равномерно распределенных по всей территории страны.
Основной объем производимых стеновых материалов в последние годы
приходится на два федеральных округа – Центральный и Приволжский,
82
лидерами в которых являются Московская область и Республика Татарстан
соответственно.
В 2011 году в структуре производства стеновых строительных
материалов (без учета железобетонных панелей) преобладали следующие
сегменты:
- керамический кирпич – 36,9%;
- силикатный кирпич – 30,6%;
-
блоки
стеновые
из
ячеистого
бетона
(пенобетонные
и
газобетонныеблоки) – 18,6%.
1 - блоки стеновые из ячеистого бетона (пенобетонные и газобетонные блоки), 2 –
керамический кирпич, 3 – силикатный кирпич, 4 – прочие виды строительных стеновых
материалов
Рисунок 4.1 - Структура производства стеновых строительных материалов
(без учета железобетонных панелей) по основным сегментам в 2011 году
(январь –август), млн. усл. кирп., %
Производсто стеновых материалов в 2012 году увеличилось на 8,7% к
уровню 2011 года с 14,4 до 15,6 млрд. усл. кирп. Наибольший темп роста
отмечен в производстве газобетона +9,5% и строительного кирпича +9,2%.
Темп роста производства стеновых блоков в 2012 году не превысил 3%.
Структура стеновых материалов в 2012 году относительно 2011 года не
83
изменилась – доля стоительного кирпича составила 67%, газобетона 23%,
крупных стеновых блоков – 5%.
Рисунок 4.2 - Динамика производства стеновых материалов в РФ
в 2011-2012 гг.
Рисунок 4.3 - Производство стеновых материалов в РФ в 2011-2012 гг.
84
4.5 Основные производители стеновых материалов по регионам России
Рисунок 4.4 – ТОП-16 крупнейших производителей автоклавного газобетона
по объему производства в 2013 году, м3/год
Таблица 4.1 – Характеристика стеновых блоков ООО «Эко», г.
Ярославль
85
Таблица 4.2 – Характеристика стеновых блоков ЗАО "ЕвроАэроБетон",
Ленинградская обл., г. Сланцы
Основными производителями автоклавных стеновых материалов в
Алтайском крае являются:
-для автоклавного газобетона:
1) ОАО «Главновосибирскстрой», завод «Сибит»;
2) ЗАО«ЗЯБ»;
-для силикатного кирпича:
1) ООО«Алтайкирпич»;
2)ОАО ПКФ "Силикатчик".
Объем производства: 3,5 млн.шт./мес., 42 млн.шт./год
М150 1шт/8руб.
86
Таблица 4.3 – Характеристика стеновых блоков ООО «Сибирский
Строитель» Новосибирская обл., г. Искитим
4.6 Факторы, влияющие на спрос и сбыт стеновых материалов в России и
Алтайском крае
Производство пенобетонных и газобетонных блоков, так же, как и
производство прочих стеновых материалов, подвержено сильному влиянию
сезонных факторов. Основными причинами неравномерной загруженности
87
заводов в течение года являются, в первую очередь, энергоемкость
производственного процесса, а также сезонность потребления продукции
строительными компаниями и индивидуальными строителями. Поэтому
наиболее активными в производственном плане оказываются весенне-летние
месяцы, а также начало осени.
Рисунок 4.5 - Выделение сезонных коэффициентов внутри года (базовый
месяц – январь), % прироста производства по сравнению с январем
Рисунок 4.6 - Помесячная динамика производства стеновых блоков из
ячеистого бетона в 2007-2011 гг., млн. усл. кирп. (тыс. куб. метров)
88
Основными факторами, оказывающими влияние на темпы развития
рынка стеновых блоков из ячеистого бетона, являются:
- изменение структуры строящихся объектов: в последние годы в
России набирает обороты индивидуальное малоэтажное строительство, что
дает существенное увеличение темпов прироста производства блоков из
пено- и газобетона;
- изменение структуры спроса на стеновые материалы: активное
замещениекирпича другими стеновыми и облицовочными материалами (в
качестве строительных материалов все большее распространение получают
блоки из ячеистого бетона), что дает существенное увеличение темпов
прироста производства блоков из пено- и газобетона.
Рынок стеновых блоков из ячеистого бетона в последние 5-7 лет
развивался быстрыми темпами. Мировой финансово-экономический кризис
менее всего повлиял на данный сегмент рынка стеновых строительных
материалов и с 2010 года объем производства пенобетонных и газобетонных
блоков вновь начал расти.
В целом, в структуре сбыта российских производителей пенобетонных
и газобетонных блоков можно выделить следующие основные каналы:
1- прямые контакты с потребителями – строительными компаниями;
2 - реализация посредством дилерской сети;
3 - прямые контакты с частными лицами.
89
Рисунок 4.7 - Структура сбыта производителей стеновых блоков из
ячеистогобетона в зависимости от каналов сбыта, % от объема реализации
Рисунок 4.8 - Видовая структура потребления стеновых материалов
в 2012г., %
90
Рисунок 4.9 – Динамика потребления стеновых материалов в 2007-2012 гг.,
млрд. усл. кирп.
Бум жилищного строительства (особенно индивидуального), который
начался примерно с 2003 года и продолжался непосредственно до начала
финансово-экономического кризиса, обеспечивал постоянное увеличение
спроса на стеновые строительные материалы, что позволяло увеличивать
загрузку производственныхмощностей существующих заводов и развивать
новые проекты.
По результатам работы строительного комплекса за 10 месяцев 2013
года Алтайский край занимает среди регионов СФО 6 место по объемам
ввода жилья, 3-е место – по темпам ввода жилья, 4-е место – по объемам
малоэтажного строительства. Это объясняется в первую очередь ростом в
последние годы малоэтажного строительства, популярностью коттеджей и
коттеджных поселков. До кризиса 2009 года доля индивидуальных жилых
домов в общем объёме ввода жилья на территории Алтайского края в 20052009 годах составила 56,7%. Строительство малоэтажного жилья в
91
Алтайском
крае
в
настоящее
время
ведется
преимущественно
индивидуальными застройщиками. Прогнозируемая структура ввода жилья в
Алтайском
крае
определяет
соотношение
между
строительством
многоквартирного жилищного фонда и малоэтажного жилья к концу
действия Программы на уровне 35 и 65%. Основанием прогноза является
устойчивый тренд преобладания малоэтажного строительства в структуре
ввода жилья на протяжении последних лет, а также предусматриваемые меры
поддержки индивидуального и комплексного малоэтажного жилищного
строительства
Рисунок 4.10 - Объемы введенного жилья в регионах СФО в 2013 г.
Традиционно четверть всего жилья в крае строится в сельской
местности,
а
половина
всего
жилья
строительство.
92
приходится
на
малоэтажное
в сельской местности
в городской местности
161.45
339.045
Рисунок4.11 – Малоэтажное индивидуальное жилье в Алтайском крае на
2013г.
193.74
многоквартирное жилье
малоэтажное
индивидуальное жилье
452.06
Рисунок 4.12– Объем введенного жилья в Алтайском крае на 2013гг.
Доля газобетона на сибирском строительном рынке, по мнению
экспертов, незначительна. В идеале в общем объеме стеновых материалов
она должна составлять, как сейчас на всей европейской территории России,
не менее 60%. В Сибири в настоящее время – 17%.
93
Доля рынка Алтайского края, занимаемая стеновыми материалами в
Сибирском Федеральном Округе, составляет согласно диаграмме (рисунок
4.13)315 м3.
152
96 8422
Новосибирская область
754
176
Кемеровская обл
Красноярский край
265
Иркутская обл
Омская обл
315
540
Алтайский край
Томская обл
Респ Бурятия
370
Забайкальский край
432
503
Респ Хакасия
Рисунок 4.13 – Объем стеновых материалов по Сибирскому Федеральному
Округу, в м3
4.7 Формирование цен на стеновые материалы относительно их свойств и
региона продаж
Спрос на кирпич, как и цены, скорее всего, останутся на уровне 2010
года. Рост стоимости кирпича возможен только в пределах компенсации
увеличения транспортных и энергетических тарифов.
В последние годы развитие рынка стеновых блоков из ячеистого бетона
было достаточно тесно связано со строительством (коэффициент корреляции
составляет 69,74 %).
Согласно исследованию Академии конъюнктуры промышленных
рынков, российский рынок газобетона находится на начальной стадии роста,
для которой характерно увеличение темпов прироста спроса. Если сегодня
рост объемов потребления находится на уровне 20-22%, то до 2014 года
рынок может увеличиваться на 60-70% ежегодно. Производство газобетона в
94
настоящее время стало одним из привлекательных направлений для
инвестиций.
Этот сегмент строительного рынка характеризуется дефицитом
предложения и соответственно низким уровнем интенсивности конкуренции.
А производства газобетона автоклавного типа, создаваемые на современном
оборудовании, имеют достаточно высокую рентабельность со сроками
окупаемости приблизительно от 3 до 5 лет.
В 2013 году дефицит газобетона составит приблизительно 1 млн. куб.м,
в 2014 году – 3,23 млн. куб.м. Ежегодные темпы роста спроса на стены из
газобетона будут находиться вплоть до 2015 года на уровне 40-45%. Емкость
рынка применения ячеистых бетонов имеет огромный резерв.
Рисунок 4.14 – Динамика объемов спроса на газобетон в малоэтажном
строительстве в 2007-2015 гг., млн. куб. м
За период 1999-2012 гг. наблюдается существенное изменение
структуры спроса на стеновые материалы: традиционный строительный
кирпич уступает место более экономичным материалам, изготовленным по
современным технологиям – ячеистым бетонам автоклавного твердения.
В целом на российском рынке стеновых материалов доля газобетона в
структуре производства составляет около ¼, вытесняя строительный кирпич
и крупные бетонные и силикатные блоки.
95
Рисунок 4.15 – Индекс производства стеновых материалов в РФ
в 1999-2012 гг.
Рисунок 4.16 - Динамика цен на блоки из ячеистого бетона в 2007-2011 гг.,
руб. за 1 куб. метр в текущих ценах
Рыночная цена автоклавных стеновых материалов в Алтайском крае в
зависимости от свойств меняется от 3400 до 4530 руб. за м3:
Свойства у разных производителей меняются в пределах:
для автоклавного газобетона:
96
1) ОАО «Главновосибирскстрой», завод «Сибит»
Таблица 4.4 – Характеристика продукции
2) ЗАО«ЗЯБ»
Таблица 4.5 – Характеристика продукции
-для силикатного кирпича:
1)ООО«Алтайкирпич»
97
Таблица 4.6 – Характеристика продукции
2)ОАО ПКФ "Силикатчик"
Объем производства: 3,5 млн.шт./мес., 42 млн.шт./год
М150 – цена за 1шт. составляет 8руб.
98
Выводы к главе 4
1) В последние годы стали широко применяться автоклавные стеновые
материалы, в первую очередь газобетон. Достоинствами газобетона являются
его
низкая
цена,
малая
масса,
легкость
обработки,
высокие
эксплуатационные характеристики. Даже во время кризиса спрос на него
продолжал динамично расти, вследствие чего рос и объем производства.
2) Основными производителями автоклавных стеновых материалов
являются
центральныерегионы
России,
но
в
Алтайском
крае
есть
представитель Сибирского ФО, занимающий 4 место в рейтинге по стране. В
Алтайском крае имеется всего один завод-изготовитель автоклавного
газобетона, следовательно, эта ниша производства относительно свободна
для организации дополнительных производств данной продукции.
3) Как в России, так и в Алтайском крае, на спрос и сбыт автоклавных
стеновых материалов влияют увеличение доли малоэтажного строительства и
сезонные колебания.
4) В пределах одного предприятия в зависимости от характеристик
изделия таких, как класс, цена изменяется незначительно, менее чем на 1%.
Изменение цен по регионам России несущественно (в пределах 3200-4200
руб.м3).
99
5 Экономический раздел
Закрытое
Полное название предприятия
акционерное
общество
«Завод ЖБИ-100»»
Краткое наименование предприятия
ЗАО «Завод ЖБИ-100»
Организационно - правовая форма
Закрытое акционерное общество
Юридический адрес предприятия
г. Барнаул, пр. Энергетиков, 37а
Телефон/факс
465-310
Генеральный директор
Романов Александр Юрьевич
Главный инженер
Гаврин Иван Сергеевич
Производство
Основной вид деятельности
изделий серии 97/1.2
Характеристика сути проекта
Основные
задачи,
решаемые
помощью настоящего бизнес плана
Общая стоимость проекта
(объем инвестиций)
Характер
железобетонных
Техническое перевооружение
с
Переоборудование
транспортного
цеха в помольный с целью снижения
затрат на цемент
5,02 млн. рублей
инвестиционной Приобретение нового оборудования
деятельности
и его монтаж
Разработчики
Садрашева А.О.
100
5.1 Резюме
Основными
направлениями
производственной
деятельности
ЗАО ”Завод ЖБИ-100” является изготовление и продажа сборных бетонных и
железобетонных конструкций и изделий для гражданского строительства, а
также товарного бетона. В настоящем бизнес-плане рассматривается проект
технического перевооружения транспортного цеха ЗЖБИ-100, с целью
переоборудования его для выпуска структурирующих минеральных добавок,
снижающих
расход
цемента
и
увеличивающих
прочность
бетона.Оборудование выбрано в соответствии с современными мировыми
стандартами. Завод располагается по адресу пр. Энергетиков, 37а.
Таблица 5.1 - Сводные показатели бизнес-плана
Наименование
Единица
Значение
измерения
Организационно-правовая
форма
ЗАО
предприятия
Годовой объем производства
м3
Средняя себестоимость единицы продукции
руб/м3 ЖБИ 5
87 495,2
272,74/м3изделия
Цена единицы продукции
руб/м3 ЖБИ 7000/м3 изделия
Численность работающих
человек
- в том числе рабочих
138
95
Годовая выручка
руб.
612 468 500,00
Балансовая прибыль
руб.
141 900 972,48
Налог на прибыль (20 %)
руб.
28380194,50
Чистая прибыль (годовая)
руб.
113 520 777,9
Капитальные затраты
руб.
5 017 441,88
101
Рентабельность продукции
%
24,12
Среднегодовая зарплата
руб.
16 754,2
Срок окупаемости
1 квартал 1 года
5.2 Анализ положения дел в отрасли
Сборный
железобетон
является
самым
востребованным
конструкционным материалом в России. Это связано с общей тенденцией к
индустриализации строительства, реализацией государственных программ,
требующих большого количества жилья экономкласса, незаменимостью
этого материала в промышленном сегменте.
В целом
по
железобетонных
России
изделий
ситуация
и
следующая. Показатели
конструкций
в
марте
2013
рынка
года
продемонстрировали умеренный рост как в сравнении с февралем текущего
года, так и с мартом прошлого года. Общий объем производства ЖБИ в
январе-марте 2013 года увеличился по сравнению с январем-мартом 2012
года на 12,0 % до 5,88 млн. м3. Произошло увеличение объемов производства
всех видов ЖБИ, кроме конструкций и деталей специального назначения (0,3 %). Наибольший прирост показало производство конструкций стен и
перегородок (+ 26,5 %), конструкций каркаса зданий и сооружений (+ 23,4
%). Рассматривая отдельно показатели марта 2013 года, следует отметить
значительный рост выпуска конструкций инженерных сооружений (+ 21,7 %
к
февралю
2013
года),
свидетельствующий
об
интенсификации
инфраструктурного строительства.
Первые позиции среди регионов РФ по объему производства
железобетонных изделий и конструкций в январе-марте 2013 года занимают
Москва и МО, которые увеличили производство ЖБИ по сравнению с
январем-мартом 2012 года на 14,1 % и 23,4 % соответственно. Также в
первую пятерку входят регионы Уральского ФО (Челябинская и Тюменская
102
области) и Южного ФО (Краснодарский край). Средняя цена отгружаемых
железобетонных изделий и конструкций в марте 2013 года увеличилась на 2
% до 9 072 руб./м3 (с НДС и доставкой).
В связи с непрерывно увеличивающимся темпом роста строительства
на Алтае, спрос на бетонные и железобетонные изделия тоже увеличивается,
что
подтверждается
объёмами
производства
данных
изделий.
На
сегодняшний день в Алтайском крае объем производства железобетонных
изделий равен примерно 320000 м3/год (рисунок 5.1).
Рисунок 5.1 – Объемы производства ЖБИ в Алтайском крае, м3
Крупным предприятием по выпуску ЖБИ является ЗАО «Завод ЖБИ100». На рисунке 5.2 приведен выпуск продукции предприятием за
Объем выпускаемой
продукции, м3
последние годы.
80000
70000
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
Рисунок 5.2 – Выпуск продукции "Завод ЖБИ-100" за последние годы, м3
103
Однако
мощность
предприятий
промышленности
строительных
материалов не может обеспечить возрастающие потребности строительной
индустрии. При этом в Сибирском регионе все более актуальна проблема
повышения стоимости портландцемента, что заставляет производителей
строительных
материалов
и
конструкций
искать
варианты
цементосбережения.
В связи с этим проблема получения смешанных вяжущих в регионе,
альтернативных
традиционному
портландцементу,
не
теряет
своей
актуальности. Перспективным компонентом таких смешанных цементов в
Сибири могут являться тонкодисперсные минеральные добавки.
При размещении на территории заводов ЖБИ помольных комплексов
для
производства
композиционного
цемента
на
основе
природного
волластонита и использовании его вместо обычного цемента, возможно не
только увеличить объём выпускаемого железобетона, но и существенно
повысить рентабельность продукции — от 11 до 22 %.
Игольчатая
использование
форма
в
зерен
качестве
волластонита
предопределяет
микроармирующегокомпонента
его
цементов.
Результаты сравнительного изучения влияния минеральных добавок на
физико-механическую прочность портландцемента показали, что цемент с
добавкой 10-30% волластонита, в отличие от цемента, содержащего 6-10%
инертных материалов (трепел, опок, диатомит), является безусадочным,
воздухо-, атмосферо- и морозостойким.
5.3 Сущность проекта
Целью проекта является переоборудование транспортного цеха ЗЖБИ100 для выпуска структурирующих минеральных добавок, снижающих
расход цемента. Для этого потребуется: перейти на режим работы в 2 смены
по 8 часов. Кроме того, для экономии денежных средств, принято решение
104
изменить состав бетонной смеси, т.е. планируется замена части цемента на
структурирующую минеральную добавку (10% от исходной массы ПЦ).
После переоборудования транспортного цеха и перехода на выбранный
режим работы, годовая производительность возрастёт до 87495,2 м3/год.
Проектируемое
предприятие
выпускает
комплект
ЖБИ
для
строительства жилых домов серии 97/1.2, включающей:
-наружные стеновые панели;
-внутренние стеновые панели;
-плиты перекрытия;
-вентиляционные блоки;
-сантехкабины;
-лестничные марши;
-лестничные площадки.
