0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Удельная поверхность цемента блейн

Удельная поверхность цемента блейн

Стандартные свойства

Имеется много данных о стандартных физических свойствах цемента и методах их испытания. Стандартные свойства и способы их определения служат для оценки пригодности портландцемента в различных условиях строительства. Методы испытания так называемых стандартных свойств портландцемента были разработаны для того, чтобы иметь возможность заранее рассчитать прочность бетона в сооружении. Однако соответствие этих методов действительным полевым условиям службы бетона не было доказано.

Во избежание ненужных повторений мы коротко остановимся на стандартных свойствах цемента и более подробно рассмотрим лишь те из них, а также соответствующие им методы испытаний, которые являются необычными или относительно новыми. Кроме того, будут освещены некоторые варианты стандартных методов в тех случаях, когда это окажется необходимым для лучшего понимания природы цемента и способов его применения в бетоне. Наконец, в случае необходимости будет рассказано и о некоторых свойствах бетона, чтобы лучше объяснить соответствующие свойства цемента.

Можно построить логическую классификацию свойств портландцемента на основе методов испытаний с учетом особых условий, в которых цемент иопытывается. Например, одни свойства принадлежат цементу в порошке, другие — цементному тесту, т. е. смеси цемента с водой, а третьи — раствору, т. е. смеси цемента с водой и песком. Эта классификация будет иметь следующий вид:

1. Свойства, определяемые испытанием цемента в порошке:
а) удельный вес (стандарт АСТМ С-188);
б) тонкость помола по остаткам на сите 200 меш (стандарт АСТМ С-184);
в) тонкость помола по остаткам на сите 325 меш (стандарт АСТМ С-115);
г) удельная поверхность по Вагнеру (стандарт АСТМ С-115);
д) зерновой (гранулометрический) состав (нет стандарта);
е) удельная поверхность по Блейну (стандарт АСТМ С-204).

2. Свойства, определяемые испытанием цемента в тесте:
а) теплота гидратации по метЬду определения теплоты растворения (стандарт АСТМ С-186). Испытания проводятся как в тесте, так и в порошке;
б) нормальная густота (стандарт АСТМ С-187);
в) сроки схватывания по методу Вика или Джилмора (стандарт АСТМ С-191);
г) автоклавное расширение (стандарт АСТМ С-151).

3. Свойства, определяемые испытанием цемента в растворе:
а) прочность при сжатии 5-см растворных кубов (стандарт АСТМ С-109);
б) прочность при растяжении растворных восьмерок (стандарт АСТМ С-190);
в) содержание воздуха в растворе (стандарт АСТМ С-185);
г) водоотделение цементного раствора (стандарт АСТМ С-243);
д) сроки схватывания раствора (стандарт АСТМ С-229). Наряду с этими стандартными методами имеются и такие, которые еще не включены в стандарты, однако получили всеобщее признание и также служат для контроля качества цемента. Примером подобных методов могут служить: испытание сульфа-тостойкости цемента в балочках из тощего раствора, испытание растворных образцов на замораживание и оттаивание и др.

Удельный вес

Много лет назад была установлена минимальная величина удельного веса портландцемента, чтобы предупредить разбавление его инертными или дешевыми материалами. Надобность в этой предосторожности давно миновала, а с ней потерял свое значение и установленный минимум. Однако знание удельного веса цемента необходимо для того, чтобы определить абсолютный объем данного количества цемента и рассчитать расход его, состав смеси и расчетный удельный вес бетона. В свою очередь расчетный удельный вес бетона лежит в основе метода определения количества воздуха в воздухоудерживающем бетоне.

При расчете удельного веса бетона и абсолютного объема цемента удельный вес последнего принимается обычно равным 3,15. В действительности же удельный вес современных цементов ввиду более высокого содержания в них SO3 составляет 3,12—3,14. Для практических полевых условий эта разница несущественна, но при исследованиях цементов обычно определяют истинный удельный вес с помощью, например, прибора Ле-Шателье.

Уокер нашел, что кажущийся удельный вес портландцемента изменяется по мере развития процесса гидратации, т. е. что абсолютный объем цементного теста, определяемый на основании фактического известного веса и

удельного веса цемента и воды, отличается от абсолютного объема затвердевшего теста. Это подтверждается тем фактом, что объемный вес затвердевшего бетона больше объемного веса свежей пластичной бетонной смеси. Увеличение веса затвердевшего бетона после 7 суток влажного хранения достигает около 2,4 кг на 1 м3.

Частично это увеличение веса объясняется усадкой бетона в результате водоотделения — явления, о котором будет подробнее рассказано в дальнейшем. Однако применение воздухоудер-живающего бетона, который обычно обладает несколько меньшим водоотделением или вовсе свободен от него, свидетельствует, что более важным фактором является усадка цементного теста вследствие развивающихся процессов гидролиза и гидратации. Эта усадка, вызываемая химическим связыванием, происходит в тех -случаях, когда тесто твердеет под водой и таким образом защищено от высыхания. Ее нельзя поэтому смешивать с усадкой от высыхания. Исследования с помощью дилатометра, проведенные Хэмионом, показали, что усадка происходит главным образом в течение первых 24 час., как это видно из рис. 1, на котором приведены типичные кривые усадки цемента.

Тонкость помола портландцемента

Как уже указывалось, стандартом на портландцемент предусматриваются три способа определения тонкости помола. Этим подчеркивается то важное значение, которое придают тонкости помола цементники — технологи и строители.

Еще много лет назад было признано, что тонкость помола, или удельная поверхность, является важным фактором, определяющим скорость реакции между цементом и водой, а скорость гидратации в свою очередь оказывает существенное влияние на многие свойства цементного теста, раствора и бетона. Например, при увеличении тонкости помола повышается прочность, особенно в раннем возрасте, уменьшаются водоотделение и другие виды расслоения бетона, понижается величина автоклавного расширения, увеличивается удобообрабатываемость и сцепление бетона, а также водонепроницаемость и морозостойкость.

На рис. 2 показана зависимость между подвижностью бетона и удельной поверхностью цемента, а на рис. 3 — зависимость между удельной поверхностью цемента и степенью водоотделе-ния при данном составе смеси и методе испытания. Следует отметить, что показанная на рис. 2 оптимальная удельная поверхность для соответствующей величины осадки конуса объясняется увеличением вязкости портландцементного бетона по мере повышения тонкости помола цемента. В действительности же удобообрабатываемость или удобоукладываемость бетона продолжает возрастать и после этой оптимальной величины удельной поверхности. Иными словами, осадка конуса не характеризует истинной удобообрабатываемости бетона. Влиянием удельной поверхности на степень водоотделения объясняется требование определенного минимума тонкости помола для портландцемента предусматриваемое стандартом.

Первоначальной причиной, побудившей ввести определение тонкости помола или удельной поверхности, являлось желание получить предварительные данные о прочности будущего цемента еще в процессе помола, чтобы не ожидать результатов 28-су-точных испытаний. Конечно, при этом учитывалось, что на прочность влияет и состав цемента. Но поскольку состав цемента на каждом заводе находится в определенных и притом оптимальных пределах, можно было предполагать, что правильно измеренная удельная поверхность позволит с достаточной точностью предсказать прочность цемента стандартного состава. Таким образом, точность предварительной оценки прочности стала критерием для оценки правильности методов измерения тонкости помола.

Методы определения тонкости помола

В связи с важностью фактора тонкости помола были разработаны различные методы ее измерения. Эти методы можно в общей форме разделить на прямые и косвенные. К прямым методам определения тонкости помола относятся: ситовый анализ; воздушная сепарация (при помощи воздушных анализаторов Пирсона или Роллера); измерение скорости седиментации (при помощи‘гидрометра); непосредственное определение размеров частиц при помощи микроскопа.

Под косвенными методами подразумеваются: суспензионный турбидиметр Клейна, с помощью которого удельная поверхность цемента определяется по степени замутненности суспензии из навески цементного порошка в касторовом масле; турбидиметр Вагнера, основанный на скорости оседания частиц суспензии цемента в известном объеме керосина; приборы Ли — Нэрса и Блейна, в которых определение удельной поверхности основано на измерении скорости прохождения воздуха через уплотненный слой цемента.

Ситовый анализ был признан недостаточным для предварительной оценки прочности цемента, несмотря на применение все более тонких сит. Размеры сит, которые в США обозначаются по количеству отверстий на линейный дюйм проволочной сетки (меш), колеблются от 50 меш (сита, применявшиеся ранее для контроля тонкости помола) до 200 и 325 меш (современные сита).

Метод ситового анализа позволяет определить только величину остатка на сите, т. е. количество крупных частиц, оставшихся после помола, и не дает указаний о фракционном составе цемента и количестве частиц коллоидных размеров. Однако, несмотря на недостаточное совпадение данных ситового анализа с показателями прочности, он все еще применяется, главным образом как ускоренный метод контроля производительности мельниц и для предупреждения слишком грубого помола.

Определение на турбидиметре Вагнера начинается с зерен величиной 60 ц,, т. е. того максимального размера, который проходит через сито 325 меш. Другими словами, турбидиметр Вагнера определяет величину частиц начиная с того размера, на котором кончается просев через самое тонкое сито. Очевидно, что на этой основе трудно установить сколько-нибудь надежную зависимость между тонкостью помола, определенной с помощью ситового анализа, и прочностью.

Читать еще:  Кровля керамзит для уклона по цементной стяжке

Делалось немало попыток отделить частицы размером меньше тех, которые можно получить с помощью просева на ситах. Примером может служить порошкомер фирмы Смидт, основанный на принципе воздушной сепарации. Порошкомер может определять содержание частиц размером крупнее 30 ц. Как видно из табл. 6, данные, получаемые с помощью этого прибора, имеют не большую ценность, чем данные, полученные путем просева через сито 325 меш, поскольку около 93% общей удельной поверхности приходится на частицы размером менее 30 ц. Кроме того, этот прибор не дает никакого представления о частицах портландцемента, приближающихся по своим размерам к коллоидным. Поэтому полученные данные не могут служить для установления зависимости между тонкостью помола и прочностью. Лишь на отдельных заводах, выпускающих клинкер постоянной размалываемости и однородный по составу, удалось установить более или менее надежную зависимость между указанными характеристиками цемента.

Следует отметить, что порошкомер Смидта не применяется для определения зернового состава. Для этой цели были созданы другие приборы — воздушные анализаторы Пирсона и Роллера.

Если размалываемость клинкеров одинакова, то можно рассчитывать на выявление зависимости между показателями прочности и удельной поверхностью, рассчитанной на основе зернового состава с учетом частиц меньше 10 jx, определенных с помощью анализаторов Роллера или Пирсона. Там же, где клинкеры обладают различной твердостью, нельзя обнаружить такую зависимость, потому что большая часть удельной поверхности цемента падает на фракцию размером менее 10 fx, т. е. того минимального диаметра, который может быть точно измерен. Гак как для определения зернового состава образца цемента по этому методу требуется много времени и нужны очень опытные, квалифицированные лаборанты, ни один из указанных •анализаторов не получил применения в практике контроля тонкости помола на цементных заводах.

Микроскопический метод редко применяется для определения тонкости помола цемента из-за большого диапазона размеров измеряемых частиц. Да и сами частицы в основном слишком крупны, чтобы к ним можно было эффективно применить обычные способы микроскопического исследования. Кроме того, определение зернового состава или удельной поверхности цемента с помощью микроскопа является медленной и трудоемкой работой, для которой нужны дорогостоящая аппаратура и квалифицированные работники, что затруднительно в заводских условиях. Иногда считают, что зерновой состав, определенный микроскопическим методом, может служить как бы эталоном, с которым должны сравниваться результаты, полученные с помощью других методов.

В этой связи следует указать, что применение микроскопического метода основано на ряде допущений, касающихся:
1) размеров частиц неправильной формы,
2) фактора формы для-расчетов объема и удельной поверхности,
3) третьего измерения, которое определить невозможно. В основном эти допущения должны быть таковы, чтобы обеспечить правильную зависимость между определяемой тонкостью помола и частными физическими и химическими свойствами материала. Отсюда следует, что эти допущения применимы не ко всем материалам.

Турбидиметр Вагнера

Первым косвенным методом, обычно применяемым для определения зернового состава и удельной поверхности портландцемента, является турбидиметр Вагнера. Как и у воздушных анализаторов Пирсона и Роллера, в основу работы турбидиметра Вагнера положен закон Стокса о скорости осаждения шаровидных частиц, взвешенных в жидкости с известной вязкостью. Но концентрация частиц в суспензии при данной высоте и продолжительности осаждения определяется не прямым физическим методом, а по принципу отражения света. Интенсивность световых лучей, прошедших через суспензию, определяется с помощью фотоэлемента.

Определение удельной поверхности цемента

Одним из показателей дисперсности цемента является удельная поверхность. Она характеризуется суммарной площадью поверхности зерен в одном грамме цемента. Определяется методом воздухопроницаемости, который основан на сопротивлении слоя цемента воздуху, проходящему через него. С увеличением дисперсности с 3 до 4…4,5 тыс.см 2 /г повышается прочность цемента на 15…20%.

Оборудование и материалы:проба цемента; пневматический поверхностемер; сушильный шкаф; эксикатор; технические весы; фарфоровая чашка, сито № 09; секундомер; фильтровальная бумага.

Удельная поверхность зерен определяется при помощи специального прибора — пневматического поверхностемера (рис. 4), который состоит из гильзы, манометра–аспиратора, крана, резиновой груши и регулятора разрежения.

Гильза представляет собой металлический цилиндр с внутренним диаметром 25,2±0,1 мм, перегороженный диском в виде металлической перфорированной пластинки толщиной 2 мм с 88 отверстиями диаметром 1,2 мм каждое, опирающейся на заплечники гильзы. Цилиндр устанавливается на донышко в виде обоймы. С помощью гильзы через резиновый шланг нижняя часть камеры соединяется с манометром–аспиратором.

Рис. 4. Пневматический поверхностемер:

а – схема прибора, 1 – гильза, 2 – манометр–аспиратор, 3 – кран, 4 – регулятор разрежения, 5 – резиновая груша; 6 – гильза: 6 – камера, 7 – перфорированный диск, 8 – заплечники, 9 – трубка, 10 – донышко с обоймой; в – плунжер: 11 – рукоятка, 12 – канал, 13 – упорное кольцо, 14 – корпус; г – манометр–аспиратор: 15, 16 – уширения на трубке для воды, 17 – трубка, 18 – кран, 19 – открытое колено с уширением; д – гидравлический регулятор разрежения: 20 — трубка для ввода воздуха, 21 — трубка в виде тройника, 22 – сосуд

Для уплотнения цемента в гильзе служит плунжер, изготовленный в виде цилиндра с вертикальным каналом для прохода воздуха, упорным кольцом и рукояткой. Манометр–аспиратор предназначен для создания разрежения, в результате которого происходит просасывание воздуха через слой цемента, и для измерения величины этого разрежения. Он представляет собой стеклянный сосуд с двумя коленами, заполненными водой до нулевой отметки. Одно колено присоединено к гильзе и регулятору разрежения, второе открыто. Первое колено имеет два уширения, из которых верхнее служит для измерения дисперсности цемента с большей удельной поверхностью, нижнее – с малой. Выше и ниже этих уширений имеются метки b, с, d, e, а также нулевая метка на колене, до которой манометр–аспиратор заполняется жидкостью, и верхняя а, до которой должна подняться жидкость до начала измерения. Краном включается и выключается манометр аспиратора.

Гидравлический регулятор разрежения состоит из стеклянного сосуда и трубки для ввода воздуха. Он заполняется насыщенным раствором поваренной соли в количестве, достаточном, чтобы при создании разрежения жидкость в закрытом колене манометра–аспиратора поднималась до уровня, отмеченного буквой а.

Разрежение создается водоструйным насосом или резиновой грушей, имеющей клапаны для создания движения воздуха в одном направлении.

Подготовка к испытанию. Перед испытанием следует проверить герметичность гильзы и всех соединений прибора. Для этого гильзу закрывают сверху резиновой пробкой, гидравлический регулятор заполняют насыщенным раствором поваренной соли, а манометр–аспиратор – водой. Открывают кран и создают разрежение с помощью резиновой груши или водоструйного насоса. Уровень воды в манометре–аспираторе доводят до метки а и закрывают кран. При герметичности соединений прибора уровень воды не должен опускаться. Если же он опускается, следует найти и устранить место подсоса воздуха.

Для проверки правильности измерения применяется эталонный порошок, размолотый до определенной удельной поверхности, и очищенный соляной кислотой кварцевый песок.

В паспорте прибора указывается величина навески, коэффициент пористости, удельная поверхность эталонного порошка.

Подготовка пробы цемента заключается в следующем. Цемент просеивают через сито № 09, отвешивают 25 г, высушивают в сушильном шкафу при температуре 105…110°С в течение 2 ч, охлаждают в эксикаторе. Затем из подготовленной пробы берут навеску цемента, взвешенную с точностью до 0,01 г, которую затем помещают в гильзу прибора. Величину навески подбирают опытным путем. Она зависит от истинной плотности цемента и величины уплотнения.

Цемент помещают в гильзу, сверху устанавливают плунжер, умеренно нажимают на него рукой, чтобы верхний обрез кольца был на верхнем уровне гильзы. В гильзе должен получиться плотный слой цемента с коэффициентом пористости П = 0,48±0,1. Тогда по истинной плотности цемента рц и его объему V в гильзе вычисляют массу навески m, г, по формуле

где m – масса испытываемого цемента, г; rи – истинная плотность цемента, г/см 3 ; V – объем слоя цемента в гильзе, см 3 .

Он равен 7,5 см 3 при площади поперечного сечения гильзы 5 см 3 и высоте слоя цемента 1,5 см.

Проведение испытаний.Из приготовленной пробы цемента берут навеску, подобранную опытным путем, и взвешивают ее с точностью до 0,01 г.

В гильзу прибора помещают перфорированный диск, на него укладывают кружок фильтровальной бумаги, вырезанной по диаметру гильзы, и всыпают цемент. Слегка постукивая по стенке цилиндра, выравнивают поверхность цемента. Затем укладывают второй кружок фильтровальной бумаги, сверху устанавливают плунжер, умеренно нажимают на него рукой, чтобы упорное кольцо плунжера было на уровне верха гильзы.

Читать еще:  Насадки для удаления цемента

Гильзу присоединяют к манометру–аспиратору резиновой трубкой. Затем при помощи груши или водоструйного насоса создают разрежение под слоем цемента и открывают кран. Вода должна подняться до уровня а между двумя линиями, после чего кран закрывают. Вода в колене начнет опускаться, просасывая воздух через цемент, находящийся в гильзе. Когда вода достигнет уровня b, включают секундомер и замеряют время Т опускания ее до уровня с. Если вода опускается быстро и затрудняется возможность зафиксировать время опускания, пользуются нижним расширением и замеряют время опускания воды между уровнями d и с. Просасывание воздуха через одну навеску цемента выполняют два или три раза. Разность между наименьшим и наибольшим значениями не должна превышать 10%. Для последующих расчетов принимают среднее арифметическое значение.

Обработка результатов. Удельную поверхность цемента S, см 2 /г, вычисляют по формуле

(5)

S – удельная поверхность цемента, см 2 /г;

К – постоянная пневматического поверхностемера, которая указывается в паспорте прибора для верхнего и нижнего расширений манометра–аспиратора;

П – коэффициент пористости цемента в гильзе в долях единицы;

Т – время снижения уровня воды от отметки а до отметки b верхнего расширения или от с до d нижнего расширения манометра–аспиратора, с;

Белорусский государственный технологический университет

Получение быстротвердеющих высокопрочных цементов

Одним из перспективных направлений повышения качества цемента является увеличение его дисперсности. Быстротвердеющие высокопрочные цементы должны иметь удельную поверхность порядка 4000–5000 см 2 /г [1, 2].

Увеличение удельной поверхности цемента на 1500–2500 см 2 /г приводит к росту его прочности на ранних сроках твердения в 2–3 раза по сравнению с прочностью обычных цементов, имеющих поверхность порядка 3000 см 2 /г, с постепенным выравниванием прочностных показателей при длительном твердении. Прочность сверхтонких цементов, имеющих поверхность порядка 8000 см 2 /г, повышается по сравнению с обычным цементом через 3 суток на 170%, к 7 суткам на 100% и к 28 суткам более чем на 45%, причём прочностные характеристики цементов с удельной поверхностью 5000 см 2 /г, 7000 см 2 /г и 8000 см 2 /г практически мало отличаются между собой во все сроки твердения. Это позволяет считать с экономической точки зрения, что оптимальная поверхность составляет 4000–5000 см 2 /г [3].

Однако с увеличением удельной поверхности материала свыше 3000 см 2 /г при измельчении в обычных традиционных помольных системах «сухим» способом резко снижается производительность мельниц, а рост удельных энергозатрат пропорционален получаемой поверхности в степени 1,5 — 2. Большие энергетические затраты объяснятся не только большими объемами перерабатываемых материалов, но и тем, что КПД используемых мельниц характеризуется низкой эффективностью и достигает в лучшем случае порядка 5%. Мощность привода шаровых мельниц в цементном производстве может достигать 12000 кВт [4–6].

Поэтому в последнее время работы по увеличению тонкости помола строительных материалов базируются на применении более эффективных методов и механизмов, обладающих высокой производительностью, энергонапряжённостью и интенсивным воздействием на обрабатываемую среду.

Попытки создать принципиально новые устройства, использующие различные способы и методы диспергирования и активации цементов – турбулентный, ультразвуковой, электрогидравлический, электрохимический, виброактивацию , а также их сочетание еще находятся на стадии лабораторных исследований и не получили широкого промышленного распространения.

Поэтому, на фоне все большего подорожания экспортируемых энергоресурсов при ограниченности Беларуси собственными, весьма актуальной является задача внедрения в цементной промышленности более эффективных помольных агрегатов.

Еще в 1981 г. фирма » F . L . Smidth » совместно с фирмой » ASO Cement » (Япония) провели испытания лабораторной и промышленной установок валковой мельницы » Atox » на измельчение цемента [7]. Особенностью мельницы является наличие трех валков с цилиндрической размольной поверхностью и двух сепараторов ‑ воздушно-проходного и воздушно-центробежного, встроенных в корпус мельницы. Удельный расход электроэнергии на помол цемента тонкостью до 3000 см 2 /г по Блейну составил 26,7 кВт ч/т, что на 30% ниже затрат на шаровой мельнице.

В Греции на заводе «Олимп» в технологической линии, работающей по сухому способу производства цемента [8], установлена валковая мельница фирмы » Loesche » производительностью 380 т/ч, мощностью главного электропривода 3400 кВт.

Опыт исследования мельниц фирмы » Pfeiffer » на цементном заводе в Гураждже (Польша) подтвердил достоинства этого типа оборудования. Мельница на материалах средней влажностью 8‑10% показывает устойчивую производительность 280‑300 т/ч при удельном суммарном расходе электроэнергии 10,4 кВт ч/т [8].

Таким образом, можно сделать заключение, что весьма перспективными для помола цемента в нашей стране являются валковые среднеходные мельницы. К их достоинствам относятся компактность, сравнительно низкий удельный расход энергии на помол при относительно невысоком износе рабочих органов. Работа в замкнутом цикле с воздушными классификаторами позволяет получать необходимую тонкость помола при довольно простом регулировании гранулометрического состава готового продукта.

Эффективность использования валковых среднеходных мельниц для получения быстротвердеющих высокопрочных цементов была подтверждена в ходе лабораторных исследований специально сконструированной и изготовленной экспериментальной установки на кафедре машин и аппаратов химических и силикатных производств Белорусского государственного технологического университета.

Список литературы

1. Кузнецова Т.В. Новые составы и способы получения специальных цементов. // Цемент. 1980. № 12. – С. 17–19.

2. Мурог В.Ю., Вайтехович П.Е. Влияние домола цемента на прочность бетонных изделий // Строительные материалы. №6, 2004. – С. 36 — 38.

3. Полак А.Ф., Бабков А.В. Влияние дисперсности цемента на прочность его гидрата. // Цемент. 1980. № 9. – С. 15–17.

4. Ходаков Г.С. Физика измельчения. — М.: Наука, 1972. — 307 с .

5. Ходаков Г.С. Тонкое измельчение строительных материалов. – М.: Стройиздат , 1972. – 239 с.

6. Дуда В. Цемент. – М.: Стройиздат , 1981. – 464С.

7. Летин Л.А., Роддатис К.Ф. Среднеходные и тихоходные мельницы. –М .: Энергоиздат , 1981. – 360С.

8. Александров П.Е., Комов В.М., Комохов П.Г. О системе механических характеристик хрупких материалов. // Труды ЛИИЖТ, 1977, №407. С. 20–29.

Селективная дезинтеграторная активация портландцемента

ЧАСТЬ 2.

Методы снижения затрат энергии при помоле цемента

Рассмотренная технологическая схема помола материалов в замкнутом цикле, хотя и обеспечивает возможность активации портландцемента, себестоимость повышения его активности все равно остается достаточно высокой. Однако это единственный энергопродуктивный способ увеличить активность портландцемента методом повышения его дисперсности. Высокая стоимость подобных работ объясняется, прежде всего, тем, что тонкий помол цементного клинкера является наиболее энергоемким процессом, а увеличение дисперсности цементного порошка не возможно без серьезных затрат энергии. Именно на помол клинкера приходиться до 70 % энергозатрат при производстве цемента.

Вторая причина высокой себестоимости помола портландцемента является низкая эффективность помольного оборудования, реализующего модель разрушения методом двухстороннего нагружения (деформация сжатия). Шаровые мельницы, являясь наиболее яркими представителями помольного оборудования раздавливающе-истирающего действия, при работе с высокодисперсными материалами характеризуются низкой эффективностью, и КПД их составляет в лучшем случае несколько процентов.

Таким образом, для того чтобы кардинально уменьшить себестоимость активации портландцемента, необходимо прежде всего снизить затраты энергии на разрушение цементного зерна. При этом нужно признать, что большое уменьшение затрат энергии могут дать лишь те способы, при которых материалы имеющие прочность на сжатие большую нежели прочность на растяжение, измельчались бы под влиянием прямых разрывающих воздействий на них, а не в результате первоначальных сжимающих сил. Иными словами в работах по активации портландцемента выполняемых на местах его использования, когда объемы перерабатываемого материала относительно невелики (по меркам цементных заводов) экономически целесообразным являются метод ударного разрушения или как его еще называют дезинтеграторный метод.

Так же для снижения себестоимости активации портландцемента, помимо использования более рациональной модели разрушения цементного зерна, необходимо попытаться сократить объемы частиц, подлежащих измельчению. Соответственно, при сокращении количества объектов разрушения, затраты энергии также снижаются, а вместе с ней и уменьшается себестоимость активации.

Как уже говорилось раньше, при прочих равных условиях, чем выше дисперсность получаемого продукта, тем больше энергии необходимо затратить для ее достижения. Другими словами, чем меньше размер частицы, тем больше энергии требуется для ее разрушения, и наоборот, чем крупнее частица, тем меньше энергии требуется для ее разрушения.

В целом сам процесс тонкого помола является весьма энергоемким, и требует повышенных энергетических затрат по сравнению с более грубым измельчением. К тому же, тонкий помол подразумевает повышение интенсивности энергетического воздействия на обрабатываемый материал, что всегда сопряжено с безвозвратной потерей металла из-за износа помольных органов, который тем выше, чем тоньше частицы обрабатываемого материала (при прочих равных условиях). Тончайшие частицы материала препятствуют эффективному разрушению более крупных зерен, снижая производительность помольного оборудования и увеличивая его энергопотребление. Поэтому своевременное удаление из зоны помола частиц, достигших требуемой тонины, обеспечивает повышение эффективности измельчения. В этом случае значительно меньше частиц материала будет подвергаться безрезультатному нагружению, что обеспечивает снижение энергозатрат на трение частиц между собой и исключает их переизмельчение.

Читать еще:  Бинт с цементом для канализации

Влияние зернового состав на основные свойства цемента

Исследования показывают, что эффективность, помола цементного клинкера, оцениваемая по оптимальному гранулометрическому составу порошка и минимальному удельному расходу электроэнергии, тем выше, чем быстрее и полнее выделяются из материала наиболее тонкие фракции, затрудняющие процесс измельчения. Именно на своевременном удалении частиц требуемого размера и основана технология с использованием замкнутого цикла помола клинкера, обеспечивающая получение высокодисперсного быстротвердеющего портландцемента, удельная поверхность которого составляет 3500-4500 см 2 /г и выше.

Однако далеко не вся масса цементного порошка нуждается в дополнительном измельчении при его активации, поэтому разделение исходного продукта по размеру частиц является действенным способом снижения себестоимости активации. Именно поэтому работы, связанные с повышением вяжущих свойств цемента заводского изготовления, необходимо рассматривать как комплекс мероприятий, направленных на увеличение дисперсности цементного порошка за счет корректировки его гранулометрического состава.

Известно, что цементный порошок весьма неоднороден по своему гранулометрическому составу, более того степенью неоднородности во многом определяются его физико-технические свойства, в частности равномерность твердения, прочность на разных сроках твердения и т.д. Разные фракции цементного порошка оказывают влияние на прочность цемента, изменяют его водопотребность, пластичность цементного теста, и, наконец, скорость твердения. В связи с этим ряд исследователей рекомендует характеризовать активность цемента не только по удельной поверхности порошка, но и по зерновому составу. Так, А. Н. Иванов-Городов полагает, что равномерное и быстрое твердение цемента достигается при следующих зерновых составах:
зерен мельче 5 мкм — не более 20 %, зерен размерами 5-20 мкм — около 40-45 %, зерен размерами 20-40 мкм — 20-25 %, а зерен крупнее 40 мкм — 15-20 %.

Многочисленные исследования, проводившиеся как в нашей стране, так и за рубежом, позволили выявить следующую зависимость между количеством зерен определенного размера и скоростью твердения портландцемента. Так, частицы размерами 0-5 мкм оказывают решающее влияние на рост прочности цементного камня в первые часы твердения. Именно от частиц этого размера напрямую зависят сроки начального схватывания портландцемента. Частицы размером 5-10 мкм влияют на прочность цементного камня в 3-7 суточном возрасте, а фракция 10-20 мкм определяет прочность в 28 суточном и более позднем возрасте. Установлено, что, измельчая один и тот же клинкер и соответственно изменяя долю частиц размером 5-20 мкм в общей массе цементного порошка, можно получать портландцемент марок 600, 700 и 700 БТЦ (аббревиатура БТЦ расшифровывается как — быстро твердеющий цемент).

Таким образом, для повышения активности портландцемента, либо обеспечения возможности регулирования прочности бетонных изделий в разные сроки твердения, достаточно увеличить долю частиц определенного размера в общей массе цементного порошка. Увеличение процентного содержания частиц нужных размеров естественно происходит за счет дополнительного измельчения крупных цементных зерен, которые в достаточном количестве присутствуют даже в высокомарочном цементе, не говоря уже о материале среднего качества. Естественно, помол относительно крупных цементных зерен, требует меньших затрат энергии, поэтому его себестоимость, относительно помола тонких частиц, невелика.

Принципы селективного измельчения цементного зерна

Для того чтобы реализовать технологию выборочного или иначе селективного измельчения в работах по активации портландцемента, необходимо провести первичную классификацию материала, для выделения «балластной» фракции, состоящей из частиц требуемых размеров, дополнительное измельчение которых не целесообразно.

Термин «первичная» классификация вводится специально, чтобы отразить суть метода селективного измельчения. Если в производстве портландцемента используется технологическая схема замкнутого цикла измельчения, когда в процессе помола клинкера, частицы требуемого размера извлекаются уже после первичного помола, в этом случае имеет место классификация «вторичная», так как классифицирующий агрегат работает с материалом, прошедшим стадию первичного измельчения. Предлагаемый метод использования «первичной» классификации при активации портландцемента, заключается в том, что классифицирующий агрегат устанавливается перед помольной установкой, что позволяет провести первичное разделение поступающего на помол материала, а значит выделить цементные зерна нужного размера, исключив их нагружение в помольном агрегате. Частицы, прошедшие классификацию, отправляются в приемный бункер тонкого продукта, частицы не прошедшие классификацию отправляются на помол.

Таким образом «первичная» классификация портландцемента позволяет выделить из основной массы цементного порошка от 30 до 60 % частиц, дальнейшее измельчение которых не только экономически нецелесообразно, но и вредно по причине их переизмельчения ! Удаление «балластной» фракции из основной массы активируемого цемента позволяет снизить требования к размольной мощности агрегатов измельчения и использовать измельчительное оборудование, производительность которых по помолу ниже, чем общая производительности технологической линии активации портландцемента, что было совершенно не возможно при старых схемах активации.

Однако, сама по себе «первичная» классификация, хотя и позволяет в значительной степени уменьшить нагрузку на помольный агрегат, как в части снижения объемов перерабатываемого материала, так и в части требований к дисперсности получаемого продукта, это еще не сам метод селективной дезинтеграторной активации портландцемента, а только его составляющая.

В принципе для дополнительного помола выделенной фракции можно использовать помольные агрегаты различной конструкции, в том числе и мельницы барабанные шаровые и мельницы вибрационные, но эффект активации портландцемента в этом случае будет не полным, применение агрегатов измельчения ударного действия будет в любом случае предпочтительным. Причина этого заключается в том, что шаровая мельница, является помольным агрегатом, характеризуемым крайне низкой избирательностью измельчения.

Для продукта измельчаемого методом раздавливания- истирания (модель разрушения — деформация сжатия) свойственен весьма разнообразный гранулометрический состав, который представлен мелкими (переизмельченными), частицами ( 2 /г. Даже быстротвердеющий высокомарочный цемент с удельной поверхностью 4500 см 2 /г обычно имеет 2-5% частиц размерами более 80 мкм.

Метод ударного измельчения цементного зерна, напротив характеризуется достаточно узкой гранулометрией, процентное содержание в порошке частиц средней фракции при измельчении материала методом свободного удара гораздо выше, нежели при других способах помола. Поэтому, основной прирост прочности цемента, активированного ударным методом, наблюдается не в первые часы твердения, а спустя 3-7 суток. Что объясняется, прежде всего, высокой избирательностью измельчения методом свободного удара.

При ударном, или как его еще называют дезинтеграторном измельчении цементного зерна, гранулометрия получаемого продукта в основном зависит непосредственно от скорости свободного удара. Так, для разрушения цементного зерна, в зависимости от его размера, необходима строго определенная энергетика ударного воздействия. Чем выше скорость помольного органа (для дезинтегратора, центробежно-ударной мельницы) или скорость самой разрушаемой частицы (для струйной мельницы), тем меньше размер частиц в готовом продукте. Учитывая высокую гранулометрическую однородность материала, полученного в результате ударного измельчения, можно сделать вывод о самом характере такого измельчения.

Если при истирающем помоле разрушающее воздействие помольных органов отражается на всем ассортименте размеров частиц, то при ударном измельчении разрушаются лишь те частицы, размер которых соответствовал интенсивности ударного воздействия. Или другими словами, при недостаточно мощном ударе, измельчаются только относительно крупные, малоактивные цементные зерна, не домолотые заводскими шаровыми мельницами. Если скорость удара будет увеличена, начнется разрушение «хвостов» средней фракции, если скорость удара еще повыситься начнется уменьшение размеров средней, а затем и верхней части «средней» фракции и так далее.

Многочисленные опыты показали, что у портландцемента, имеющего остаток на сите № 008 — 20%, в результате дезинтеграторного измельчения и как следствие выравнивания зернового состава средней части, частицы размерами более 80 мкм переходят в среднюю фракцию с размерами частиц менее 40 мкм. Иными словами, крупные неактивные цементные зерна в результате ударного измельчения, переходят в активную среднюю фракцию, оказывающую основное влияние на прочность цементного камня в первые дни, недели и месяцы его твердения.

Именно высокая избирательность дезинтеграторного измельчения обеспечивает возможность получения активированного портландцемента средних показателей удельной поверхности, но с полным отсутствием остатка на сите № 008, и чрезвычайно малым остатком на сите № 006.

Соотношение основных фракций цементного зерна после помола наглядно демонстрируют прилагаемые гистограммы, позволяющие определить процентное содержания частиц различных размеров в цементных порошках сопоставимой удельной поверхности, но полученных на разных помольных агрегатах.

Гистограмма 1 — Количество частиц данного размера порошка, дезинтеграторного измельчения (V max = 160 м/c )

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector