Закрытое акционерное общество «Урал-Омега»
+7 (499) 704-48-08
+7 (3519) 22-00-49
+7 (499) 704-48-08
+7 (3519) 22-00-49

Влияние способа помола на строительно-технические свойства цемента

Артамонов А.В., Гаркави М.С., Каменщикова Е.В. (Магнитогорский государственный технический университет)

Дефицит цемента в стране ставит под угрозу выполнение национального проекта «Доступное жилье». Этот дефицит может быть в значительной степени уменьшен за счет использования клинкера, поставляемого из Китая или Турции, а производство цемента может быть реализовано на помольно-смесительных установках.

Одним из определяющих факторов регулирования строительно-технических свойств цемента является его зерновой состав, который оказывает влияние на водопотребность, скорость твердения и прочность цементного камня. Зерновой состав цемента зависит от способа его помола – схемы измельчения и типа измельчителя.

Эффективность применяемых в настоящее время при помоле цемента шаровых мельниц достаточно низкая: только 3…6% подаваемой электроэнергии идет на измельчении материала. Остальная часть в форме тепла, вибрации и шума просто теряется. Возможность снижения энергопотребления при помоле цемента достигается при применении центробежно-ударных мельниц, разработанных НПА «Урал-Центр», которые широко используются при измельчении различных материалов.

Целью настоящей работы является изучение влияния способа помола цемента на его строительно-технические свойства. Для получения цементов в работе использовался клинкер Магнитогорского цементно-огнеупорного завода и гипсовый камень Дубиновского месторождения (Оренбургская обл.). Измельчение указанных материалов до различной тонины осуществлялось в шаровой мельнице МШ-1 и центробежно-ударной мельнице МЦ-0,36. В шаровой мельнице удельная поверхность и зерновой состав цемента определяется длительностью измельчения, а в центробежно-ударной мельнице – направлением и силой удара.

Удельная поверхность и зерновой состав цементов (определен с помощью лазерного гранулометра «Mastersizer») приведены в таблице 1.

Таблица 1. Удельная поверхность и зерновой состав цементов




Маркировка цемента




Удельная поверхность, м2/кг


Содержание частиц, %

Параметры

распределения

0…5 мкм

5…30 мкм

> 30 мкм

n

Xe

Ш1

260

20,1

38,4

41,5

0,844

33,04

Ш2

324

24,6

43,2

32,2

0,880

24,35

Ш3

368

26,7

45,7

27,6

0,874

20,9

Ш4

413

29,1

44,6

26,4

0,877

17,94

Ц1

223

12,9

40,1

47,0

1,049

38,49

Ц2

228

11,4

36,4

52,2

1,045

38,34

Ц3

287

17,7

53,8

28,6

1,108

24,35

Примечание. Индекс Ш- относится к цементам, полученным в шаровой мельнице, а индекс Ц – к цементам, полученным в центробежно-ударной мельнице.

Как следует из таблицы 1, цементы, полученные в шаровой мельнице, характеризуются большей удельной поверхностью, что обусловлено высоким содержанием в них частиц фракции 0…5 мкм. Именно наличие этих частиц и предопределяет высокие значения удельной поверхности цемента. Кроме того, вышеуказанные цементы обладают широким зерновым составом, т.е. в них примерно одинаково содержание частиц как самой мелкой, так и самой крупной фракции. Такой зерновой состав определяет пониженную водопотребность (оценивается по величине нормальной густоты цементного теста) этих цементов по сравнению с цементами, полученными в центробежно-ударной мельнице (таблица 2).

Таблица 2. Водопотребность цементного теста и цементно-песчаного раствора

Маркировка цемента

Нормальная густота, %

В/Ц

цементно-песчаного раствора

Ш1

24,9

0,39

Ш2

25,8

0,39

Ш3

26,3

0,40

Ш4

26,6

0,40

Ц1

28,0

0,39

Ц2

28,1

0,39

Ц3

29,3

0,39

 

Высокая водопотребность цементов центробежно-ударного измельчения обусловлена их узким зерновым составом, и следовательно, большей межзерновой пустотностью, а также одинаковой формой частиц. Кроме того, как показано в [1], в таких цементах увеличивается реакционная способность C3A и первые несколько минут гидратации возрастает количество гидратных новообразований. В результате для достижения определенной удобоукладываемости требуется больше воды.