Таблица 5.2 – Характеристика базовых изделий серии 97/1.2,
производимых на ЖБИ 100
Марка изделия
Масса
Класс
изделия, т бетона
Объем
бетона, м3
Расход
стали,
Размеры изделия, мм
Длина/Ширина/Высота
кг
Н-1
2,7
В15
1,26
32,26
2990/2830/400
В5-2
6,15
В15
2,46
44,6
5890/2610/160
П31-1
7,07
В20
2,83
67,3
5980/3060/160
105
Рисунок
П15-8
1,65
В35
0,66
28,5
2990/1840/120
БВ 14.28-2
1,13
В20
0,785
36,2
1350*210*2770
5.4 План маркетинга
Рынку строительства, как Алтайского края, так и всей России требуется
все больше и больше цемента и бетона, но около 50% от себестоимости
зданий и сооружений занимают строительные материалы. Одним из
вариантов снижения себестоимости строительных материалов является
введение различных минеральных добавок для вяжущих веществ. Заменяя
ими определенную часть цемента, можно получить более стойкие системы,
сокращая расходы дорогостоящего вяжущего.
В любом случае, для реализации продукции на рынке, должна быть
грамотно выстроена стратегия маркетинга. Потенциальными покупателями
продукциисерии 97/1.2 являются компании, занимающиеся строительством
высокоэтажных зданий, а также школ, детских садов, больниц.
Маркетинговая деятельность предприятия будут
направлена на
привлечение новых потребителей для захвата большего сегмента рынка.
Рекламную компанию предполагается осуществлять с помощью:
- рассылки прайс-листов и буклетов в крупные строительные
организации и в строительные магазины;
- средств Интернета.
Бюджет рекламной компании представлен в таблице 5.3
106
Таблица 5.3 – Затраты на продвижение продукции
Цена
Наименование затрат
единицы, Количество единиц
руб.
1) прайс-листы и буклеты
2)
Рассылка
4,20
Стоимость,
руб.
1500
6300
1
15000
рекламы
потенциальным клиентам по
средствам
интернета. 15000
Техническая
поддержка
Интернет-сайта.
ИТОГО
21 300
Продажа продукции будет производиться через отдел реализации
предприятия,
отгрузка
-
осуществляться
со
склада.
Для
удобства
потребителей доставка будет осуществляться на специализированных
транспортных средствах.
5.5 Производственный план
В
помольном
отделении
бывшего
транспортного
цеха
будет
установлена трапецеидальная мельница. При Пг=100 000м3/год, учитывая,
что в среднем расход цемента составляет порядка 300 кг/м3 готового
изделия, потребность в портландцементе в год составит 30 000т. Тогда
минимальная производительность помольной установки составит:
Пп.у.=
Пг
=
30 000т
Г(ф.вр) 4048час
Добавка
=7,41 т/час.
заменяет
10%
цемента,
отсюда
производительность
помольного цеха составит:
Пг=0,1х (14595,5+11018,7)= 2561,4т/год.
Технология производства на ЗЖБИ заключается в следующем:
107
В каждом из четырех пролетов существует свой способ производства:
На конвейерной линии в I пролете располагается 9 постов:
1пост(подготовка):
2 пост(формование): армирование и укладка 1 слоя и утеплителя
3 пост (формование): второй слой и отделка внешней поверхности
А также 6 постов выдержки на 14,5 мин
-выдержка(14,5мин.);
-транспортировка(перемещение формы) = 0,5мин
По такой технологии производятся наружные трехслойные стеновые
панели.
Во II пролете –кассетная линия:
Распалубка кассетной установки производится после окончания
режима
ТВО.
установленную
Бетонная
в
раму
смесь
принимается
бетоноукладчика.
в
раздаточную
Бетонирование
бадью,
кассеты
производится литым бетоном после чистки, смазки и армирования.
Уплотнение бетонной смеси происходит в процессе формования кассеты за
счёт периодического включения навесных вибраторов и глубинных
вибраторов. По окончании заполнения кассеты бетоном в тепловые отсеки
подаётся пар. Давление в отсеках должно быть не более 0.015 МПа.
Тепловлажностная обработка осуществляется по режиму 3+14 ч при Т=600Сс
постепенным остыванием. После ТВО лаборатория даёт разрешение, а
мастер - распоряжение на разопалубку кассетной установки. Изделия
снимаются мостовым краном с помощью траверсы и устанавливаются в
стационарную
эстакаду,
где
производится
доводка
изделий.
После
окончательной доводки изделия предъявляются ОТК для приёмки, а затем
насамоходной вывозной телеге сдаются на склад готовой продукции
(согласно заводской схеме).
В III пролете по агрегатно-поточному способу изготавливаются
многопустотные плиты, лотки, кольца, крышки колодцев:
108
После тепловой обработки поддон с изделием устанавливается
мостовым краном с автоматическим захватом на пост подготовки №1.
На первом посту производится обрезка преднапряжённой арматуры.
Распалубленные изделия транспортируются краном с помощью траверсы на
место выдерживания, а освободившийся поддон, после его очистки,
транспортируется роликовым конвейером на пост подготовки №2.
На втором посту наносится на поддон удочками смазка, а затем
подстилающий слой.
На подготовленный поддон укладываются нижние сетки, а в упоры
разогретая электротермическим способом стержневая арматура. Нагрев
осуществляется
на
специальных
установках
6596С/2,
снабженных
несколькими зажимами. Стержни нагревают в течение трех минут до
температуры 500°С, затем ток автоматически отключается. Длина нагретых
стержней увеличивается, что обеспечивает свободную укладку стержней на
упоры. Затем стержням дают остыть примерно до 100 – 120°С. Стержни,
охлаждаясь, уменьшаются в длине до расчетного состояния.
Подготовленный к формованию поддон транспортируется на пост №3 –
выставочный.
С поста №3 самоходный портал СМЖ–228Б переносит поддон на пост
формовки, опускает и фиксирует на поддоне бортоснастку СМЖ-600 и
возвращается в исходное положение.
С помощью бетоноукладчика СМЖ–69А укладывается нижний (30 мм)
слой бетонной смеси. Применяются жесткие бетонные смеси с жесткостью
40 – 60 с.
После
укладки
нижнего
слоя
вводятся
пустотообразователи
формовочной машины СМЖ–227Б. Затем укладывается верхняя сетка,
каркасы, строповочные петли и верхний слой бетона. Уплотнение бетонной
смеси
производится
при
помощи
виброплощадки
СМЖ–187Б.
Для
окончательной обработки верхнего слоя бетонной смеси и возможности
немедленного извлечения вкладышей на форму укладывается виброщит с
109
помощью самоходного портала. После извлечения вкладышей портал
снимает виброщит, производится немедленная распалубка путём съёма
бортоснастки порталом. Затем портал, неся на себе бортоснастку и
виброщит, возвращается в исходное положение за новым, подготовленным
под формовку, поддоном.
Поддон с отформованным изделием переносится с поста формовки
мостовым краном с автоматическим захватом в камеру тепловой обработки.
Тепловая
обработка
изделий
осуществляется
при
температуре
изотермического прогрева 80°С в ямных камерах “термосного” типа.
Продолжительность тепловой обработки 10 часов.
После
окончания
тепловой
обработки
поддон
с
изделием
устанавливается на пост подготовки №1 и цикл повторяется.
Готовые изделия маркируются, грузятся мостовым краном на
самоходную тележку и вывозятся на склад готовой продукции.
В IVпролете по стендовому способу изготавливаются сваи, лестничные
марши.
Согласно [2] номинальное количество рабочих дней в году следует
принимать 260 дней, минус семь суток на плановые остановки на ремонт (для
агрегатно-поточной и кассетной технологий). Расчётное количество рабочих
суток в году составляет: 260-7=253 дня.
Таблица 5.4 – Планируемый режим работы предприятия
Количество
рабочих Количество
смен
в Годовой фонд рабочего
суток в году
сутки
времени, ч
253
2
4048
Годовой фонд рабочего времени, в часах, находится по формуле:
Гвр= N*n*8*Kи,
где
N – количество рабочих суток в году;
n – количество смен в сутки;
110
8 – количество часов в смене;
Ки – коэффициент использования оборудования, зависящий от
времени остановки оборудования на обслуживание и ремонт.
Гвр = 253*2*8 = 4048 ч.
Производственный план:Пролеты №1, №2, №3,№4
Пролет №1
Производительность данной конвейерной линии рассчитывается по
формуле:
Пг=
Vизд∗С∗В∗60∗kи∗kн
где
R
, м3,
Vизд– объем изделия в форме, м3;
R – ритм конвейера, мин, принятый по ОНТП;
С – годовой фонд рабочего времени, сут., составляет 247;
В – количество рабочих часов в сутки, при двухсменной работе
формовочного цеха В = 16 час;
kи– коэффициент использования оборудования (kи = 0,95);
kн
–
коэффициент
неравномерности,
учитывающий
регламентируемые перерывы в работе технологической линии (kи= 0,80
÷ 0,85);
Время накаждую операцию установлено, исходя из производственной
практики. Ритм конвейера составил R=14,5мин.
В щелевой камере находится12 передаточных тележек, а значит 12
постов.
Пг=
1,26∗247∗15∗60∗0,95∗0,8+2,14∗247∗1∗60∗0,95∗0,8
14,5
=16 343,29 м3;
Пролет №2
Годовая производительность технологической линии по кассетной
(стендовой) технологии, м3 рассчитывается по формуле:
Пг=Вр*Коб*m*n*V*Кз,
где
(3.1)
Вр – расчетный годовой фонд времени работы оборудования,
(253 сут. – п. 2.2);
111
Коб – количество оборотов кассетной установки в сутки – 1
оборот;
m – количество отсеков в кассетной установке (Таблица 3.2);
n– количество кассетных установок (7),
V – объем изделия в отсеке кассетной установки, м3; (Таблица
3.1).
Кз – коэффициент заполнения отсеков кассет бетоном с учетом
наиболее рациональной раскладки изделий, Кз =1
Плиты перекрытия П31-3– 3 кассеты:
Пг(СМЖ 3312)= 2,83*10*253*1*1=7159,9 м3
Внутренние стеновые панели В5-2– 3 кассеты:
Пг(СМЖ 3312)= 2,46*10*253*1*1= 6223,8 м3
Плиты плоские П15-8 – 1кассета:
Пг(СМЖ 3312)= 0,66*10*2*253*1*1=3339,6м3
Суммарная годовая производительностькассетной линии по всем
машинам:
Пг=7159,9*3+6223,8*3+3339,6*1=43490,7 м3/год;
Пролет №3
Для агрегатно-поточной технологии годовая производительность
рассчитывается по формуле:
П=N*Vб.с.,
где
(3.4)
П - годовая производительность, м3/год;
N –количество изделий, шт./год;
Vб.с. –объем бетонной смеси за одну формовку, м3;
Плиты пустотные ПК 48.15 – 8 АтVт:
N = 253*8*60*1/15=8096 шт./год
П=8096*1,02=8257,92 м3/год
Вентблоки БВ14.28-2:
N = 253*8*60*1/15= 8096 шт./год
П= 8096*0,785= 6355,36 м3/год
112
П3=8257,92+6355,36=14613,28 м3
Пролет №4
В ІV пролете размещены технологические линии по производству свай,
лестничных маршей, лотков, перемычек, ступеней, плит ребристых,
фундаментов.
В данном пролете имеется 7 пропарочных ямных камер: четыре длиной
7200 мм, две длиной 14700 мм и одна длиной 8500 мм.
Годовая производительность свай рассчитывается по формуле 3.4. Для
этого найдем количество изделий по формуле 3.5:
N = 253*4*60*2/15=8096 шт./год
П=8096*1=8096 м3/год
Лестничные марши изготавливаются по стендовой технологии. В
пролёте располагается 2 стенда, в стенде по 2 изделия, таким образом, в
сутки формуется:
Псут=4 шт./сут
Пгод= Псут*253= 4*253 = 1012шт./год
Годовую
производительность
стендовой
линии
определяем
по
формуле:
Qст1= Пгод*Vи=1012*0,53= 536,36 м3/год
Vи- объем бетона на одно изделие, м3
Годовая производительность лотков рассчитывается по формуле 3.4.
Для этого найдем количество изделий по формуле 3.5:
N = 253*4*60*1/15=4048 шт./год
П=4048*0,44=1781,12 м3/год
Qсут=1781,12/253=7,04 м3/сут. или 16шт/сут.
Годовая
производительность
плит
ребристых
аналогично предыдущим расчетам лотков:
N = 253*2,5*60*1/30=1265 шт./год
П=1265*2,04=2580,6 м3/год
Годовая производительность прогонов составит:
113
рассчитывается
N = 253*3,5*60*2/15=7048 шт./год
П=7048*0,6=4250,4 м3/год
Годовая производительность перемычек составит:
N = 253*2*60*6/15= 12144 шт./год
П= 12144*0,033= 400,7 м3/год
Общая годовая мощность производственного цеха составит:
П1+П2+П3+П4=9479,11+43490,7+14613,28+(8096+536,36+
+4048+2580,6+4250,4+400,7)= 87495,2 м3/год
Суммарная годовая производительность по всем машинам составит:
П1-4=87495,2 м3/год.
Таблица 5.6 - Смета затрат на помол минеральной структурирующей
добавки волластонита
Наименование
количество
Цена,руб
Затраты в год, руб
Сырье, т
2561,42
650,00
1664923
Электроэнергия, кВт
288015,2
3,35
964850,92
Итого:
2 629 773,92
Таблица 5.7– Стоимость сырьевых материалов для всех пролётов при
использовании структурирующей добавки и переходе на 2 сменный режим
работы
Ед.
Количество
изм.
сырья
ПЦ 400Д0
т
ПЦ500
Вид сырья
Цена,руб.
Затраты в год,руб.
17770,21673
3 900,0
69 303 845,25р.
т
11018,77334
4 000,0
44 075 093,34р.
Вода
м3
19261,56
20,00
385 231,20р.
Песок
т
65441,5
140,00р.
9 161 810,00р.
114
керамзит
т
75574,9
1 350,00р.
102 026 115,00р.
Добавка
т
2561,42
1026,7
2 629 773,92р.
Арматура стержневая
т
2050,256
22 700,00р.
46 540 811,20р.
Арматура бухтовая
т
1006,516
20 000,00р.
20 130 320,00р.
Прокат
т
264,3
18 500,00р.
4 889 550,0
Щебень
т
101857,5
650,00р.
66 207 375,0
Полистирол ПСБ-С
м3
65,4
1800
117720
Эмульсия ОЭ-2
т
65,08
4 000,00р.
260 320,0
Итого:
365 727 964,9
Таким образом, стоимость сырьевых материалов 1 м3 ЖБИ на всех
пролётах равна: 365 727 964,9 / 87 495,2 = 4 179,9рублей.
Таблица 5.8- Затраты на приобретение нового оборудования и их
характеристика
Стоимость 1 Стоимость 1
Наименование
1
Мельница
1
55
2
Сепаратор
1
7,5
3
Вентилятор
1
5,5
4
Циклонный
1
-
1
-
ед. (долл.)
ед.
1874223
53 950
Кол-во
Мощность,
Поз.
КВт
порошкоуловитель
5
Рукавный фильтр
6
Элеватор
3 470
1
3
7
Вибропитатель
1 040
1
0,15
8
Пульт управления
4 220
1
-
Итого мощность (Квт):7 1,15
Итого,(руб.):2177503,2
(При курсе доллара, равном 34,74 рубля)
115
Таблица 5.9- Энергопотребление оборудования 1-4 пролётов
Мощность,
Поз.
Наименование
потребляемая
единицей
Общая
Кол-во
потребляемая
мощность, кВт
оборудования, кВт
1
2
3
4
5
1
Кассетная установка СМЖ 3312
12
7
80
2
Бетоноукладчик СМЖ-166Б
10
4
25
3
Вывозная телега
15
4
60
4
Мостовой кран
13
8
100
5
Машина формовочная
18
1
20
6
Виброплощадка
2,5
6
15
7
Ямная камера с пакетировщиком
10
10
62
8
Ямная камера
12
5
60
Продолжение таблицы 5.9
1
2
3
4
5
9
Мельница
55
1
55
10
Сепаратор
7,5
1
7,5
11
Вентилятор
5,5
1
5,5
12
Элеватор
3
1
3
13
Вибропитатель
0,15
1
0,15
Итого:
564,15
564,15
Расчет затрат на электроэнергию:
Электроэнергия на предприятие поставляется ОАО «Кузбассэнерго».
При цене 3,35 руб. за 1 кВт*ч (ориентировочно, 2014 г.) годовые расходы на
электроэнергию 1 - 4 пролётов составят:
Рэлектр = 3,35*564,15*4048=7 650 325,32 руб.
Затраты на тепловлажностную обработку:
Расход пара на 1 м3 - 0,24 Гкал, 1 Гкал пара-892,9 рублей.
116
Стоимость 0,24 Гкал-214,3 рублей для кассетной технологии, при 0,2
Гкал- 178,6 рублей для стендовой, 0,18 Гкал-160,74 рублей для ямной
камеры, 0,11 Гкал-98,22 рублей для щелевой камеры.
98,22х16 343+214,3х43490+160,74х17243+178,6х14 613=
= 12 306 638,08 руб. в год на тепловлажностную обработку изделий 1-4
пролётов.
Полные затраты на приобретение оборудования представлены в
таблице 5.10.
Таблица 5.10– Смета затрат на приобретение оборудования
Наименование
Сумма, руб.
Примечание
Оборудование
2 177 503,2
Таблица 5.7
1. Транспортные
65325,1
3 % от статьи 1
расходы
2. Затраты на запасные 44 856,57
2 % от суммы статей 1 и 2
части
3. Тара и упаковка
44 447,20
2 % от суммы статей 1 и 3
4. Прочие
33 642,42
1,5 % от суммы статей 1, 2, 3,
ИТОГО
2 365 774,49
Таблица 5.11 – Сводная смета затрат на оборудование
Наименование
Сумма, руб.
Примечание
1
2
3
1.Приобретение оборудования
2 365 774,49
Таблица 8.9
1. 2.Прочее
неучтенное 2 365 77,4
10 % от статьи 1
оборудование
2. 3. Монтаж оборудования
2 365 774,49
30 % от суммы статей 1 и
2
3. 4. Пусконаладка
283 892,9
117
12% от статьи 1
5.Земляные работы вручную
500
-
6.Строительные работы (разлом 1500
-
стены для пневмопровода)
ИТОГО:
5 017 441,88
-
5.6 Организационный план
Закрытое акционерное общество — форма организации публичной
компании; (общепринятое сокращение — ЗАО) — акционерное общество,
акции которого распределяются только среди учредителей или заранее
определённого круга лиц (в противоположность открытому).
Акционеры данного общества имеют преимущественное право на
приобретение акций, продаваемых другими акционерами. Число участников
закрытого акционерного общества ограничено законом. Как правило,
закрытое акционерное общество не обязано публиковать отчётность для
всеобщего сведения, если иное не установлено законом.
Основные различия между закрытым акционерным обществом (ЗАО) и
открытым акционерным обществом (ОАО):
1. Число акционеров:
— для ЗАО не более 50, если превысит, то ЗАО должно
преобразоваться в ОАО;
— для ОАО не ограничено.
2. Преимущественное право на приобретение акций, отчуждаемых
акционерами общества:
— для ЗАО акционеры пользуются преимущественным правом по цене
предложения третьему лицу (похоже на распределение долей в ООО);
— для ОАО преимущественное право не допускается.
3. Распределение акций:
— для ЗАО среди учредителей либо заранее определённого круга лиц;
118
— для ОАО распределение акций среди неограниченного круга лиц
(открытая подписка).
4. Уставный капитал:
— для ЗАО от 100 МРОТ;
— для ОАО от 1000 МРОТ [25].
Для
стимулирования
производительности
труда
и
повышения
материальной заинтересованности работникам завода начисляется премия до
40% от заработной платы.
Материальная ответственность работника за ущерб, причиненный
предприятию при исполнении трудовых обязанностей, атакже материальная
ответственность работодателя за ущерб, причиненный имуществу работника,
регулируется статьями 232-248 Трудового кодекса Российской Федерации.
Цех работает в 2 смены. Продолжительность рабочих смен: 1 смена - с
7-00 до 16-00 ч; 2 смена - с 16-00 до 00-00 ч.
Обед в первую смену с 12 до 13 ч, во вторую с 20 до 21ч.Через каждые
3 ч работы предусмотрен перерыв продолжительностью 15 мин. Каждый
сотрудник имеет в неделю 2 выходных дня, а 1 раз в год – оплачиваемый
отпуск продолжительностью 28 календарных дней. Штатное расписание и
расчёт заработной платы работников предприятия представлены в таблицах
ниже.
Таблица 5.12 – Штатное расписание персонала формовочного и
помольного цеха
Списо
чная
Месячн
Должнос
числен Разр ый
ть
ность,
яд
челове
оклад,
руб.
к
1
2
3
4
Район
Месячн
ный
ый
коэфф
оклад с
ициен
учетом
т, %
РК, руб.
5
6
119
Итоговая
Премия
зарплата на всех,
руб.
%
руб.
7
8
В
месяц
9
В год
10
Формовочный цех
Формов
щик
сборных
60
3
8744
15
10 056
40
14 078
168
101360
934
45
9
10
178
536130
710
0
174
348462
231
0
ж/б
изделий
Продолжение 5.12
1
2
3
4
5
6
7
8
30
4
9250
15
10 638
40
14 893
20
5
9838
15
11 314
40
4 525
3
4
9838
15
11 314
40
4 525
47 518
2
4
8800
15
10 120
40
4 048
28 336
340032
3
6
7500
15
8 625
40
3 450
36 225
434700
2
-
20000
15
23 000
40
32 200
17000
15
19 550
40
27 370
Формов
щик
сборных
ж/б
изделий
Машини
ст крана
Электрос
варщик
Плотник
570210,
48
Слесарь
ремонтн
ик
Старший
мастер
Мастер
6
120
386
400
772800
328
197064
440
0
Начальн
ик цеха
технолог
483
1
25000
15
28 750
40
40 250
2
17000
15
19 550
40
27 370
4
5
6
7
8
9
10
10000
15
11 500
40
4600
32 200
386400
000
328
440
483000
656880
Помольный цех
Окончание таблицы 5.12
1
2
Оператор
мельницы
рабочий
автопогру
зчик
2
2
3
9565
15
11 000
40
4400
30799
2
3
9000
15
10 350
40
4140
28980
8565
15
9 850
40
3940
13790
17000
15
19 550
40
27 370
ремонтник 2
Начальни
к участка
Итого
3
1
369591,
6
347760
165475,
8
328
440
328 440
25 807
138
895
Годовой фонд оплаты труда составит 25807895руб.
Отчисления на социальные нужды составляют 34 % от размера ФОТ:
Рсоц = 25 807 895*0,34 =9 433 272,1руб.
Суммарные годовые затраты на труд составят:
Рсум. труд = ФОТ + Рсоц = 37 178 189,96 руб.
121
5.7 Оценка риска
Значение раздела состоит в оценке опасности того, что цели,
поставленные в плане, могут быть полностью или частично не достигнуты.
Оценка проводится по стадиям проекта; подготовительной, строительства и
функционирования. После оценки степени риска разрабатывается перечень
мер, позволяющих его уменьшить.По характеру воздействия риски делятся
на простые и составные. Составные риски являются композицией простых,
каждый из которых в композиции рассматривается как простой.
Простые риски определяются полным перечнем не пересекающихся
событий, т.е. каждое из них рассматривается как не зависящее от других. В
связи с этим первой задачей является составление исчерпывающего перечня
рисков.
Второй задачей является определение удельного веса каждого простого
риска по всей их совокупности. Третьей задачей является оценка
вероятностей наступления событий, относящихся к каждому простому риску.
Четвертая задача - подсчет риска по каждой группе простых рисков.
Нижеприведенные таблицы содержат примерные перечни простых рисков по
стадиям.
Предпринимательский риск – опасность потенциально возможной
потери ресурсов (труд, время, деньги) при любых видах деятельности,
связанной с производством и реализацией продукции.
В процессе своей деятельности предприниматели сталкиваются с
совокупностью различных видов риска, которые отличаются между собой по
месту и времени возникновения, совокупности внешних и внутренних
факторов, влияющих на их уровень.
Экономический (коммерческий) риск обусловлен неблагоприятными
изменениями в экономике предприятия или в экономике страны. Наиболее
распространенным
видом
экономического
риска,
в
котором
сконцентрированы частные риски, является изменения конъюнктуры рынка,
122
несбалансированная ликвидность (невозможность своевременно выполнять
платежные
обязательства),
изменения
уровня
управления.
Предпринимательский риск связан с угрозой потери используемых ресурсов,
или недополучения доходов. Финансовый риск связан с возможностью
невыполнения фирмой своих финансовых обязательств. Шкала границ риска
представлена в таблице 5.13.
Для
оценки
возникающих
рисков
необходимо
тщательно
проанализировать весь технологический процесс и всю схему работы
предприятия, включая товародвижение. Балльная оценка рисков проводится
до и после проведения предупреждающих мероприятий (таблица 5.14).
Таблица 5.13 - Шкала границ риска
Границы
0 – 2,5
2,6 – 5,0
5,1 – 7,5
7,6 - 10
Минимальный
Повышенны
Критический
Недопустимый
риск
й риск
риск
риск
риска
Зона риска
Таблица 5.14– Балльная оценка рисков
Балл
Вес,
Влияние на
Pi
прибыль
1
2
3
4
Остановка
0,2
Падение
5
Вид риска
производства
до,
Риск
после,
мероприятия
Ri
5
6
7
8
1,0
Создание
2
0,4
продаж или
запасов сырья и
снижение
готовой
цен
продукции,
своевременный
ремонт
оборудования
123
Риск
щие
до
Ri
Предупреждаю Балл
после
Балл
Вес,
Влияние на
Pi
прибыль
1
2
3
Рост налогов
0,1
Уменьшени 2
Вид риска
е
до,
Риск
4
после,
мероприятия
Ri
5
6
7
8
0,2
Наличие
1
0,1
4
0,4
3
0,45
1
0,1
чистой
0,1
Снижение
после
резерва
прибыли
Улучшение
Риск
щие
до
Ri
Предупреждаю Балл
финансов
5
0,5
Увеличение
качества
объемов
издержек,
товаров фирм-
продаж
связанных
конкурентов
с
улучшением
существующей
продукции
и
разработкой
новых товаров
Рост цен на 0,15
Рост
сырьевые
производст
поставщиков,
материалы
венных
либо
затрат
заключение
5
0,75
Смена
долгосрочных
договоров
со
старыми
поставщиками
Несчастные
случаи
0,1
на
производстве
Остановка
3
0,3
Увеличение
производст
издержек
ва
страхование
персонала
на
и
повышение
эффективности
124
Вид риска
1
Вес,
Влияние на
Pi
прибыль
2
3
Балл
Риск
до,
до
Ri
4
5
Предупреждаю Балл
щие
после,
мероприятия
Ri
6
7
Риск
после
8
охраны труда
Итого
2,75
Совокупный
риск
после
осуществления
1,45
предупреждающих
мероприятий составил 1,45. Исходя из данных таблиц, предприятие
относится к минимальному риску.
5.8 Финансовый план
Целью финансового раздела бизнес-плана является расчет объема
инвестиций. Перечень категорий инвестиций определяется конкретным
содержанием проекта.
Общая стоимость проекта приведена в таблице 5.15. Калькуляция
себестоимости продукции приведена в таблице 5.16. Данные по статьям
калькуляции взяты из разделов 3,4, 5 настоящего бизнес-плана.
Таблица 5.15 – Общая стоимость проекта
Статья калькуляции
Единовременные
затраты, руб.
Оборудование
5 017 441,88
Коммерческие расходы:
- маркетинговые издержки рекламной компании
21 300
Полные расходы, руб.
5 017 441,88
Источники финансирования проекта:
125
5 017 441,88 руб. – собственные средства.
Таблица 5.16 – Смета затрат
Статья калькуляции
Всего затраты за год, руб.
Сырьевые материалы
365 727 964,91
Электроэнергия
7 650 325,32
Тепловлажностная обработка
12 306 638,08
Амортизация основных фондов (20 %)
23 502 546,74
Фонд оплаты труда
27 744 917,88
Отчисления на социальные нужды (34% от 9 433 272,1
ФОТ)
Накладные расходы от прямых затрат 1%
277 449,18
Накладные расходы от материалов 0,8%
2 925 823,72
Общезаводские расходы (70% от ФОТ)
12 750 346,00
Статья калькуляции
Всего затраты за год, руб.
Производственная себестоимость, руб.
461 340 713,3 (5 272,74
рублей за 1 м3ЖБИ)
Коммерческие
расходы
(1
%
от 4 613 407,13
производственной себестоимости)
Плановые
накопления(1%
от 4 613 407,13
производственной себестоимости)
Полная себестоимость, руб.
513 470 567 527,5(5 378,2
руб. за 1 м3ЖБИ)
Исходя из цен конкурентов и себестоимости продукции, принимаем
цену 7000 рублей за м3 ЖБИ.
1. Условно-переменные затраты:
126
Складываются из затрат на: сырьевые материалы, электроэнергию,
тепловлажностнуюобработку:
Vгод=365 727 964,91+7 650 325,32+12 306 638,08= 378 035 261,14 руб.
2. Условно-постоянные затраты:
Складываются из затрат на: амортизацию основных фондов, оплату
труда,
отчислений
на
социальные
нужды,
общезаводские
расходы,
коммерческие расходы, плановые накопления, накладные расходы от прямых
затрат,накладные расходы от материалов, и составляют:
Mгод=23 502 546,74+27 744 917,8+9 433 272,1+19 421 442,52+
+4 613 407,13+4 613 407,13+277 449,18=92 532 266,4руб.
3. Валовые затраты:
Складываются из условно-переменных и условно-постоянных затрат, и
равны полной себестоимости годового выпуска продукции: 470 567
527,52руб.
4. Выручка от реализации продукции:
В = Qгод*Цед,
где
Qгод – годовой объем производства, м3.
Цед – средняя цена единицы продукции, руб./м3.
В = 87495,2*7000= 612 468 500,00руб.
«Точку безубыточности» в натуральных единицах определяют по
формуле:
Qmin = Mгод/(Цед – Vед),
где
Vед – средняя величина переменных затрат на единицу
продукции, руб./шт.
Vед = Vгод/Qгод =355 409 974,16/87495,2 =4062,03 руб./м3.
«Точка безубыточности» равна:
Qmin = 92 532 266,4/ (7000-4062,03) =31 495,38 м3/год.
Балансовая прибыль:
Пбал = В – Сгод,
где
В – годовая выручка, руб.;
127
Сгод – полная себестоимость годового выпуска продукции, руб.
Пбал = 612 468 500,00-470 567 527,5=141 900 972,5руб.
Чистая прибыль (годовая):
Пчист = Пбал – Нпр,
где
Нпр – налог на прибыль, руб. (20% от балансовой прибыли с 2009
г.).
Нпр = 141 900 972,5*0,2 = 28380194,5руб.
Пчист = 141 900 972,5 – 28 380194,5= 113 520 777,98руб.
Рентабельность продукции:
Рпродукции = (Пчист/Сгод)*100 %.
Рпродукции = (113 520 777,98 /470 567 527,5)*100 % = 24,12 %.
Рентабельность продаж:
Рпродаж = (Пчист/В)*100 %.
Рпродаж = (113 520 777,98 / 612 468 500,00)*100 % = 18,53%.
Фондоотдача:
Фо = Сгод/КЗ,
где
КЗ – величина среднегодовойстоимости ОФ по заводу, включая
новое оборудование
Фо = 470 567 527,5/ 117 512 733,63=4руб./руб.
Фондоемкость:
Фе = 1/Фо = 1/4 = 0,25руб./руб.
Фондовооруженность:
Ф = КЗ/Чработ,
где
Чработ – число работающих людей плюс управляющий персонал
(из таблицы 5.12).
Ф = 117 512 733,63/ 138=851 541,55 руб./чел.
Среднегодовая выработка:
- на 1 работающего:
СВработ = В/Чработ. = 612 468 500,00/ 138= 4 438 177,54руб./чел.
- на 1 рабочего:
128
СВрабоч = В/СВрабоч = 612 468 500,00/95 = 6 447 036,84 руб./чел.
Затраты на оплату труда на 1 рубль товарной продукции:
ФОТудел = ФОТ/В.
ФОТудел=27 744 917,88/ 612 468 500,00= 0,045руб./руб.
Среднегодовая зарплата:
Зсг = ФОТ/(Чраб*12);
Зсг= 27 744 917,88/(138*12) = 16 754,18 руб.
5.8.1 Оценка инвестиций в проект
Чистый дисконтированный доход при постоянной норме дисконта и
разовой первоначальной инвестиции (капитальные затраты) определяется по
формуле:
NVP = - I0 + ∑ (Ct/(1+r)t) = - I0 + ∑ (Ct*d),
ГдеI0 – величина первоначальных инвестиций, руб.;
Ct – денежный поток от реализации инвестиций в момент времени t,
руб. (финансовый результат);
Ct = Пчист + А
t – шаг расчета (год, квартал, месяц и т. д.);
r – ставка дисконтирования;
d = 1/(1+r)*t – норматив дисконтирования.
Принятая для расчета норма дисконта составляет 20 % годовых, тогда:
r = 0,2 в год или r = 0,05 в квартал. I0 = КЗ = 5 017 441,88руб.
А = 14 502 923,39руб. – амортизация основных фондов.
Ct = Пчист + А= 14 502 923,39+113 520 777,98= 128 023 701,37 руб.
129
Таблица 5.18 – Коммерческий эффект от реализации проекта
Квартал (1 год реализации проекта)
Показатели Год
1
2
1 (90 дней)
2 (91 дней)
3 (92 дня)
4 (92 дня)
3
4
5
6
151019630,14
152697626,03
154375621,92
154375621,92
Выручка от
реализации, 612468500,00
руб.
Окончание таблицы 5.18
1
2
3
4
5
6
118608801,46
118608801,46
3615797,34
3655531,37
5923929,59
141900972,48 34989280,88
35378050,67
35766820,46
35766820,46
28380194,50
7075610,13
7153364,09
7153364,09
113520777,98 27991424,71
28302440,54
28613456,37
28613456,37
128023701,37 31567488,01
31918237,88
32268987,74
34537385,96
Валовые затраты,
руб., в т.ч.
амортизация, руб. 470567527,52 116030349,25 117319575,36
14502923,39
3576063,30
Прибыль
балансовая, руб.
Налог на прибыль
(20%), руб.
6997856,18
Чистая прибыль,
руб.
Чистый
денежный поток,
руб.
130
Таблица 5.19 – Расчет срока окупаемости капитальных затрат
Норма
Год
Кварт
ал
t
Ставка
Чистый
тив
дисконти денеж-ный
дискон
рования
поток, руб.
тирова
r
Ct
ния
d
I
1
0,05
31567488,01 0,952
Дисконтирован Величина
ный
Чистый
чистый первоначальны дисконтиро-
денежный
х инвестиций, ванный доход,
поток, руб.
руб.
руб.
Ct*d
I0
NVP
5017441,88
30052248,58
25034806,7
Как следует из таблицы 5.19, срок окупаемости проекта –1 квартал
первого года работы завода. Данный срок является ориентировочным,
поскольку
реальная
величина
инфляции
может
быть
больше
прогнозируемой.
Таблица 5.20 – Основные показатели 1-4 пролётов ЗАО «Завод ЖБИ100» после реализации проекта
Наименование
Единица
Значение
измерения
Организационно-правовая форма предприятия
Годовой объем производства
ОАО
м3
Режим работы
87 495,2
2 смены по 8
часов
Средняя себестоимость единицы продукции
руб.
5
272,74/м3
изделия
Цена единицы продукции
руб.
7000/м3 изделия
Численность работающих
человек
138
- в том числе рабочих
95
Годовая выручка
руб.
131
612 468 500,00
Наименование
Единица
Значение
измерения
Балансовая прибыль
руб.
141 900 972,48
Налог на прибыль (20 %)
руб.
28380194,50
Чистая прибыль (годовая)
руб.
113 520 777,98
Капитальные затраты
руб.
5 017 441,88
Рентабельность продукции
%
24,12
Рентабельность продаж
%
18,53
Фондоотдача
руб./руб.
4
Фондоемкость
руб./руб.
0,25
Фондовооруженность
руб./чел.
851 541,55
Среднегодовая выработка
руб./чел.
- на 1 работающего
4 438 177,54
- на 1 рабочего
6 447 036,84
Затраты на оплату труда на 1 рубль товарной руб./руб.
0,045
продукции
Среднегодовая зарплата
руб.
Срок окупаемости
16 754,18
1
первого
квартал
года
работы завода
Для того, чтобы вычислить экономический эффект, рассмотрим
производственные показатели 1-4 пролётов до планируемой реконструкции.
В первом пролете формуются наружные стеновые панели на
конвейерной технологической линии, на втором пролёте формуются изделия
по кассетному типу производства, на третьем пролете- многопустотные
плиты и вентблокипо а/п способу, на четвертом пролете колонны, ригели,
лестничные марши –по стендовому.
132
Завод работает в 1 смену по 8 часов 7 дней в неделю. Следовательно,
расчётное количество рабочих суток в году составляет 365-7=358 дней
Таблица 5.21- Режим работы предприятия
Количество
рабочих Количество
смен
в Годовой фонд рабочего
суток в году
сутки
времени, ч
358
1
4048
Годовой фонд рабочего времени, в часах, находится по формуле:
Гвр = N*n*8*Kи,
где
N – количество рабочих суток в году;
n – количество смен в сутки;
8 – количество часов в смене;
Ки – коэффициент использования оборудования, зависящий от
времени остановки оборудования на обслуживание и ремонт.
Гвр = 358*1*8 = 2864 ч.
Производительность 1-4 пролётов примерно 5 000 м3в месяц и около
60 000м3 в год. При этом стоимость сырьевых материалов будет следующая:
Таблица 5.22- Стоимость сырьевых материалов для 1-4 пролётов.
Вид сырья
Ед.
измерения
Количество Цена,руб
Затраты в год,руб
сырья
ПЦ 400Д0
т
12399,1
3 900,0
48 356 490,00р.
ПЦ500
т
9007,9
4 000,0
36 031 600,00р.
Вода
м3
13208,6
20,00
264 172,12р.
Песок
т
44876,5
140,00р.
6 282 707,11р.
133
керамзит
51825,5
1 350,00р.
69 964 362,74р.
Суперпласт т
47,7
42 000
2 003 400
Арматура
1406,0
22 700,00р.
31 915 340,47р.
690,2
20 000,00р.
13 804 357,94р.
стержневая
Арматура
т
т
т
бухтовая
Прокат
т
181,2
18 500,00р.
3 353 006,73р.
Щебень
т
69848,7
650,00р.
45 401 677,80р.
44,85
1800
80 726,44р.
44,6
4 000,00р.
178 514,32р.
Полистирол м3
ПСБ-С
Эмульсия
т
ОЭ-2
Итого:
257 636 355,67р.
Таблица 5.23 – Энергопотребление оборудования 1-4 пролётов.
Мощность,
Поз.
Наименование
потребляемая
единицей
Общая
Кол-во
потребляемая
мощность, кВт
оборудования, кВт
1
2
3
4
5
1
Кассетная установка СМЖ 3312
12
7
84
2
Передаточная телега
22
4
88
3
Бетоноукладчик СМЖ-166Б
10
4
40
4
Вывозная телега
15
4
60
5
Мостовой кран
13
8
120
6
Машина формовочная
18
1
20
7
Виброплощадка
2,5
6
15
134
8
Ямная камера с пакетировщиком
10
10
100
9
Ямная камера
12
5
60
Расчет затрат на электроэнергию:
Электроэнергия на предприятие поставляется ОАО «Кузбассэнерго».
При цене 3,35 руб. за 1 кВт*ч (ориентировочно, 2014 г.) годовые расходы на
электроэнергию 1-4 пролётов составят:
Рэлектр = 3,35*592*2864=5679884,8 руб.
Затраты на тепловлажностную обработку:
Расход пара на 1 м3 0,24 Гкал, 1 Гкал пара-892,9 рублей.
Стоимость 0,24 Гкал-214,3 рублей для кассетной технологии, при 0,2
Гкал- 178,6 рублей для стендовой, 0,18 Гкал-160,74 рублей для ямной
камеры, 0,11 Гкал-98,22 рублей для щелевой камеры.
98,22х1100775,4+214,3х6391144+160,74х1900657,3+178,6х1789731,4 =
= 8 182 308,00 рублей в год на тепловлажностную обработку изделий 14 пролётов.
Таблица 5.24 – Штатное расписание рабочих формовочного цеха 1-4
пролётов
Итоговая
Премия
Райо
Списоч
ная
Должность
численн
ость,
2
руб.
Месяч
нный
Месячны
Раз
ный
коэф
й оклад с
ряд
оклад,
фици
учетом
руб.
ент,
РК, руб.
человек
1
зарплата на всех,
%
3
4
5
6
135
%
руб.
7
8
В
месяц
9
В год
10
Формовщик
сборных
ж/б
34
3
10000
15
11 500
40
16 100
ж/б
15
4
10000
15
11 500
40
16 100
11
5
10000
15
11 314
40
4 525
1
4
9838
15
11 314
40
4 525
1
3
10000
15
11 500
40
16 100
3
6
7500
15
8 625
40
3 450
изделий
Формовщик
сборных
изделий
Машинист
крана
Электросварщи
к
Плотник
Слесарь
ремонтник
Мастер
3
17000
15
19 550
40
27 370
Начальник цеха
1
25000
15
28 750
40
40 250
1
20000
15
23 000
40
32 200
технолог
1
17000
15
19 550
40
7820
Итого
71
Старший
мастер
193
656880
200
0
193
289800
200
0
174
191654
231
1
47 518
47518
193
200
36 225
328
440
483
000
386
400
54740
193200
434700
985320
483000
386400
656880
145703
59
Годовой фонд оплаты труда составит 14 570 359 руб.
Отчисления на социальные нужды составляют 34 % от размера ФОТ:
Рсоц = 14 570 359*0,34 =4 953 922,1 руб.
Суммарные годовые затраты на труд составят:
136
Рсум. труд = ФОТ + Рсоц = 19 524 281,1руб.
Таблица 5.25 – Смета затрат
Статья калькуляции
Всего затраты за год, руб.
1
2
Сырьевые материалы
257 636 355,67
Электроэнергия
5 679 884,80
Тепловлажностная обработка
8 182 308,00
Амортизация основных фондов
22 499 058,37р.
(20%)
Фонд оплаты труда
14 570 359,00р.
Отчисления на социальные нужды (34% от ФОТ)
4 953 922,06р.
Общезаводские расходы (70 % от ФОТ)
325 927 933,63
Накладные расходы от прямых затрат 1%
145 703,59
Накладные расходы от материалов 0,8%
2 061 090,85р.
Производственная себестоимость, руб.
325 927 933,63р(
5 432,13ррублей за м3ЖБИ)
Коммерческие расходы (1 % от производственной 3 259 279,34
себестоимости)
Плановые
накопления(1%
от
производственной 3 259 279,34
себестоимости)
Полная себестоимость, руб.
332 446 492,30(
5 540,77 рублей за м3 ЖБИ)
Примем отпускную цену 1 м37000 рублей.
1.Условно-переменные затраты:
Складываются из затрат на: сырьевые материалы, электроэнергию,
ТВО составляют:
Vгод = 257 636 355,67+ 5 679 884,80+8 182 308,00= 378 035 261,1руб.
2. Условно-постоянные затраты:
137
Складываются из затрат на: амортизацию основных фондов, оплату
труда,
отчислений
на
социальные
нужды,
общезаводские
расходы,
коммерческие расходы, плановые накопления, накладные расходы от прямых
затрат, накладные расходы от материалов и составляют:
Mгод=22 499 058,37+14 570 359,0+4 953 922,1+10 199 251,3+
+3 259 279,3+3 259 279,34+145 703,6+2 061 090,8= 60 947 943,83руб.
3. Валовые затраты:
Складываются из условно-переменных и условно-постоянных затрат, и
равны полной себестоимости годового выпуска продукции:
332 446 492,3 руб.
4.Выручка от реализации продукции:
В = Qгод*Цед,
где
Qгод – годовой объем производства, м3.
Цед – средняя цена единицы продукции, руб./м3.
В = 60000х7000= 420 000 000руб.
Балансовая прибыль:
Пбал = В – Сгод,
где
В – годовая выручка, руб.;
Сгод – полная себестоимость годового выпуска продукции, руб.
Пбал = 420 000 000– 354 147 652,1332 - 446 492,3=87 553 507,7 руб.
Чистая прибыль (годовая):
Пчист = Пбал – Нпр,
где
Нпр – налог на прибыль, руб. (20% от балансовой прибыли).
Нпр= 420 000 000*0,20=17 510 701,54руб.
Пчист = 87 553 507,7– 17 510 701,5 =70 042 806,16руб.
Рентабельность продукции:
Рпродукции = (Пчист/Сгод)*100 %.
Рпродукции = (70 042 806,16 / 332 446 492,30)*100 % = 21,07 %.
Рентабельность продаж:
Рпродаж =(70 042 806,16 / 420000000)*100 % = 16,68%.
138
Среднегодовая выработка:
- на 1 работающего:
СВработ = В/Чработ. =420000000/ 71= 5 915 492,9руб./чел.
- на 1 рабочего:
СВрабоч = В/СВрабоч = 420000000/ 54=7777777,7руб./чел.
Затраты на оплату труда на 1 рубль товарной продукции:
ФОТудел = ФОТ/В.
ФОТудел =14 570 359,0/ 420000000 = 0,03 руб/руб.
Среднегодовая зарплата:
Зсг = ФОТ/(Чраб*12).
Зсг= 14 570 359,0/(54*12) = 16 704,93 руб.
Таблица 5.26 – Основные показатели 1-4 пролётов ЗАО «Завод ЖБИ100»до предполагаемой реконструкции
Единица
Наименование
измерения
Организационно-правовая форма предприятия
Годовой объем производства
Значение
ОАО
м3
Режим работы
60000
1 смена 8 часов
Средняя себестоимость единицы продукции
руб.
5
540,77/м3изделия
Цена единицы продукции
руб.
7000/м3 изделия
Численность работающих
человек
95
- в том числе рабочих
54
Годовая выручка
руб.
420000000
Балансовая прибыль
руб.
87 553 507,7
Налог на прибыль (20 %)
руб.
17 510 701,54
139
Единица
Наименование
измерения
Значение
Чистая прибыль (годовая)
руб.
70 042 806,16
Рентабельность продукции
%
21,07
Рентабельность продаж
%
16,68
Среднегодовая выработка
руб./чел.
5 915 492,9
- на 1 работающего
7777777,78
- на 1 рабочего
Затраты на оплату труда на 1 рубль товарной продукции
руб./руб.
0,03
Среднегодовая зарплата
руб.
16 704,93
140
Таблица 5.27 - Технико-экономические показатели проекта
№
Наименование показателя
Ед.измер.
п/п
1
Организационно-правовая
Значение показателя
Основные показатели 1-4 пролетов
Основные показатели 1-4 пролетов
ЗЖБИ-100
ЗЖБИ-100 после перевооружения
ОАО
ОАО
60000
87 495,2
1 смена 8 часов
2 смены по 8 часов
5 540,77/м3 изделия
5 272,74/м3 изделия
7000/м3 изделия
7000/м3 изделия
форма предприятия
2
Годовой объем производства
3
Режим работы
4
Средняя
себестоимость
м3
руб.
единицы продукции
5
Цена единицы продукции
6
Численность работающих
руб.
человек
- в том числе рабочих
95
138
54
95
7
Годовая выручка
руб.
420000000
612 468 500,00
8
Балансовая прибыль
руб.
87 553 507,7
141 900 972,48
9
Налог на прибыль (20 %)
руб.
17 510 701,54
2
28380194,50
Продолжение таблицы 5.27
10
Чистая прибыль (годовая)
руб.
11
Рентабельность продукции
%
21,07
24,12
12
Рентабельность продаж
%
16,68
18,53
13
Среднегодовая выработка
70 042 806,16
113 520 777,98
руб./чел.
- на 1 работающего
5 915 492,9
- на 1 рабочего
7777777,78
4 438 177,54
6 447 036,84
14
Затраты на оплату труда на 1
руб./руб.
рубль товарной продукции
0,045
16 704,93
16 754,18
15
Среднегодовая зарплата
16
Фондоотдача
руб./руб.
4
17
Фондоемкость
руб./руб.
0,25
18
Фондовооруженность
руб./чел.
851 541,55
19
20
Капитальные затраты
руб.
0,03
руб.
5 017 441,88
Срок окупаемости
1 квартал первого года работы завода
3
Список литературы
1.
Волженский, А. В. Минеральные вяжущие вещества [Текст] / А.
В. Волженский. – М.: Стройиздат, 1986. – 464 с.
2.
Тэйлор, Х. Химия цемента [Текст] / Х. Тейлор. – М.: Мир, 1996. –
3.
Пащенко, А. А. Физическая химия силикатов[Текст] / А. А
560 с.
Пащенко.–М.:Вища школа, 1986. – 362 с.
4.
Бокий, Г. Б. Кристаллохимия [Текст] / Г.Б. Бокий – М.: Наука,
1971. – 394 с.
5.
Баженов, Ю. М. Технология бетона [Текст] / Ю. М. Баженов – М.:
Изд-во АСВ, 2002. – 500 с.
6.
Бердов, Г. И., Ильина Л. В. Влияниеволластонита на прочность
цементного камня из длительного хранившегося портландцемента //
Строительные материалы: Научно-технический и производственный журнал.
– 2011. - № 1. - С. 48-49.
7.
Тэйлор, Х. Химия цемента [Текст] / Х. Тейлор. – М.: Мир, 1964. –
8.
Ле Су, Г. Бен Хаха, М. Влияние наполнителя на гидратацию
445с.
портландцемента в ранний период // Цемент и его применение. – 2012. - № 4.
- С. 46-49.
9.
Линлин, Сю Ян, Ван Минди, ЛюСюэчху, Е. Влияние частиц
цемента различной дисперсности на его свойства // Цемент и его применение.
– 2012. - № 5. - С. 99-100.
10.
Смирнова, О.М. Требования к гранулометрическому составу
портландцементов
для
производства
сборного
железобетона
по
малопрогревной технологии // Цемент и его применение. – 2012. -январьфевраль. - С. 205-207.
2
11.
Kocaba,V. «Development and Evaluation of Methods to Follow
Microstructural Development of Cementitious Systems Including Slags», Suisse,
2009г.
12.Лесовик, В. С. Композиционные вяжущие вещества на основе
доменного гранулированного шлака [Текст] / В. С. Лесовик, М. С. Агеева. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.
Шухова // Международная научная конференция «Эффективные композиты
для архитектурной геоники», г. Белгород, 18-19 сентября 2013. - С. 25-27.
13 Уфимцев, В.М. Шлакосульфатные вяжущие композиции [Текст] / В.
М. Уфимцев, А. Ю. Толмачев. - Уральский государственный университет
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина // Международная научная
конференция «Инновационные материалы и технологии» г. Белгород, 11-12
октября 2011. - С. 19-25.
14
Хоботова,
Э.
Б.
Химико-минералогическое
обоснование
использования доменных шлаков в производстве строительных материалов
[Текст] / Э. Б. Хоботова, Ю. С. Калмыкова. - Харьковский национальный
автомобильно-дорожный
университет
//
Международная
научная
конференция «Инновационные материалы и технологии» г. Харьков, 15-16
октября 2006. - С. 5-7.
15
Нациевский, Ю.Д. Справочник по строительным материалам и
изделиям [Текст] / Ю.Д.Нациевский. -К.: Будивэльник, 1989. – 136с.
16 Козлова, В.К. О фазовом составе зол высокотемпературного
спекания бурых углей Канско–Ачинского бассейна [Текст] / Ю. В. Карпова,
О.И. Долгих. - Барнаул:Издательство АлтГТУ, 1997. – 88 с.
17Данилович, И. Ю. Использование топливных шлаков и зол для
производства строительных материалов [Текст] / И. Ю. Данилович, Н.А.
Сканави. -М.: Высшая школа, 1988. – 72 с.
18
Гольдштейн, Л. Я. Использование топливных зол и шлаков при
производстве цемента [Текст] /Л.Я. Гольдштейн, Н.П.Штейерт. –М.:
Стройиздат, 1977.- 149с.
3
19 Бутт, Ю. М. Химическая технология вяжущих материалов [Текст]
/Ю.М. Бутт, М.М. Сычев.– М.: Высш. школа, 1980. – 472 с.
20
Зоткин, А.Г. Оценка минеральных добавок для бетона // Бетон и
железобетон. – 1996, №2.- С.19.
21
Дворкин,
А.
И.
Строительные
материалы
из
отходов
промышленности [Текст] /А. И. Дворкин, И.А.Пашков.– М.: Высшая школа,
1989. – 208с.
22 Резниченко, П. Т. Охрана окружающей среды и использование
отходов промышленности [Текст] /П.Т. Резниченко, А. П.
Чехов. –
Днепропетровск: Мир, 1979.- 173 с.
23 Пантелеев, В. Г. Состав и свойства золы и шлака ТЭС [Текст] / В. Г.
Пантелеев. - М.: Высшая школа, 1985. – 98 с.
24 ООО «BASF Строительные системы» [Электронный ресурс] –
Режим доступа: www.stroysist.ru. – Загл. с экрана.
25
Кучеров,
Д.
Е.Композиционные
вяжущие
с
активными
минеральными добавками разного генезиса и бетоны на их основе:дис. на
соискание ученой степени кандидата технических наук // Д. Е. Кучеров.Белгородский
государственный
технологический
университет
им.В.Г.
Шухова – Белгород: 2011.
26 Абдрахимов, В. З. Курс лекций по дисциплине «Заполнители для
бетонов» [Текст] /В. З. Абдрахимов, И. В. Ковков. – Самара: Изд-во ООО
«ЦПР», 2006. – 70с.
27 Будников, П. П. Неорганические материалы [Текст] / П. П. Будников.
– М.: Наука, 1968. – 445с.
28 Бердов, Г. И., Ильина В. Л. Повышение свойств композиционных
строительных материалов введением минеральных микронаполнителей //
Современные наукоемкие технологии. – 2011. - №1. – С. 49 – 52.
29 Тимашев, В. В. Свойства цементов с карбонатными добавками
[Текст] /В. В. Тимашев, В.Н. Колбасов. – М.: Высш. школа, 1981. – 69 с.
4
30 Диатомит и трепел и зделия из них [Электронный ресурс] – Режим
доступа: www.mineralworkyu.ru. – Загл. с экрана.
31 Пащенко,А.А. Теория цемента [Текст] /А.А. Пащенко. –К.:
Стройиздат, 1991. – 205 с.
32 Андреева,Н. А. Химия цемента и вяжущих веществ [Текст] /Н. А.
Андреева. - Санкт-Петербург: Наука, 2011. – 88 с.
33 Горшков, В. С. Физическая химия силикатов и других тугоплавких
соединений [Текст] / В. С. Горшков, В. Г. Савельев, Н. Ф. Федоров. - М.:
Высш. шк., 1988. - 399 с.
34 Овчинников, В. В. Химия в строительстве.// Соросовский
образовательный журнал. – 2000. - №5 – С. 23-25.
35 Русина, В. В. Минеральные вяжущие вещества на основе
многотоннажных промышленных отходов [Текст] / В. В. Русина. – Братск:
Слово, 2007. – 122 с.
36Гаврилов
А.В.
Влияние
мелкодисперсных
добавок
на
цементнуюматрицу. /Курочка П.Н., Пахрутдинов И.П., Гаврилов А.В.//
Современныематериалы и технологии в строительстве: Международный
сборник научныхтрудов. Новосибирск, 2003. – С. 77-80.
37 Хвастунов, А. В. Порошково-активированный высокопрочный бетон
и фибробетон с низким удельным расходом цемента на единицу прочности:
дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук: Пензенский
государственный университет архитектуры и строительства.-Пенза,изд-во
ПГУАиС, 2011. -218с.
5
Документ
Категория
Технология
Просмотров
432
Размер файла
4 834 Кб
Теги
mineralnye, tsementu, dobavka
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа