CC BY
27Трунов П. В., аспирант, Алфимова Н. И., канд. техн. наук, доц., Вишневская Я. Ю., канд. техн. наук, н. с., Евтушенко Е. И., д-р техн. наук, проф.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ПОМОЛА НА ЭНЕРГОЕМКОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ*
В статье рассмотрены возможные способы изготовления композиционных вяжущих и их недостатки. Приведены результаты исследований по определению влияния способов помола на энергоемкость изготовления и качественные характеристики ТМЦ-50, изготовленного с использованием четырех разновидностей песков, входящих в различные генетические группы. При раздельном помоле время, необходимое для достижения заданной удельной поверхности композиционного вяжущего, сокращается в два раза в сравнении с совместным помолом.
Ключевые слова: композиционное вяжущее, кремнеземсодержащий компонент, коэффициент качества, энергоемкость помола._
В настоящее время разработана широкая номенклатура композиционных вяжущих (КВ), где в качестве кремнеземсодержащего компонента используется сырье как природного, так и техногенного происхождения [1-6].
Получение КВ возможно двумя способами. В первом случае используется портландцемент-ный клинкер, это возможно только тогда, когда выпуском композиционных вяжущих занимается цементный завод, при этом для помола используются те же мельницы, что и для изготовления портландцемента. Однако, на данный момент, такие производства отсутствуют, а их организация затрудняется большими затратами по переналадке оборудования.
Наиболее реальным и осуществимым в настоящее время является способ изготовления композиционных вяжущих путем домола товарного портландцемента с добавками.
Следует отметить что для обоих способ возможно осуществлять помол как одно- так и многостадийно.
Одностадийная схема подразумевает одновременную загрузку всех составляющих КВ и их совместный помол. При этом не учитывает различие в гранулометрии и твердости компонентов входящих в состав смеси, что может привести к повышению энергоемкости процесса, снижению показателей однородности размолотого материала и как следствие снижению качественных характеристиках конечного продукта.
При многостадийной схеме все компоненты мелятся раздельно до удельной поверхности самого высокодисперсного (например, портландцемента) и далее производится их совместный домол до заданной удельной поверхности конечного продукта. При этом процесс изготовления усложняется в сравнении с одностадийной
схемой, однако позволяет исключить ее недостатки.
Задача исследования состояла в сопоставлении энергоемкости помола и качественных характеристик ТМЦ-50, изготовленного при совместном и раздельном помоле компонентов.
В качестве кремнеземсодержащего сырья было выбрано четыре разновидности песков, входящих в различные генетические группы и как следствие имеющие различный химико-минералогический состав гранулометрию и твердость:
- осадочные (природные) - кварцевый песок;
- магматические (природные) - полнокристаллический вулканический пепел (республики Эквадор);
- метаморфические (техногенные) - отсев дробления кварцитопесчаника зеленосланцевой степени метаморфизма (Лебединский ГОК);
- пирогенные (техногенные) - отход производства керамзитового гравия, образующийся на стадии сортировки (ОАО ЖБК-1, г. Белгород).
При получении композиционных вяжущих помол проводился до удельной поверхности 500-550 м2/кг на вибрационной лабораторной мельнице.
При использовании керамзитовой пыли совместный помол не осуществлялся, что обусловлено ее высокой начальной удельной поверхностью (630 м2/кг).
Анализ полученных результатов показал (рис. 1), что при совместном помоле для достижения заданной удельной поверхности ТМЦ-50 с использованием кварцитопесчаника необходимо затратить 20 мин, а при применении кварцевого песка и вулканического пепла - 30 мин. Это обусловлено тем, что кварцитопесчаник состоит из отдельных агрегатов с большой де-
фектностью кристаллов, в то время как вулканический пепел и природный песок представляют собой практически монодисперсное вещество с близкой твердостью породообразующих минералов.
При раздельном помоле время, необходимое для достижения идентичной удельной по-
верхности, сокращается в два раза. Это можно объяснить тем, что при различной размолоспо-собности компонентов большая часть энергии тратится на диспергирование более мягких составляющих, которые препятствуют разрушению минералов с большей твердостью.
Рис. 1. Зависимость длительности помола ТМЦ-50 от вида кремнеземсодержащего компонента
и способа помола:
1 - кварцевый песок; 2 - кварцитопесчаник; 3 - вулканический пепел; 4 - керамзитовая пыль
Исследование влияния способа помола на качественные характеристики ТМЦ-50 производилось путем сопоставления гранулометрии композиционных вяжущих и определение коэффициента качества (Кк) кремнеземсодержащего компонента [7].
Анализ результатов Кк показал (табл. 1), что при раздельном помоле компонентов вяжущего, значения коэффициента качества по отношению к эталону (ТМЦ-50 с использованием вольского песка изготовленного совместным помолом) увеличиваются. Возможно, это связано с тем, что при совместном помоле клинкерная составляющая, имеющая меньшую твер-
дость, достигает большей удельной поверхности, чем при раздельном, в результате чего происходит быстрая гидратация с последующей перекристаллизацией новообразований, приводящей к сбросу прочности. В то же время при раздельном помоле получается однородная смесь, с равной тонкостью помола всех компонентов. При этом, удельная поверхность, а следовательно и активность, кремнеземсодержащего компонента достигает более высоких показателей чем при совместном помоле, что в свою очередь способствует связыванию выделяющегося в процессе гидратации портландита с образованием дополнительных гидросиликатов кальция.
Таблица 1
Показатели коэффициента качества песков различного генезиса как компонента _композиционных вяжущих_
Наименование кремнеземсодержащего компонента КВ
Коэффициент качества
совместный помол
раздельный помол*
Отсев дробления кварцитопесчаника, _фракции 0,315-5_
Керамзитовая пыль
Вулканический пепел
1,05
1,15
Песок Вольского месторождения
1,1
Кварцевый песок
0,95
1
* - в качестве эталона выступал ТМЦ-50 на вольском песке, полученный при совместном помоле.
№
,18
,26
,22
1
Согласно приведенным данным по гранулометрии, характер распределения частиц ТМЦ-50, изготовленных при одинаковых условиях имеют схожий характер, с четким, ярко выраженным пиком в области частиц 36,4-99 мкм (рис. 2, 3) Исключение составляет график распределения частиц ТМЦ-50, изготовленного с использованием керамзитовой пыли, что объясняется ее высокой удельной поверхностью. Это позволяет сделать вывод, что различия в значениях коэффициента качества обусловлены генезисом сырья и условиями изготовления вяжущих, а не гранулометрией композиционного вя-
Размер частиц, мкм
Рис. 2. Гранулометрии ТМЦ-50, изготовленных совместным помолом компонентов
Размер частиц, мкм
Рис. 3. Гранулометрии ТМЦ-50, изготовленных раздельным помолом компонентов
Таким образом, выбирая способ помола, необходимо оценивать энергозатраты и возможность получения высококачественного композиционного вяжущего. Следует учитывать, то что при использовании компонентов с различным гранулометрическим составом частицы больше подвержены агрегации, чем в материалах с более постоянными размерами частиц (например, кварц). Чем лучше размалывается материал, тем выше его склонность к агрегации. Поэтому во многих случаях взаимодействие компонентов при совместном помоле, которое зависит от их твердости и склонности к агрегации необходимо учитывать.
*Работа выполнена в рамках реализации ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы, грант № 14.B37.21.1487, тема: «Разработка научных и практических основ создания композиционных вяжущих на основе техногенного сырья с целью производства фибробетона для ремонтных работ» и Программы стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова на 2012—2016 годы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Урханова, Л. А. Вяжущие и бетоны на основе вулканических шлаков / Л. А. Урханова, М. Е. Заяханов // Строительные материалы. -2006. - №7. - С. 22-24.
2. Попутные продукты горнодобывающей промышленности в производстве строительных материалов /А.Н. Володченко, В.С. Лесовик, С.И., Алфимов, Р.В. Жуков // Современные наукоемкие технологии.- 2005. - .№10. - С. 79.
3. Лесовик, В.С. Использование природного перлита в составе смешанных цементов /В.С. Лесовик, Ф.Е. Жерновой, Е.С. Глаголев // Строительные материалы. - 2009. - № 6. - С. 8487.
4. Сулейманов, А.Г. Эффективное композиционное вяжущее для мелких стеновых блоков / А.Г. Сулейманов, В.С. Лесовик // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2009. - № 1.- С. 95-96.
5. Лесовик, В.С. Гранулированные шлаки в производстве композиционных вяжущих /В.С. Лесовик, М.С. Агеева, А.В. Иванов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2011. - № 3. - С. 2932.
6. Алфимова, Н.И. Влияние сырья вулканического происхождения и режимов твердения на активность композиционных вяжущих / Н.И. Алфимова, Я.Ю. Вишневская, П.В. Трунов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2011. -№1. - С. 10-14.3.
7. Лесовик, Р. В. Выбор кремнеземсодер-жащего компонента композиционных вяжущих веществ / Р. В. Лесовик, И. В. Жерновский // Строительные материалы. - 2008. - №8. - С. 7879.
