Введение. Основная цель процесса помола - превращение промежуточных материалов (клинкера, гипса и т.д.) в окончательный продукт (цемент) с конкретной тониной и свойствами. Количество энергии, необходимое для получения нужной тонины, только частично используется для создания новой поверхности: как фактически доказано, 95% всей энергии бесполезно расходуется на тепло. Эффективность помола резко снижается с увеличением тонины главным образом из-за агломерации самых мелких частиц, которые сразу выносятся наружу. Большие расходы на технологический процесс (как прямые, так и на охрану окружающей среды) заставили цементные заводы искать решения по исправлению этого положения, такие как применение интенсификаторов помола.
Интенсификаторы помола широко используются уже более 50 лет. Также хорошо известно, что конечной целью их использования является предотвращение агломерации цементных частиц в процессе помола. Как следствие, они снижают время удержания материала в мельнице и повышают к.п.д. сепарации, что уменьшает расход энергии и обеспечивает постоянство качественных и количественных показателей выпускаемого цемента.
Цементные добавки повышают механическую прочность и сужают разброс по гранулометрическому составу цементных частиц, диаметр которых тоже уменьшается.
В данной работе рассмотрено влияние добавки «Р-3» на размолоспособность клинкера ОАО «Белгородский цемент».
Эта добавка разработана на основе поликарбоновых кислот. При введении «Р-3» увеличивается удельная поверхность частиц, оказывает положительное влияние на интенсивность процессов гидратации, а на поверхности частиц образуются мономолекулярные адсорбционные оболочки, снижающих внутреннее трение в бетонной смеси.
Методология. Определение удельной поверхности цемента методом воздухопроницаемости ведут по ГОСТ 310-60. Этот метод определения удельной поверхности цементов основан на измерении сопротивления, оказываемого воздуха, просасываемого через слой цемента установленной толщины и площади поперечного сечения, уплотненного до определенного содержания пустот в единице объёма.
Определение предела прочности при сжатии в малых образцах Предел прочности при сжатии каждого образца определяется как частное от деления величины разрушающего груза (кгс) на площадь грани образца (см2). Величина разрушающего груза определяется умножением показания манометра по шкале на цену деления соответствующего интервала шкале по формуле(1), [5].
Р=
, кгс/см2 (1)
где Р - предел прочности на сжатие образцы, кгс/см2, Пм - показатель манометра, Цм – цена деления манометра (указанная на прессе), S – площадь образца, см2.
Определение нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста. Подготовку пробы цемента для испытания выполняют по ГОСТ 310.1-76. Для испытания применяют прибора Вика.
Основная часть. В работе использовался клинкер ЗАО «Белгородский цементт» и интенсификатор помола добавка Р-3. Химический состав данного клинкера представлен в табл.1
Таблица 1
Химический состав клинкера, %
|
Компонент |
Содержание, % |
|||||||||
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
К2О |
Na2O |
R2O |
TiO2 |
|
|
Клинкер |
21,6 |
5,31 |
4,31 |
66.5 |
0,52 |
0,20 |
0,73 |
0,33 |
0,81 |
0,40 |
Таблица 2
Модульные характеристики клинкера
|
Клинкер |
КН = 0,926 |
n = 2,24 |
p = 1,23 |
Таблица 3
Минералогический состав клинкера, %
|
C3S |
C2S |
C3A |
C4AF |
Сумма |
|
63,8 |
13,8 |
6,8 |
13,1 |
100 |
Вес клинкера вместе с литровым сосудом- 1850г.
Вес 1 литра клинкера (масса сосуда 200 г)- 1650 г.
Перед испытаниями был сделан рассев клинкера, чтобы посмотреть, в какой большей степени представлен фракционный состав клинкера (табл. 4).
Таблица 4
Фракционный состав клинкера
|
Клинкер ЗАО «Белгородский цемент» |
№ сита |
Вес, г |
Вес, % |
|
20 |
100 |
6,1 |
|
|
10 |
380 |
23 |
|
|
5 |
700 |
42,4 |
|
|
3 |
380 |
23 |
|
|
2 |
90 |
5,5 |
|
|
Итого |
- |
1650 |
100 |
После того как провели рассев клинкера видно, что преобладает фракция размером менее 10 мм и более 5 мм.
Исследуемый клинкер предварительно раздробили в металлической ступке до прохождения через сито № 063. Далее произвели помол навесок до удельной поверхности 350±10 м2/кг в лабораторной металлической шаровой мельнице (V=1 л.). Полученные данные приведены в таб. 5 и на график помола (рис 1).
Таблица 5
Зависимость удельной поверхности от времени помола
|
Кол-во добавки, % |
Время, мин |
|||||||||
|
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
58 |
|
|
б/д |
157 |
195 |
225 |
240 |
262 |
292 |
310 |
322 |
337 |
352 |
|
0,03 |
190 |
220 |
242 |
264 |
290 |
320 |
330 |
343 |
|
|
|
0,05 |
193 |
220 |
256 |
274 |
295 |
310 |
330 |
355 |
|
|
|
0,1 |
200 |
230 |
262 |
283 |
310 |
336 |
340 |
|
|
|
|
0,2 |
207 |
233 |
261 |
287 |
320 |
332 |
360 |
|
|
|
|
0,3 |
205 |
250 |
280 |
312 |
330 |
347 |
|
|
|
|
Рис. 1 Влияние добавки на размолоспособность клинкера
Наилучший результат был получен с добавкой Р-3 в количестве 0,2%: удельная поверхность уже на 15 минуте имеет значение 205 м2/кг, кривая на протяжении всего помола практически имеет линейный характер, время помола сокращается на 18 минут по сравнению с клинкером без добавки Р-3.
Как видно из полученных данных, по мере увеличения количества добавки Р-3 удельная поверхность клинкера возрастает по сравнению с клинкером без добавки, и следовательно время помола сокращается от 8 до 18 минут. Это свидетельствует о том, что Р-3 оказывает интенсифицирующее действие на клинкер.
Для определения нормальной густоты и сроков схватывания к клинкеру размолотому в присутствии добавки Р-3 добавляли 4% гипса и гомогенизировали в течении 30 минут. Испытания проводили в малых образцах. Результаты проведенных испытаний представлены в табл. 6 и на рис. 2, рис. 3.
Таблица 6
Значения нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста
|
Образцы |
НГ |
Сроки схватывания, ч-мин |
||
|
|
мл |
% |
Начало |
Конец |
|
б/д |
6,0 |
30 |
0-46 |
2-10 |
|
0,03% |
5,8 |
29 |
0-47 |
2-15 |
|
0,05% |
5,8 |
29 |
0-47 |
2-16 |
|
0,1% |
5,6 |
28 |
0-55 |
2-25 |
|
0,2% |
5,2 |
26 |
0-57 |
2-36 |
|
0,3% |
5,0 |
25 |
1-05 |
2-57 |
Рис. 2. Зависимость нормальной густоты цемента от количества введенной добавки Р-3
По графику видно что, с увеличением количества добавки Р-3 снижается нормальная густота. Снижение нормальной густоты цементного теста с добавкой Р-3 объясняется тем, что Р-3 на поверхности цементного зерна создает мономолекулярную пленку, которая снижает взаимодействие частицы с водой и повышает ее подвижность.
Рисунок 3
Сроки схватывания клинкера с добавкой Р-3
По результатам видно, что у клинкера без добавки начало схватывания наступает не ранее 46 минут, а конец схватывания наблюдается не позднее 2 часов 10 минут.
У клинкера с добавкой Р-3 в количестве 0,03% начало схватывания удлиняется на 1 минуту, а конец на 5 минут. Данному клинкеру с добавкой Р-3 в количестве 0,05% начало схватывания удлиняется на 1 минуту, а конец схватывания на 6 минут. У клинкера с добавкой Р-3 в количестве 0,1% время начала схватывания удлиняется на 9 минут, а конец на 15 минут. Клинкер с добавкой Р-3 в количестве 0,2% также схватывается медленнее: начало схватывания удлиняется на 11 минут, конец- на 26 минут. У клинкера с добавкой Р-3 в количестве 0,3% начало схватывания наступает на 19 минуте позднее, чем у клинкера без добавки, а конец на 47 минут.
Следовательно, с увеличением количества добавки Р-3 увеличивается как начало, так и конец схватывания. Это связано с тем, что образуется адсорбционный слой, который тормозит протекание процессов гидратации.
Для определения прочностных характеристик были изготовлены образцы кубики 1,41×1,41×1,41 см из цементного теста (без песка), с определенным водоцементным отношением и испытаны в 2; 7; 28 суточном возрасте. Результаты приведены в табл. 7 и на рис. 4.
Таблица 7
Гидратационная активность клинкера
|
Количество добавки,% |
Прочностные показатели, Мпа |
||
|
2 суток |
7 суток |
28 суток |
|
|
0 |
45 |
47 |
70 |
|
0,03 |
39 |
48 |
73 |
|
0,05 |
24 |
49 |
73 |
|
0,1 |
17 |
55 |
75 |
|
0,2 |
14 |
50 |
76 |
|
0,3 |
11 |
52 |
58 |
Гистограмма прочности на сжатие малых образцов представлена на рисунке.
Рисунок 4
Прочностные показатели образцов
Из приведенных данных следует, что добавка Р-3 в количестве 0,03÷0,3% замедляет рост прочности клинкера в 2-х суточном возрасте и незначительно увеличивает в 7-ми суточном возрасте. На несколько МПа увеличивает в 28-ми суточном возрасте, кроме добавки 0,3%. Замедление роста прочности можно объяснить тем, что Р-3 адсорбируется на поверхности клинкерных минералов с образованием мономолекулярной пленки, что и затрудняет развитие образования гидратов. Таким образом, оптимальное значение добавки составляет 0,2%, так как время помола сокращается на 18 минут, и по прочностным показателям в 7-ми и 28-ми суточном возрасте рост прочности выше, чем у контрольного образца.
Выводы. На основании полученных результатов можно ожидать повышения активности клинкера в производственных условиях и получения качественного цемента с высокими прочностными показателями. Таким образом, использование интенсификатора помола Р-3 в производстве клинкера позволяет решить вопрос энергосбережения и вопрос качества.
Библиографическая ссылка
Корниенко Д.В., Штрипов И.К., Ряполов А.С. ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ Р-3 НА РАЗМОЛОСПОСОБНОСТЬ И СТРОИТЕЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 6. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=13561 (дата обращения: 21.12.2024).