Однако при использовании этих цементов в цементно-песчаных растворах (таблица 2) и в бетонных смесях [2] эти факторы способствуют уменьшению водопотребности указанных смесей. Это, видимо, связано с тем, что содержащийся в этих цементах воздух, способствует улучшению реологических свойств смесей, а при их уплотнении удаляется из них.

Зерновой состав цементов оценивают через коэффициенты уравнения Розина-Раммлера (параметры зернового распределения) [3]. Параметрами зернового распределения являются характеристический размер зерна (параметр Xe) и коэффициент равномерности зернового состава (параметр n). Xe - размер зерна в мкм, свыше которого содержится 36,8 % частиц по массе. Таким образом, характеристический размер зерна показывает тонину помола цемента. Коэффициент равномерности зернового состава характеризует степень разброса частиц по размерам. Чем выше параметр n, тем в более узком диапазоне размеров сосредоточены частицы (узкий зерновой состав). В настоящее время это аналитическое выражение используется многими исследователями для оценки зернового состава цемента.

Из данных таблицы 1 следует, что цементы, полученные в центробежно-ударной мельнице, характеризуются более однородным зерновым составом (большее значение параметра n), хотя и имеют меньшую тонкость помола.

Представляет сопоставить свойства цементов, полученных в различных измельчителях и обладающих одинаковой тониной помола (равные значения Xe). Согласно данным таблицы 1, это цементы Ш2 и Ц3. Несмотря на одинаковую тонину помола, цемент центробежно-ударного измельчения Ц3 содержит большее количество частиц размером 5…30 мкм. Именно содержание этих частиц определяет активность цемента, и как показали проведенные исследования, указанный цемент имеет активность 39,1 МПа, а цемент, полученный в шаровой мельнице – 37,0 МПа, т.е. эти цементы обладают практически одинаковой активностью. Однако цемент центробежно-ударного измельчения характеризуется большими на 11,5% показателями прочности при изгибе, что важно при применении цементов в дорожном строительстве.

При использовании цементов важное значение имеет кинетика их твердения. На рисунке 1 приведена скорость набора прочности цементного камня при твердении цементов Ш2 и Ц3 в нормальных условиях.

Рисунок 1. Кинетика твердения цементов различного способа помола

Как следует из представленных данных, кинетика роста прочности цементного камня полностью коррелирует с зерновым составом исследуемы цементов. Цемент, полученный в шаровой мельнице и содержащий большее количество частиц размером 0…5 мкм, характеризуется высокой ранней прочностью. Однако к 28 суткам твердения прочностные показатели цементов различного способа помола выравниваются в соответствии с их зерновым составом.

Таким образом проведенные исследования показывают, что цементы центробежно-ударного измельчения по своим строительно-техническим свойствам не уступают цементам, полученным с использованием традиционным способов измельчения. При этом следует отметить, что технология центробежно-ударного измельчения является энергосберегающей. Как показала проведенная технико-экономическая оценка, при получении цементов равной активности использование центробежно-ударной мельницы позволяет на 30% снизить общие удельные энергозатраты по сравнению с традиционной шаровой мельницей.

Литература:

  • Бапат Дж.Д. Повышение качества цемента с использованием современных процессов помола // Цемент и его применение. – 1999. - №2. – С.8-10.
  • Артамонов А.В., Кушка В.Н. Тяжелые бетоны на основе цементов различного способа помола // Строительные материалы. -2008. - № 3. С. 50-51.
  • Rosin P., Ramm1er E. Kornzusammensetzung des Mahlgute in Lichte der Wahrscheinlichkatslehre. - Kolloid Zeitschrift, 1934, Heft 1, Band 67.
по заявке 6Е-125561909
558,32 у.е. к доплате
Скачать статью () в PDF