авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«В.С. Прокопец, Е.А. Бедрин Механоактивационная технология получения минерального вяжущего на основе кислых зол ТЭЦ Учебное пособие ...»

-- [ Страница 2 ] --

В своей монографии А.А. Хинт приводит схему движения материала в дезинтеграторе, на основании которой им была разработана методика рас чета основных параметров данной мельницы (рис. 6.2).

Расчеты основываются на следующих предположениях: все мелющие элементы имеют круглое поперечное сечение;

измельчаемые частицы по кидают данный круг обработки в некоторой точке по касательной к ок ружности;

мелющие элементы на следующем круге обработки расположе ны таким образом, что пролет частицы мимо них был бы невозможным, т.е. частица, которая касается одного элемента (била), коснется с другой стороны следующего элемента. Последнее условие должно гарантировать каждой частице по одному удару на каждом круге обработки.

В дальнейшем эта модель движения материала получила уточнение А.

Тюманоком, так как: во-первых, частица, покидая круг обработки, всегда имеет кроме касательной скорости еще и радиальную составляющую;

во вторых, условия соударения частицы с мелющим элементом круглого по перечного сечения в каждой точке различны, поэтому последующие дви жения имеет различные скорости по величине и направлению (при этом принято, что соударение материала о рабочую поверхность мелющего элемента – упругопластическое, движение по рабочей поверхности – скольжение при наличии трения, движение на следующий круг обработки – прямолинейный полет);

в-третьих, в дезинтеграторе происходит индиви дуальная обработка каждой частицы и представляет интерес изучение взаимодействия одной частицы с мелющим элементом.

Рис. 6.2. Схема движения материала в дезинтеграторе Соударение частицы с относительной скоростью с мелющим элемен том (рис. 6.3) определяется мгновенным трением скольжения и качения.

Трение скольжения определяется коэффициентом f и трением качения К. Первый определяет угол трения скольжения tg 1=f. (6.1) Второй определяет смещение нормальной реакции tg 2=2K/. (6.2) В зависимости от угла наклона возможны различные случаи соударе ния частицы и пальца:

1) при 1 и 2 имеет место прямой удар без скольжения и каче ния частицы. При этом разрушение частицы происходит под действием сил сжатия и растяжения;

2) при 2 1 и 1 2 в момент соударения происходит смеще ние центра массы частицы. При этом возникают интенсивные нормальные касательные усилия, которые и вызывают разрушение частиц;

3) при 2 и 1 имеет место удар с последующим скольжением и перекатыванием частицы. Разрушение частицы происходит под действием сил сдвига и среза. При этом раскалывания частиц не происходит.

Из вышеизложенного видно, что особенность соударения частицы с круглым пальцем состоит в том, что условия соударения зависят от угла соударения.

Рис. 6.3. Взаимодействие частицы с мелющим элементом Так, угол соударения влияет на скорость скольжения частицы вдоль поверхности мелющего элемента после удара:

0, 1 ;

V (6.3 ) V0 (sin f cos ), 1, где V0 – скорость частицы до удара.

Процесс удара измельчаемого материала с билом дезинтегратора, при котором возникает точечное напряжение за счет динамической нагрузки при ударе, можно интерпретировать с использованием уравнения теории упругости Герца. Оно дает соотношение между материальными и энерге тическими параметрами, характеризующими взаимодействие между тела ми в процессе удара в зависимости от размера поверхности и времени со прикосновения. Так, при ударе измельчаемого материала о бил дезинте гратора часть его кинетической энергии превращается в тепло и приводит к возникновению пластической деформации (идет на активацию измель чаемого материала), а другая часть сохраняется, что обеспечивает возмож ность отскока /19/:

W к = Wes + Ws, (6.4) где W к – кинетическая энергия измельчаемого материала;

Wes – запасаемая упругая энергия;

Ws – энергия скрытой пластической деформации и тепло.

При этом для оценки упругих свойств поверхности била и измельчае мого материала используют коэффициент восстановления, суть которого рассмотрена далее.

6.3. Коэффициент восстановления скорости материала при ударе о била дезинтегратора Методика определения коэффициента восстановления заключается в поиске (определении) отношения высоты отскока к высоте падения из мельчаемого материала на неподвижную жесткозакрепленную плиту. При этом высота отскока определяется с помощью быстрой фотосъемки.

Значение коэффициента восстановления берется согласно статистиче ским наблюдениям зафиксированных 50–ти результатов эксперименталь ных исследований. Для получения истинного значения результаты испы таний группируют в 8 разделов (табл. 6.2). Затем по методике, описанной в работе /20/, производится статистическая обработка данных коэффициента восстановления (табл. 6.1).

На основании полученных данных (см. табл. 6.1) можно построить гис тограмму частостей (рис. 6.5).

Данная зависимость позволяют предположить, что значение коэффи циента восстановления имеет нормальный усеченный закон распределе ния. При уровне значимости = 0,1 данное предположение было оправда но по критерию Пирсона, а также по критерию Романовского.

С вероятностью 95 % разброс среднего результата коэффициента вос * становления равен неравенству 0,065 М ( х ) 0,123. Тем самым можно ут верждать, что с вероятностью 95 % значение коэффициента восстановле ния в среднем имеет значения не менее, чем 0,065 и не более 0,123. При чем данные значения коэффициента восстановления справедливы для пер вого удара измельчаемого материала о билы дезинтегратора. При после дующих ударах измельчаемого материала о билы дезинтегратора значение коэффициента восстановления согласно экспериментальным исследовани ям будет уменьшаться по следующей графической зависимости (рис. 6.6).

Рi*, Pi 0, 0,2 0, 0,1 0, 0,0 0,0 1 0,0 4 0,0 6 0,0 9 0,1 1 0,1 4 0,1 6 0,1 9 x * Рис. 6.5. Опытная гистограмма распределения частостей Pi значения коэффициента восстановления и выравнивающая теоретическая кривая Pi 0, К 0, 0, 0, 0, 0, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Кол-во ударов одной частицы материала Рис. 6.6. Экспериментальные данные влияния количества ударов одной частицы материала о билы дезинтегратора на значение коэффициента восстановления 6.4. Обобщенное уравнение механической активации золоцементных материалов Для вывода математической модели, как уже отмечалось в п/п 3.3, не обходимо рассчитать напряжение, действующее на обрабатываемый мате риал в дезинтеграторе. Для этого, учитывая основные допущения, приня тые в п/п 6.2, и расчетные схемы движения материала в рабочей зоне мельницы, можно определить энергию удара по изменению кинетической энергии за время соударения:

m4i V i 1 К i m3i V0i n Q ( ( )), (6.5) i 1 1 К i 2 1 Кi где К i - коэффициент восстановления;

– доля потери энергии от ки 1 Кi нетической энергии потерянных скоростей;

n – число ударов;

m3, m4 – мас са частицы обрабатываемого материала до и после удара соответственно.

Значение величины коэффициента восстановления, найденное путем статистической обработки экспериментальных данных, приведено в пре дыдущем параграфе учебного пособия.

Из выражений (6.3) и (6.5) видно, что энергия обработки зависит от точки соударения, т.е. от угла. Так, при = 0 имеем максимальное зна чение Q, при этом получаем максимально активированный материал.

Необходимо отметить, что материал, скользящий по поверхности била, отделяется от него в точке отрыва, т.е. там, где радиус кривизны естест венной траектории будет больше радиуса поперечного сечения мелющего элемента. Учитывая это условие, можно определить скорость частицы со ударения из дифференциальных уравнений:

m4 m4 2 r1 cos fN ;

s V02 (6.6) 2 m4V0 m 2 r1 sin N, m r где – скорость вращения ротора дезинтегратора;

r1 – радиус била;

– угол точки соударения;

r0 – расстояние точки от оси вращения ротора;

N – нормальная реакция;

f – коэффициент трения скольжения.

Радиус кривизны естественной траектории становится больше r0 в точ ке, где N = 0, и тогда после некоторых математических преобразований скорость V0 будет определяться уравнением r1 sin V0 r0 1 (1 ). (6.7) r Зная величину энергии удара, можно найти силу разрушения, дейст вующую на материал в дезинтеграторе. Для этого воспользуемся выраже нием, объединяющим силу удара F с энергией удара Q:

F = 2 Q E / r Rp, (6.8) где r – радиус обрабатываемой частицы.

Различие между средним напряжением, действующим в нагруженном теле и определяемом как величина полной нагрузки F, отнесенная к попе речному сечению тела S, т.е. =F/S, и локальными истинными напряже ниями a, действующими непосредственно на межатомные связи в от дельных местах тела (где наиболее интенсивно и идет процесс разруше ния), можно оценить по следующей зависимости:

a D( g ) или a D F/ S, (6.9) где D – коэффициент перенапряжения, определяемый следующим образом:

D / Va, (6.10) где Va – объем молекул данных (исследуемых) веществ, рассчитывается по соотношению V а А/ Na, (6.11) где А – молекулярный вес;

Na – число Авогадро;

– плотность измель ченного материала.

Подставляя в выражение (6.9) значение силы F (6.8), получим формулу для определения действующего напряжения на материал:

2QED a. (6.12) 4r 3 R p Однако следует иметь в виду, что значение разрушающего напряже ния a получено в условиях статического нагружения. В условиях дина мического нагружения имеет место эффект «запаздывания разрушения»

/21/. Этот эффект объясняется необходимостью достаточной продолжи тельности временного промежутка, в течение которого действуют напря жения a. Таким образом, динамическое разрушающее напряжение опре деляется по формуле g = х (t) a, (6.13) где х(t) – временной коэффициент. Данный коэффициент является мо нотонно убывающей функцией времени удара t, при неограниченном уве личении времени удара временной коэффициент стремится к единице.

Большая часть энергии, потребляемой дезинтегратором, рассеивается в результате трения за счет пластических деформаций мелких зерен, а также за счет сопротивления воздуха в зоне рабочего круга. В связи с чем пред ставляется целесообразным ввести в зависимость (6.13) коэффициент, учи тывающий потери энергии, необходимой для разрушения материала.

Таким образом, подставляя зависимость (6.12) в (6.13), окончательно получим формулу для определения действующего на материал напряжения при его измельчении в дезинтеграторе:

x(t )QEDy g, (6.14) 4r 3 R p где у – коэффициент, учитывающий потери энергии при измельчении ми нерального материала в дезинтеграторе.

После подстановки уравнения (6.14) в уравнение (3.34) получим:

N ц t0 x( t )RTQEDy ) U U0 (. (6.15) R 2 Sr ц p Для того чтобы определить энергию активации процесса механоакти вации золоцементных материалов по зависимости (6.15), необходимо знать коэффициенты, входящие в данное уравнение. Величины коэффициентов U0 и определяются графическими построениями зависимости долговеч ности твердого тела от напряжения, т.е. строится график зависимости lg от, и из наклона прямой вычисляется коэффициент. Затем, экстрапо лируя прямую пересечения с осью ординат, находят величину коэффици ента А. Подставляя полученные величины, определяют U 0 2,3RT (lg A lg 0 ), (6.16) где 0 для цементных и золоцементных вяжущих принимается равным ~10-13 с, и RT. (6.17) Данные значений коэффициентов U0 и приведены в табл. 6.2.

Данные табл. 6.3 позволяют сделать вывод о том, что начальная энер гия активации разных составов схожа по своей величине. Близость резуль татов объясняется тем, что на величину начальной энергии активации влияют в основном свойства вяжущего, в данном случае цемента.

Величина, как видно из табл. 6.2, в отличие от величины U0 изменя ется с возрастом композиционных материалов на основе цемента, умень шаясь с увеличением прочности материала, что согласуется с выражением (6.15). Данные табл. 6.2 позволяют сделать вывод о том, что начальная энергия активации материалов из смесей разного состава близка между со бой по величине. Исходя из вышеизложенного для золоцементного вяжу щего коэффициент U0 можно принять равным 175 кДж/моль.

Для расчета величины U время обработки материала в дезинтеграторе ( ц, 0 ) можно принять равным 10-2...10-3 и 10-3…10-5 соответственно.

Число циклов N измельчения материала равно числу рядов бил на дис ках дезинтегратора. Прочностные показатели исследуемого материала Rp, Е выбираются согласно справочникам. В связи с тем, что время измельче ния смесей в дезинтеграторе невелико, а также для упрощения вычислений температура Т процесса разрушения принимается равной температуре ок ружающего воздуха. Временной коэффициент х(t) для золоцементных ма териалов равен 4. Коэффициент, учитывающий потери энергии при из мельчении золоцементного вяжущего в дезинтеграторе, равен 0,95. Резуль таты расчета энергии активаций, произведенные по зависимости (6.15) с использованием значений вышеуказанных коэффициентов, приведены в табл. 6.3.

Таблица 6. Значения коэффициентов U0 и материалов на основе цемента Значения величин при возрасте образцов, Ис Величина Образец сут. точник 30 60 52, 42, 37, кДж 05 36, МПа Цементогрун моль /22/ ты кДж U0, 166 168 моль,34,52, кДж, МПа Песчаный рас- моль – – /23/ твор, кДж U0, моль 48, кДж /22/, МПа моль Цемент 180 – – /16/ кДж, U0, /22/ моль, Как видно из табл. 6.3, энергия активации исследуемого процесса на прямую зависит от действующего на нее напряжения: с увеличением на пряжения на материал его энергия активации уменьшается.

На рис. 6.7 приведена графическая зависимость энергии активации ис следуемого процесса от действующего на материал напряжения с учетом потерь энергии.

Зависимость (6.15) показывает, что при увеличении температуры на обрабатываемый материал энергия активации исследуемого процесса по нижается (рис. 6.8).

Таблица 6. Результаты расчетов энергии активации по зависимости (6.15) Со Скорость Энер- Напряжение, Энергия актива став вращения гия действующее на ма- ции см дисков удара териал исследуемого, с-1 g МПа.10- Q, еси процесса Дж.10- U, кДж/моль Ц/ З 10 0 0 0 175, 0/ 10 16,67 20,3 14,7 163, 0/ 10 33,33 58,1 42,8 144, 0/ 10 50,00 71,4 52,6 132, 0/ 60/ 0 0 0 166, 60/ 16,67 24,5 4,2 162, 60/ 33,33 147,3 25,2 142, 60/ 50,00 159,6 27,3 140, U, кДж/моль 170 Ц/З=100/ Ц/З=60/ 0 10 20 30 40 g.10-2, МПа Рис. 6.7. Зависимость энергии активации от действующего на материал напряжения U, кДж/моль Ц/З=100/ 125 Ц/З=60/ 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Т, 0С Рис. 6.8. Зависимость энергии активации от темпера туры окружающего воздуха при фиксированной ско рости вращения роторов дезинтегратора =16,67 с- Кроме того, наглядно продемонстрирована суть коэффициента перена пряжения D, т.к. знание сути данного коэффициента объясняет явления неравномерности распределения тепловой энергии между атомами твердо го тела, порождаемой хаотичностью теплового движения.

Необходимо отметить, что с повышением коэффициента D возрастает наличие в твердом теле определенного числа атомов с повышенной энер гией, позволяющей развиваться процессам, которые были бы немыслимы, если бы энергия была распределена равномерно и все атомы обладали бы средней, сравнительно низкой энергией.

Данные обстоятельства говорят о том, что величина энергии активации напрямую зависит от физико-механических свойств измельчаемого мате риала, а также режимных параметров дезинтеграторной установки.

Из вышеизложенного следует, что энергия активации является важным показателем процесса механической активации, связывающим физико механические характеристики обрабатываемого материала и технические параметры мельницы с конечными свойствами получаемого продукта.

Учитывая, что отношение энергии активации U к средней тепловой энер гии, приходящейся на одну степень свободы атомов тела, определяет ско рость развития процесса, в данном случае для минеральных вяжущих по нижение энергии активации в данном соотношении указывает на такие из менения физико-механических свойств последнего, как повышение сроков схватывания, набора прочности и т.д. Поэтому в зависимости от того, ка кие свойства готового материала необходимо получить, задается энергия активации процесса механоактивации получаемого материала.

Как было показано, по абсолютному значению U, обусловленному межатомным взаимодействием, можно судить о механизме процесса и уча стии в нем межатомных перегруппировок и разрывов межатомных связей, в этой связи очень важным является обстоятельство, что определенные из механических испытаний величины U0 для различных твердых тел оказа лись близкими к начальной энергии активации распада межатомных свя зей, определяемых независимыми методами (не из механических испыта ний), т.е. энергия активации U различных физико-химических процессов сходна по своему численному значению.

Это вносит ясность в картину разрушения тела, позволяя отождествить ее с процессом последовательного распада межатомных связей.

Предположим, что адекватность зависимости (6.15) можно проверить путем исследования кинетики механоактивационных процессов в обраба тываемом материале. В качестве последнего возьмем дифференциально термический анализ смесей, произведенный на высокотемпературном де риватографе МОМ 1000-1500 с помощью прибора "Derivatograph Q 15000" /24/. Помимо адекватности формулы (6.15), дифференциально термический анализ смесей определяет эффективность механоактивации.

Суть метода, позволяющего определять параметры уравнения кинети ки процесса декарбонизации, сводится к следующему: из-за сложности процессов термического разложения твердых веществ трудно найти коли чественное описание, адекватное конкретным физико-химическим пре вращениям в образце. Поэтому эти процессы описывают формальными уравнениями, в качестве которых обычно используют уравнение классиче ской формальной химической кинетики:

d K (1 1 ) n, (6.18) d где 1 – степень превращения компонента, масс. доли;

– время, мин;

К – константа скорости реакции;

n – порядок реакции.

Зависимость константы скорости реакции К от энергии активации U (кДж/моль) можно выразить по уравнениям Аррениуса U K z exp( ), (6.19) RT где z – предэкспоненциальный множитель, число столкновений молекул в секунду в единице объема;

R – универсальная газовая постоянная, кДж/(моль.К);

Т – абсолютная температура, К.

Как следует из уравнения Аррениуса, в которое U входит в качестве показателя степени, даже небольшое уменьшение энергии активации при водит к значительному возрастанию скорости реакции.

Температура в образце изменяется по линейному закону:

dT q const, (6.20) d где q – скорость изменения температуры.

Таким образом, d 1 z U )(1 1 ) n.

exp( (6.21) dT q RT В работе Н.Л. Глинки предложен интегральный метод определения ки нетических параметров уравнения, описывающего неизотермический про цесс потери массы образцов.

Уравнение (6.21) записывается в виде d 1 zU 2 exp(C )dC, (6.22) n (1 1 ) qRC где U. (6.23) C RT Интегрирование даст da zU q (a ) 2 exp(C )dC. (6.24) n (1 1 ) qR C e x Величина интеграла p ( x) 2 dx.

x Тогда уравнение (6.19) принимает вид z U q (1 ) p( x) (6.25) Rq и после логарифмирования z U lg q (1 ) lg p ( x) B.

lg (6.26) Rq Величина q(1 ) может быть определена по экспериментальным дан ным для любого заданного n. Энергию активации определяют из условия постоянства разности lg q ( 1 ) lg p ( x ) B const. (6.27) В качестве критерия правильности выбора величины В рассматривает ся дисперсия данной величины:

( B B) i D. (6.28) N В качестве наполнителя к цементу в данном исследовании использова на зола-унос ТЭЦ-2 г. Омска.

Необходимо отметить, что скорость реакции декарбонизации сущест венно зависит от размера зерен известняка и повышается с понижением их размера. Для сырьевых смесей влияние на процесс диссоциации карбоната Са оказывает и реакционная способность остальных сырьевых компонен тов. Так, например, известно, что глинистые минералы на 90 – 1300С уменьшают температуру диссоциации СаСО3.

Для расчета параметров кинетического уравнения неизотермического процесса декарбонизации используем данные прецизионного дифференци ально-термического анализа по методике, описанной выше.

Полученные расчетом на ЭВМ данные представлены в табл. 6.4 и на рис. 6.9, а дериватограмма – на рис. 6.10.

В каждом случае точное содержание карбоната кальция в исследуемых смесях рассчитывается по суммарным потерям массы при съемке дерива тограмм. Расхождения по потерям при прокалывании каждого из видов смеси не превышает 0,3 %, что доказывает постоянство их химического состава.

Необходимо отметить, что полученное значение начальной ( =0) энергии активации процесса декарбонизации исследуемых смесей совпа дает с данными табл. 6.1.

U, кДж/моль 160 Ц/З=100/ Ц/З=60/, с- 0 10 20 30 40 Рис. 6.9. Зависимость энергии активации от скорости вращения роторов дезинтегратора Сравнение теплот эндотермического процесса декарбонизации для ис следуемых смесей различной степени механической обработки показыва ет, что с увеличением скорости измельчения уменьшается значение эн тальпии диссоциации. Поскольку тепловой эффект определялся по площа ди ДТА – кривой, невозможно разделить собственный эндоэффект декар бонизации и возможные экзоэффекты реакций взаимодействия химически активного оксида кальция с другими компонентами сырьевой смеси. С увеличением длительности обработки смеси, а также с добавлением в вя жущее золы, кроме уменьшения величины эндотермического пика разло жения карбоната, происходит снижение температуры декарбонизации.

Анализ уравнения формальной неизотермической кинетики (6.18) по казывает, что с повышением энергии активации от 130 до 180 кДж/моль при постоянных значениях остальных параметров скорость изменения сте пени декарбонизации при увеличении температуры уменьшается, т.е. чем меньше энергия активации, тем быстрее идет химический процесс (рис.

6.11). Можно предположить, что уменьшение затрат внешнего тепла на процесс декарбонизации вызвано появлением источника энергии в смеси, причем интенсивность такого источника по мере увеличения нагрузки из мельчения возрастает.

Таблица 6. Термодинамические и кинетические параметры процесса декарбонизации механоактивированных смесей Т, 0С Ндек, К 1000к = Состав Скорость Энергия Поря- Предэкс кДж/м zexp( смеси вращения актива- док понен ции U, U0/RT) Ц/З роторов, реак- циальный оль, с-1 кДж/моль ции множитель nz 1,0. 10 0, 74 1,3. 0 175,0 - 0/0 6 0…960 7, 1,4. 10 0, 73 4,6. 16,67 163,0 - 0/0 4 0…920 7, 1,9. 10 0, 72 5,2. 33,33 142,4 - 0/0 1 0…910 8, 2,3. 10 0, 72 1,5. 50,00 130,7 - 0/0 0 0…900 4, 1,2. 60/ 0, 73 6,0. 0 166,3 - 40 4 0…930 6, 1,4. 60/ 0, 73 3,3. 16,67 160,2 - 40 3 0…920 5, 2,0. 60/ 0, 72 6,8. 33,33 144,1 - 40 1 0…920 0, 2,2. 60/ 0, 72 3,6. 50,00 138,3 - 40 1 0…920 6, Предэкспоненциальный коэффициент z можно рассматривать как меру интенсивности процесса. Чем больше z, тем больше скорость диссоциации известняка изменяется в сторону, определяемую параметрами U, n.

Наибольшее влияние на кинетику процесса декарбонизации на стадии, лимитируемой химической реакцией, оказывает параметр n. Отрицатель ное его значение означает, что процесс диссоциации карбоната Са ускоря ется с увеличением степени диссоциации. Другими словами, образующий ся в ходе реакции оксид Са инициирует процесс дальнейшего разложения карбоната Са, что равносильно, а образующийся оксид Са интенсивно свя зывается с другими компонентами смеси и тем самым удаляется из зоны реакции. Положительное же значение показателя n означает самоторможе ние процесса декарбонизации. Абсолютное значение n характеризует ин тенсивность просмотренных процессов.

Из данных табл. 6.4 явствует прямая связь между термодинамическими Н, U и кинетическими n, z параметрами процесса, что доказывает пра вильность сделанных выводов.

Рис. 6.10. Дериватограммы: 1- неактивированный цемент с режимом обработки;

2, - 3, 4 – активированный цемент обработки соответственно16,67, 33,33 и 50,00 с ;

5 – не активированная золоцементная смесь (Ц/З=60/40%);

6, 7, 8 – активированная золоце ментная смесь (Ц/З=60/40%) с режимом обработки соответственно 16,67, 33,33 и К 0, 0,002 Ц/З=100/ 0,0015 Ц/З=60/ 0, 135 145 155 165 U, кДж/моль Рис. 6.11. Влияние энергии активации на скорость процесса декарбонизации На кривых ДТА в интервале температур 350 – 410 0С появляется ярко выраженный экзотермический эффект, интенсивность которого увеличива ется пропорционально интенсивности механического воздействия. Приро да этого эффекта объясняется частичным отжигом дефектов. Необходимо также отметить появившийся экзоэффект при 490 – 650 0С на кривых ДТА для золоцементных образцов. Данный экзоэффект можно объяснить выго ранием недогоревших коксовых остатков.

Как видно из табл. 6.3–6.4, значение энергии активации процесса де карбонизации согласуется со значениями энергии активации процесса ме ханоактивации, определенной по уравнению (6.15) золоцементного вяжу щего, тем самым показано, что механоактивация через механическое воз действие на материал влечет за собой его химическое превращение. При этом необходимо отметить, что относительная погрешность значений энергии активации исследуемых процессов, вычисленная по зависимости (6.29), не превышает 7 %.

а 100 %, (6.29) а где а – абсолютная погрешность результата;

а – среднеарифметическое значение результата.

7. ПОЛУЧЕНИЕ МЕХАНОАКТИВАЦИОННЫМ СПОСОБОМ ЗО ЛОЦЕМЕНТНОГО ВЯЖУЩЕГО 7.1. Влияние режимных параметров дезинтегратора на свойства золоцементного вяжущего 7.1.1. Изменение дисперсности Характеристики используемых материалов для данного и последую щих исследований приведены в табл. 7.1–7.3.

Как показано на рис. 7.1 и табл. 7.4, удельная поверхность измельчен ных в дезинтеграторе минеральных материалов охватывает весь диапазон значений, представляющих интерес для цементной промышленности.

Таблица 7. Химический состав зол уноса ТЭС-2, ТЭС-4, ТЭС-5 г. Омска, ТЭС-Б п. Яровое Алтайского края, песка р. Иртыш Содержание оксидов, % по массе Материал Fe2 Al2O Mg Na2 Сарг SiO2 СаО TiO2 SO3 K2O п.п.п O3 O O.

ТЭС-2 59,7 20,5 1,7 1,3 - 0,5 0,08 1,5 18,3 2, ТЭС-4 51,3 27,7 1,6 0,8 1,2 0,8 0,02 0,9 6,0 1, ТЭС-5 57,9 25,8 1,4 0,5 1,1 0,1 0,8 0,9 5,2 5, ТЭС-Б 54,3 22,4 2,4 2,8 1,0 0,3 4,2 2,5 15,7 8, 9, Песок 94,4 3,1 0,5 0,2 - 0,1 - - 0,6 1, Примечание. Способ удаления и место отбора зол-уноса: ТЭС-2 – гидроудаление, золоотвал (каменный уголь Кузнецкого бассейна);

ТЭС-4, 5 – гидроудаление из цикло нов, золоотвал (экибастузский каменный уголь);

ТЭС-Б – гидроудаление (каменный уголь Богатского разреза Кузнецкого бассейна) Зависимость удельной поверхности (см. рис. 7.1) от числа оборотов ро тора дезинтегратора показывает, что принципиально возможно непрерыв ное, без агломерации, увеличение дисперсности с увеличением интенсив ности ударов.

Однако при увеличении скорости обработки материала интенсивность роста его удельной поверхности замедляется.

Данное замечание можно объяснить тем, что разрушение материала в начальной стадии обработки происходит по микропорам и микротрещинам крупных частиц, за счет чего образуется много мелких частиц размером 1…5 мкм, дальнейшее измельчение которых затруднено. При этом необ ходимо отметить, что при совместном измельчении цемента с золой удельная поверхность относительно скорости помола растет быстрее, чем при измельчении этих материалов каждого в отдельности. Это явление можно объяснить уменьшением аутогезионных сил совместно измельчен ных материалов, а также из-за дополнительного их измельчения между собой.

Таблица 7. Физико-механические свойства применяемого цемента Голухинского цементного завода Равномер- Прочность R, МПа Тонкость Удельная Нормальная ность помола поверхность густота изменения при сжатии при изгибе S, м2/кг А, % Н.Г, % объема 60 74,7 26 + 12,4 3, Таблица 7. Характеристики грунта Гранулометрический Характеристики Место состав, % влажности, % Вид отбора Граница Число пла грунта Граница проб Песок Пыль Глина раскатыва- стич текучести ния ности ПК 82,99 10,03 6,98 12,1 10,0 2, 16+ Лёгкая ПК 63,04 25,52 11,44 12,0 10,4 1, супесь 40+ ПК 54,03 38,01 7,96 12,3 10,6 1, 60+ Лёгкая Смесь 78,19 14,69 7,12 12,2 10,4 1, супесь грунтов Отмеченные ранее различия в гранулометрии порошков убедительно подтверждены различными методами определения распределения частиц по их размерам. К сожалению, методы исследования грансостава, основы вающиеся на разных принципах определения, дают весьма различные, по рой даже противоречивые, результаты. Установлено, что противоречия в грансоставах полиминеральных порошков обусловлены различными спо собами их получения. Причины этого лежат в существенных различиях ис тинной плотности составляющих смесь материалов, разной степени из мельчения, зависящей как от размолоспособности отдельных компонентов, так и от характера механического разрушения твердого тела. Самый точ ный и непосредственный метод определения грансостава дисперсных сис тем – измерение размеров большого числа индивидуальных частиц под электронным микроскопом. В данном же учебном пособие показаны ис следования кондуктометрического метода анализа распределения частиц по размерам. Этот метод дает реальное представление о гранулометрии порошков, поскольку на него не влияют различия в истинной плотности частиц.

На рис. 7.2 показано различие гранулометрических составов золоце ментных материалов в зависимости от скорости их обработки.

По дифференциальным кривым видно, что измельчение частиц ударом большой скорости дает намного более узкий спектр их распределения по размерам.

При изменении скорости измельчения частиц можно регулировать плотность их упаковки, тем самым изменять свойства конечного продукта, изготовленного на основе исследуемых материалов (т.е. широкий спектр среднего размера частиц, полученный при наибольшей скорости обработ ки, позволяет получить более плотную их упаковку).

Существенного различия в форме отдельных частиц от степени разру шения материала не выявлено (рис. 7.3).

Частицы размером более 5 мкм характеризуются неправильной угло вой формой с развитой внешней поверхностью. В то же время распределе ние частиц по размерам подтверждает результаты аналитических опреде лений зернового состава порошка.

Однородность золоцементных смесей после измельчения говорит о де зинтеграторе как об идеальном смесителе.

7.1.2. Изменение аутогезионных свойств В технологии вяжущих большую роль играет поведение порошков на отдельных стадиях их переработки (пневмотранспорт, измельчение, хра нение и т.д.). Поэтому выявить склонность смесей, полученных с помощью различных режимов измельчения, к агрегатированию можно с помощью исследования аутогезионных свойств порошков.

Определение аутогезии минерального вяжущего производится с помо щью методики, описанной в работе /25/. Суть данной методики заключает ся в следующем (рис. 7.4): в цилиндр 2, закрытый снизу съемным днищем 4, насыпается минеральный материал 3, который уплотняется штоком 1.

После уплотнения днище 4, убирается и порошок, спрессованный в виде стержня, выдавливается штоком 1 из цилиндра в емкость 5.

Таблица 7. Дисперсионные характеристики механоактивированных минеральных материалов Ситовой анализ, А, Удельная Режимы Средний поверх- % Образец измельче- размер частиц ность Sуд, № № № ния, с-1 D, мкм м2/кг 008 006 0 174,7 114 48,4 33,3 10, 16,67 238,0 84 29,6 25,3 18, Цемент 33,33 310,0 64 10,8 30,3 25, 50,00 428,0 38 3,2 8,4 18, 0 93,0 201 65,6 12,3 7, Зола 16,67 211,0 88 33,7 28,2 19, (ТЭЦ-2) 33,33 325,0 57 3,2 15,4 35, 1-я проба 50,00 404,0 34 — 6,0 20, 0 240,0 75 15,6 37,6 32, Зола 16,67 395,8 46 2,0 11,2 30, (ТЭЦ-2) 33,33 487,5 2,7 — 4,0 18, 2-я проба 50,00 553,2 2,3 — 1,4 7, Смесь:

0 99,5 19,4 62,7 20,9 10, цемент 16,67 240,5 8,0 32,3 31,8 24, 60 %+зола 33,33 350,0 4,2 1,8 12,8 22, % (ТЭЦ-2) 50,00 487,0 2,9 — 2,7 15, 1-я проба 0 180,0 123 46,5 29,8 14, Зола 16,67 345,8 64 2,3 30,3 26, (ТЭЦ-4) 33,33 450,7 29 — 10,3 18, 1-я проба 50,00 574,5 21 — 3,0 25, 0 310,0 72 8,0 37,4 33, Зола 16,67 595,4 37 4,1 4,1 17, (ТЭЦ-4) 33,33 713,3 15 — — 5, 2-я проба 50,00 725,9 15 — — 2, При достижении определенной длины стержень разрывается под дей ствием собственного веса. По весу оторвавшейся части и площади сечения цилиндра рассчитывается аутогезионная прочность.

Как и следовало ожидать из анализа гранулометрического состава сме сей (табл. 7.5), способность их к агломерации резко изменяется в зависи мости от состава смесей, а также от степени приложения механического воздействия на исследуемые порошки (табл. 7.5–7.7 и рис. 7.5–7.8).

Как видно из рис. 7.5, прочность уплотненного слоя порошка опреде ляется в первую очередь величиной его удельной поверхности (при посто янном минералогическом составе). Однако и другие свойства 750 цемент Sуд, м /кг зола (ТЭЦ-2, 1-я проба) зола (ТЭЦ-2, 2-я проба) 350 смесь: цемент 60%+зола ТЭЦ-2 (1-я проба) 40% зола (ТЭЦ-4, 1-я проба) зола (ТЭЦ-4, 2-я проба) 0 10 20 30 40, с- Рис. 7.1. Изменение удельной поверхности от скорости диспергирования золоцементных материалов F, неизмельченная отн. ед., с-1 зола измельченная при 16,67 с- 20 измельченная при 33,33 с- 10 измельченная при 5 50,00 с- 10 35 60 85 110 135 D, мкм Рис. 7.2. Различие гранулометрических составов диспергирования золы а б Рис. 7.4. Определение аутогезии порошков Таблица 7. Физико-механические характеристики аутогезионного взаимодействия час тиц в порошках после различного режима измельчения Прочность слоя порошка р 10.-6, МПа, в за Режимы Исследуемая висимости от усилия уплотнения Q.10-2, МПа измельчения смесь, с-1 5 10 0 147 294 16,67 186 361 Цемент 33,33 229 463 50,00 294 592 0 10 15 Зола ТЭЦ-2 16,67 16 23 (1-я проба) 33,33 19 25 50,00 24 31 0 13 19 Зола ТЭЦ-2 16,67 15 29 (2-я проба) 33,33 22 32 50,00 29 40 0 119 200 Смесь: це мент 60 %+зола 16,67 140 341 ТЭЦ-2 33,33 210 437 (1-я проба) 40 % 50,00 250 571 0 8 12 Зола ТЭЦ-4 16,67 15 22 (1-я проба) 33,33 20 28 50,00 22 32 0 10 16 Зола ТЭЦ- 16,67 14 20 (2-я проба) 33,33 20 29 50,00 27 38 дисперсной системы оказывают влияние на прочность формирующейся дисперсной структуры. Так, например, для смесей, измельченных приско рости вращения ротора 50,00 с-1, характерен узкий спектр распределения частиц по размерам, что приводит к их менее плотной упаковке и, следова тельно, к менее прочной системе. Различия в наклонах функции Р = f (Q) для исследуемых порошков объясняются различием последних по минера логическому составу.

Прочность уплотненного слоя порошка зависит в то же время не толь ко от природы материала, но и, как отмечалось выше, от упаковки частиц, т.е. от числа контактов в сечении разрыва. Поэтому интересны результаты расчета числа контактов частиц на 1 см2 площади сечения разрыва и пере счет прочности слоя на прочность единичных контактов (см. табл. 7.6).

Р.10-6, 740 цемент МПа зола (ТЭЦ-2, 1-я проба) 420 зола (ТЭЦ-2, 2-я 340 проба) смесь: цемент 60%+зола ТЭЦ-2 (1-я 100 проба) 40% зола (ТЭЦ-4, 1-я 5 7 9 11 13. - Q 10, МПа а Р.10-6, 610 цемент МПа зола (ТЭЦ-2, 1-я проба) зола (ТЭЦ-2, 2-я проба) смесь: цемент 60%+зола ТЭЦ-2 (1-я 100 проба) 40% зола (ТЭЦ-4, 1-я проба) 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Sуд, м2/кг б Рис. 7.5. Влияние режимов измельчения в ударной мельнице на прочность слоя порошка в зависимости от уплотняющего усилия (а) и от удельной поверхности (б) ( =16,67 с-1;

Q1=10.10-2 МПа) Графическая зависимость типа Р1 = ВQ1n, где В и n – коэффициенты (см. табл. 7.7), представлена на рис. 7.6.

Очевидно, что с увеличением уплотняющего усилия прочность еди ничных контактов возрастает. Данные испытания приведены для одинако вых по химическому и минералогическому составу образцов. Поэтому из менения в динамике роста прочности единичных контактов при повыше нии усилия уплотнения отдельных частиц объясняются только изменения ми в структуре дисперсионной системы. Параметрами этой структуры яв ляются размер зерен, их форма, морфология их поверхности, а также упру гие свойства частиц, электростатический заряд, состояние адсорбционного слоя на поверхности частиц и т.д.

Цемент Р1.10-6, 2, Н 2,002 зола (ТЭЦ-2, 1-я проба) 1, зола (ТЭЦ-2, 2-я проба) 1, смесь: цемент 60%+зола ТЭЦ-2 (1-я 0, проба) 40% зола (ТЭЦ-4, 1-я проба) 0, 10 210 410 610 810 1010 Q1.10-6, Н Рис. 7.6. Влияние усилия поджима единичных частиц на прочность индивидуальных контактов ( = 0…50 с1;

Q = 5.10-2 МПа) Применение различной интенсивности механоактивации (механиче ского воздействия) позволяет значительно изменять аутогезионные свой ства сырьевых смесей. Наибольшую склонность к агломерации проявляет цемент, наименьшую – зола ТЭЦ. Наиболее прочные контакты между час тицами образуются при уплотнении цементной смеси, измельченной при 50,00 с-1, наименее прочные – для смеси золы, обработанной при скорости вращения ротора 16,67 с-1. Необходимо также отметить, что при добавлении золы в цемент агломерация последнего уменьшается, это связано с раздвиж кой зерен. Существует зависимость на аутогезионную способность двух противоположных факторов.

С одной стороны, с увеличением размера частиц аутогезионная спо собность при прочих равных условиях увеличивается, а с другой стороны, порошки с узким спектром распределения частиц по размерам проявляют меньшую аутогезионную способность, чем порошки с широким спектром распределения зерен. При этом большую роль играет наличие частиц мел кой фракции (менее 15 мкм).

По данным Ю. Бутта и В.В. Тимашева, такие микродисперсные систе мы при отсутствии более крупных фракций обладают аномально низкой аутогезионной способностью.

Резкий подъем аутогезионной способности при увеличении скорости удара от 0 до 33,33 с-1 соответствует интенсивной диспергации и возник новению оптимального для аутогезионного взаимодействия частиц коли чества мелкой фракции. При увеличении скорости удара до 33,33 с-1 ауто гезионная способность смеси довольно высокая, но ввиду дальнейшего увеличения количества сверхтонкой фракции и уменьшения количества более хрупких частиц ее рост замедляется. При дальнейшем повышении интенсивности измельчения аутогезионная способность порошков пре кращается (рис.7.7).

Таблица 7. Численные значения констант В и n уравнения Р1 = ВQ1n при Q = 5.10-2 МПа Скорость измель В, Н.10-6 n Материал чения, с- 0 0,970 0, 16,67 0,150 0, Цемент 33,33 0,090 0, 50,00 0,080 0, 0 0,094 0, 16,67 0,035 0, Зола ТЭЦ- (1-я проба) 33,33 0,010 0, 50,00 0,007 0, 0 0,557 0, Смесь: цемент 16,67 0,156 0, 60 %+зола ТЭЦ- 33,33 0,092 0, (1-я проба) 40 % 50,00 0,063 0, 0 0,070 0, 16,67 0,020 0, Зола ТЭЦ- (1-я проба) 33,33 0,009 0, 50,00 0,009 0, Аутогезионная 0, способность n 0, 0, 0, 0, 150 200 250 300 350 400 Sуд, м2/кг а Аутогезионная 0, способность n 0, 0, 0, 0, 0, 0, 50 100 150 200 250 300 350 400 Sуд, м2/кг б Рис. 7.7. Влияние механоактивации на аутогезионную способность сырьевой смеси состава: цемент 60%+зола ТЭЦ-2 40% (1-я проба) (при Q = 5.10-2 МПа): а – влияние механоактивации на аутогезионную способность цемента (при Q = 5.10-2 МПа);

б – влияние механоактивации на аутогезионную способность золы ТЭЦ- (1-я проба) (при Q = 5.10-2 МПа) Влияние механической активации на аутогезионные свойства материа лов при изменении прочности уплотняемого слоя во время его хранения видно из табл. 7.8 и рис. 7.8.

Как видно из рис. 7.8, прочность уплотненного слоя порошка с увели чением времени их хранения возрастает, что объясняется воздействием на материал капиллярных сил. Причем интенсивность возрастания прочности уплотненного слоя золоцементной смеси ниже, чем цементной смеси, что, несомненно, является еще одним неоспоримым преимуществом при разра ботке смешанных вяжущих.

Такое большое внимание, уделенное рассмотрению аутогезионных свойств порошковых материалов, объясняется тем, что состояние и струк тура сыпучих материалов предопределяют их поведение при дальнейшей технологической переработке. Аутогезионные свойства охватывают всю совокупность характеристик и возможных изменений дисперсных систем.

7.1.3. Изменение гидравлической активности золы Предполагается, что при взаимодействии вяжущего материала с мине ральным (золой) протекают в основном процессы физической адсорбции, обуславливаемые наличием свободной поверхностной энергии, Таблица 7. Влияние механической активации на аутогезионные свойства материалов при изменении прочности уплотняемого слоя во время его хранения Прочность уплотняемого слоя р.10-6, МПа с посто янным Режимы Исследуемая давлением 0,1 МПа при следующих сроках хране измельче смесь ния, сут.

ния,, с- после из 1 7 14 21 мельчения 0 294 298 300 300 310 16,67 361 365 365 366 370 Цемент 33,33 463 466 469 470 474 50,00 592 596 602 608 609 0 15 17 17 18 19 Зола ТЭЦ-2 16,67 23 24 27 27 28 (1-я проба) 33,33 25 27 28 28 30 50,00 31 33 34 34 35 0 19 22 23 24 24 Зола ТЭЦ-2 16,67 23 25 25 27 28 (2-я проба) 33,33 32 32 32 35 36 50,00 40 36 39 48 49 Смесь: це- 0 200 202 205 206 206 мент 16,67 341 342 345 345 348 60%+зола 33,33 437 440 444 444 447 ТЭЦ- (1-я проба) 50,00 571 572 575 579 580 40% 0 12 12 14 15 18 Зола ТЭЦ-4 16,67 22 23 23 23 24 (1-я проба) 33,33 28 28 30 31 33 50,00 32 33 33 34 35 0 16 16 16 18 20 Зола ТЭЦ-4 16,67 28 20 21 22 23 (2-я проба) 33,33 29 31 31 32 33 50,00 38 38 39 39 40 которой обладает минеральный материал, находящийся в высокодисперс ном состоянии. В данном случае этот процесс, очевидно, будет зависеть, в первую очередь, от величины активной поверхности минерального мате риала. Однако, как указывается в работе /26/, наряду с процессом физиче ской адсорбции при взаимодействии вяжущего материала с минеральным могут проходить и более сложные процессы, выражающиеся как в физико химическом поглощении вяжущего материала минеральным, так и в хими ческом взаимодействии этих веществ между собой.

Прочность цемент уплотн. слоя р, МПа зола (ТЭЦ-2, 1-я проба) зола (ТЭЦ-2, 2-я проба) смесь: цемент 60%+зола ТЭЦ-2 (1-я проба) 40% 170 зола (ТЭЦ-4, 1-я проба) зола (ТЭЦ-4, 2-я проба) 1 5 9 13 17 21 25 Время хранения, сут Рис. 7.8. Влияние времени хранения на прочность уплотненного слоя порошка (при =33,33 с) Реальная возможность образования между вяжущим и минеральным материалами различных по характеру адсорбционных связей обуславлива ется со стороны минерального материала различием его совокупных свойств, структуры поверхности, химического и минерального составов, содержания водорастворимых веществ.

Обычно при исследовании физико-химических свойств минеральных материалов принято определять адсорбционную способность их, выражая ее в миллиграммах адсорбционного битума на грамм минерального мате риала. Однако такая характеристика не дает возможности правильно оце нить адсорбционную возможность минерального материала, т.к. последняя зависит как от его свойства, так и величины адсорбционной поверхности и дает лишь относительное представление об адсорбционной способности исследуемого материала.

Для более правильной оценки адсорбционной способности золы необ ходимо определять ее адсорбционную поверхность, что дает возможность выразить величину адсорбционной способности золы на единицу поверх ности и более правильно судить о характере взаимодействия между вяжу щим и минеральным материалами. Одновременно необходимо определять прочность прилипания битума к поверхности золы. Данный метод служит для установления прочности связи битума с золой в условиях воздействия на нее воды с содовым раствором различной концентрации при кипячении в различных интервалах времени.

Как было показано Г.С. Ходаковым, адсорбция красителей на измель ченных порошках является одним из самых действенных факторов в про цессе измельчения. В значительной мере адсорбционные свойства поверх ностей характеризуют их энергетическое и конфигурационное состояние, химическую и каталитическую активность.

Здесь необходимо отметить, что не удалось изучить влияние механоак тивации на аутогезионные свойства наполнителя (золы). Обнаружено, что адсорбция красителей на молотом кварце с размерами частиц 125 – мкм заметно уменьшается после термической обработки порошка при тем пературе 600 К. Размеры частиц и следовательно, их удельная поверхность в процессе такой обработки не изменились. Таким образом, показано, что адсорбционная способность непосредственно связана с активностью по верхностных слоев.

Экспериментальные данные по определению прочности прилипания различных фракций золы с различной степенью обработки с битумом ме тодом Ригеля и Вебера приведены в табл. 7.9.

Таблица 7. Определение прилипания золы ТЭЦ-2 (1 проба) с битумом Прочность прилипания частиц Скорость концентрация Na2O механообработки при значение прочности золы,, с–1 сцепления HW отделении битумной пленки 0 1/256 16,67 1/64 33,33 1/16 50,00 1/8 Экспериментальные данные величин предельной адсорбции механоак тивированных порошков с известной удельной поверхностью дают воз можность определения поверхности, открытой от битума по следующей зависимости:

S 0 g H / g 100 %, (7.1) где gH – величина адсорбции красителя поверхностью исходного мате риала;

g–величина адсорбции красителя поверхностью битумно минерального материала.

Сопоставление результатов адсорбции водорастворимого красителя (метиленового голубого) из водного раствора, приведенное в табл. 7.10, показывает, что зола, не обработанная битумом, увеличивает предельное поглощение красителя с ростом удельной поверхности. Относительная по верхность покрытия битумом исследуемых порошков хорошо согласуется с данными определения прилипания, выраженными в баллах, т.е. отноше ние величины избирательной адсорбции метиленового голубого к величи не предельной адсорбции порошков с известной удельной поверхностью дифференцированно и количественно характеризует прочность сцепления их с битумом.

Таблица 7. Определение относительной поверхности Скорость Прочность Удель- Адсорбция, г/кг Откры- Относи измельчения прилипа- ная по- тая от би- тельная поро- порошок золы в де- ния HW верх- тума по- поверх шок,не об- обработан зинтеграторе ность, верх- ность, работан- ный биту м2/кг - ность ми- покры, с ный биту- мом нераль- тая би мом ного по- ту рошка, мом, кг/м2 кг/м 14, 0 1 93 0,70 0,59 78, 145,2 65, 16,67 3 211 0,93 0, 0 161,2 163, 33,33 5 325 1,35 0, 9 197.6 206, 50,00 5 404 1,39 0, 4 5 неизмельченная Q, мг/г зола v=16,67 с- 3 v=33,33 с- v=50,00 с- 1 13 25 37 49 61 Т, ч Рис. 7.9. Изотермы адсорбции битума из бензольного раствора золой различной механической обработки в дезинтеграторе В изотермах на рис. 7.9 и табл. 7.11 приведены расчетные значения, вычисленные по формуле (7.2) количества адсорбированного битума час тицами каждой в отдельности, после механической обработки золы. Из рис. 7.9 видно, что с увеличением скорости измельчения золы в мельнице возрастает ее адсорбционная активность. Причем при изменении времени контактирования золы с раствором от 1 до 20 ч наблюдается усиление ад сорбционной активности у активированной золы по сравнению с неакти вированной, что говорит о создании очагов локальной концентрации на пряжений на поверхности золы при измельчении, о передаче и накаплива ние механической энергии материалом при его измельчении.

( c c2 )V a 1, (7.2) m где а – адсорбированная активность, мг/г;

с1 – начальная концентрация раствора;

с2 – конечная равновесная концентрация раствора;

V – объем раствора, взятого для адсорбции, мл;

m – навеска золы, г.

Таблица 7. Определение адсорбции битума из бензольного раствора Скорость измельчения Адсорбционная активность Q, мг/г, в зависимости золы от времени определения Т, ч в дезинтеграторе, 1 3 5 10 20 48 - с 0 0,91 1,03 1,07 1,09 1,31 1,50 1, 16,67 1,1 1,43 1,72 1,93 2,10 2,52 2, 33,33 1,5 1,96 2,38 2,88 3,03 3,29 3, 50,00 1,8 2,71 3,50 3,97 4,58 4,71 5, 7.2. Рецептурно-технологические факторы повышения активности золоцементного вяжущего В предыдущих разделах учебного пособия говорится, что повысить ак тивность золоцементного вяжущего можно путем оптимизации зависимо сти прочности вяжущего от рецептурно-технологических факторов его по лучения. При этом параметры откликов указанной зависимости функцио нально связаны с большим числом факторов.

В таких условиях наиболее эффективным методом получения рацио нального вида данной зависимости является экспериментальный, прежде всего, такой, как многофакторный эксперимент с использованием матема тических методов теории планирования эксперимента.

Основным показателем качества полученного вяжущего является его активность, определяемая прочностью при сжатии образцов-кубиков 2х2х2см.

На основе анализа информации, приведенной в первых главах учебно го пособия, можно отобрать ряд технологических факторов, влияние кото рых на прочность золоцементных вяжущих является существенным.

Значения факторов и уровни их варьирования приведены в табл. 7.12.

Таблица 7. Исследуемые факторы и уровни их варьирования Уровни варьирования факторов Условн.

Факторы обознач. 1 2 3 4 Скорость вращения левого у1 0 16,67 33,33 50,00 66, диска ротора дезинтегратора, с- Скорость вращения правого диска ротора дезинтегратора 2, у2 0 16,67 33,33 50,00 66, с- Зола Зола Зола Зола Вид материала В у3 ТЭЦ- ТЭЦ- ТЭЦ- Песок ТЭЦ 5 6 4 Процентное соотношение у4 100/0 85/15 70/30 55/45 40/ наполнителя к цементу Н/Ц, % Количество цемента, из мельченного с наполнителем Ц, у5 0 25 50 75 % Сроки твердения Т, сут у6 7 14 21 28 Для устранения систематической ошибки каждый опыт эксперимента должен повторяться 3 раза. Результаты эксперимента проверяются на од нородность по критерию Кохрена. Матрица планирования и результаты испытаний приведены в табл. 7.13.

Полагая, что распределение результатов отдельных опытов подчиняет ся закону нормального распределения, матожидание значения параметра оптимизации и дисперсия ошибки опыта определяются для каждого опыта в отдельности.


1m u yi, (7.3) m i 1m ( yi u yu )2, Su ( y ) (7.4) m 1 i где u – номер текущего опыта, u = 1…25;

m – число повторений i-го опыта.

Расчетные значения дисперсии для каждого опыта приведены в табл.

7.13.

Проверка однородности дисперсии выполняется по критерию Кохрена, для чего вычисляется расчетное значение этого критерия:

Su2 ( y ) max Gp, (7.5) S где Su ( y ) max - максимальная дисперсия опыта;

S2 – сумма всех дисперсий n 2 опытов, S Su ( y ).

i Таблица 7. Результаты эксперимента № Su2(у) у х1 х2 х3 х4 х5 х6 у1 у2 у п/п 1 1 1 1 1 1 1 12,25 11,75 12,75 12,25 0, 2 1 3 3 3 3 3 27,50 27,25 12,75 27,50 0, 3 1 2 2 2 2 2 54,00 52,00 51,50 52,50 1, 4 1 5 5 5 5 5 14,50 10,00 11,50 12,00 5, 5 1 4 4 4 4 4 46,50 46,00 47,00 46,50 0, 6 3 1 3 2 5 4 40,0 42,00 44,00 42,00 4, 7 3 3 2 5 4 1 14,00 13,50 14,50 14,00 0, 8 3 2 5 4 1 3 39,50 42,00 42,25 41,25 2, 9 3 5 4 1 3 2 28,00 29,00 29,25 28,75 1, 10 3 4 1 3 2 5 47,50 44,25 44,00 45,25 3, 11 2 1 2 4 3 5 37,00 37,50 38,00 37,50 0, 12 2 3 5 1 2 4 28,00 31,00 31,00 30,00 3, 13 2 2 4 3 5 1 12,25 11,00 9,75 11,00 1, 14 2 5 1 2 4 3 29,25 28,25 26,25 28,00 1, 15 2 4 3 5 1 2 18,25 18,25 20,50 19,00 1, 16 5 1 5 3 4 2 28,75 30,25 31,00 30,00 1, 17 5 3 4 2 1 5 58,75 54,00 56,00 56,25 4, 18 5 2 1 5 3 4 8,75 8,75 8,75 8,750 0, 19 5 5 3 4 2 1 14,50 14,25 14,75 14,50 0, 20 5 4 2 1 5 3 34,00 34,75 34,75 34,50 0, 21 4 1 4 5 2 3 19,75 22,00 19,75 20,50 1, 22 4 3 1 4 5 2 9,25 9,00 8,75 9,00 0, 23 4 2 3 1 4 5 28,25 27,25 27,00 27,50 0, 24 4 5 2 3 1 4 39,25 39,25 40,00 39,50 0, 25 4 4 5 2 3 1 26,50 26,50 26,50 26,50 0, Su2(у)=36, Дисперсия однородна, если расчетное значение Кохрена меньше таб личного Gт при 0,95 % доверительной вероятности. При числе степеней свободы f = m–1 = 2 и n = 25;

Gт = 0,216 /27/. Из сравнения табличного зна чения критерия Кохрена с расчетным (Gт = 0,216 Gр = 0,14) следует, что процесс является воспроизводимым.

Дальнейшая обработка эксперимента сводится к построению зависи мости прочности смешанных смесей от исследуемых факторов по отдель ности (рис. 7.10). Затем, аппроксимируя их, находят соответствующие уравнения.

Общее уравнение зависимости величины отклика от исследуемых фак торов находят согласно формуле:

у у у у у у у 1 2 3 4 5 6, (7.6) К где К – переводной коэффициент, К у n1, (7.7) n – количество факторов.

Rсж, МПа 32, 27, 0 10 20 30 40 50 60 y1, с- а Rсж, 37, МПа 32, 27, 0 10 20 30 40 50 60 у2, с- б Rсж, МПа ТЭЦ-5 ТЭЦ-6 ТЭЦ-4 Песок ТЭЦ- у3, вид мате риала в Rсж, МПа 0 15 30 45 у4, % Н/Ц г Rсж, МПа 32, 27, 22, 0 20 40 60 80 у5, % Ц/Н д Rсж, МПа 5 10 15 20 25 30 у6, сут е Рис. 7.10. Зависимость прочности смешанных вяжущих от исследуемых факторов: а, б – скорости вращения дисков (левого и правого соответст венно);

в – вида применяемого материала;

г–процентного соотношения наполнителя к цементу;

д – процентного содержания совместно измельченного цемента с наполнителем;

е – кинетики твердения вяжущего Адекватность величины у определяется при помощи вычисления по грешности косвенных измерений, где искомая величина является функци ей многих переменных:

у = f (у1, у2, у3, у4, у5, у6), (7.8) где у1…у6 – значения активности изучаемых образцов, МПа.

Для этого необходимо:

1. Для каждой найденной величины, входящей в формулу (7.8), опре делить среднее значение и абсолютную погрешность по правилам оценки погрешностей прямых измерений;

2. Прологарифмировать у = f (у1, у2, у3, у4, у5, у6), ln у = ln f (у1, у2, у3, у4, у5, у6). (7.9) 3. Найти частные производные по у1, у2, у3, у4, у5 и у6 от ln у:

(ln y ) (ln y ) (ln y )...,...,..., …. (7.10) y 2 y y 4. Вычислить относительную погрешность по формуле (ln y ) (ln y ) y1 ]2 [ y2 ]2..., у [ (7.11) y1 y где y1...y 6 – абсолютные погрешности непосредственно величин у1…у6.

Определить среднее значение y.

5.

6. Подсчитать абсолютную погрешность результата (табл. 7.14) y y y, (7.12) 7. Записать окончательный результат с учетом доверительного ин тервала, МПа у у у. (7.13) Результаты расчета значения у и проверка его адекватности при дове рительном интервале с надежностью =0,98 приведены в табл. 7.14.

Согласно результатам, приведенным в табл. 7.14, можно отметить, что все 25 расчетных аппроксимированных значений у входят в доверитель ный интервал. Это означает, что 98 % результатов, вычисленных по фор муле (7.8), попадает в пределы указанного доверительного интервала.

Анализируя результаты многофакторного эксперимента, можно сде лать следующие основные выводы:

1. Наиболее эффективной скоростью вращения роторов является для левого диска 33,33 с -1, для правого – 50,00 с-1.

Данный факт объясняется тем, что обрабатываемый материал при раз ной скорости вращения роторов запасает максимальное количество пере даваемой механической энергии за счет оптимального угла соударения о била. Также на эффективность измельчения влияет равномерное увеличе ние напряжения на материал, доля энергии, сообщаемой материалу в про цессе помола в дезинтеграторе. Представляется целесообразным отметить конструктивные особенности дезинтегратора, состоящие в том, что на пра вом его роторе находится шнек, поэтому для обеспечения критической скорости разрушения материала на правом роторе необходимо подать большее напряжение для преодоления различного рода сопротивлений (потока воздуха, трения и т.д.).

Таблица 7. Результаты расчета величины у Расчетное Среднеарифмети- Абсолютная Относи- Абсолют- Довери аппроксими- ческое значение погрешность тельная ная по- тельный рованное величины отдельных погреш- греш- ин значение вычислений y i ность тервал ность у y i, МПа у, МПа у у у у 30,24 15,50 0,90 27, 7, 31, y1 =29,06 3, 48, 14, 47, 34,33 6, y 2 =29, 8, 41, 32, 40, 44, y3 =28,36 9, 35, 21, 24, 23, 27, y 4 =28,8 12, 53, 15, 15, 38,12 y5 =29,4 8, 19, 13, 32, y6 =28,8 12, 53, 22, 30, Для рационального проектирования дезинтегратора важно учесть, что скорость вращения роторов дезинтегратора должна быть разной, это при водит к значительной экономии потребляемой мощности.

2. Результаты испытаний показывают, что эффект механоактивацион ного воздействия проявляется на всех без исключения исследованных ма териалах. Наиболее высокие показатели имеет вяжущее, наполнителем у которого является зола-унос ТЭЦ-Б. Данное обстоятельство объясняется наличием в золе ТЭЦ-Б большого количества стеклофазы, вскрытие кото рой позволило освободить гидравлически активные минералы. При этом также активизируются минералы портландцемента. Из вяжущих на основе кислых зол омских ТЭС наибольшую прочность имеет вяжущее с напол нителем золы ТЭС-2, наименьшую – с наполнителем ТЭС-5.

3. При помощи механоактивации золоцементного вяжущего возможна замена 40…50 % цемента без ощутимой при этом потери вяжущим своей первоначальной активности. Данное обстоятельство позволяет снизить стоимость вяжущего, при этом применение золы в качестве наполнителя улучшает экологию в районах их скопления.

4. Оптимальное количество совместного помола золы с цементом на ходится в пределах 20…25 % от всей массы вяжущего, что согласуется с полиструктурной теорией /11/ композиционных материалов, которой сле дует необходимость раздельной технологии приготовления вяжущих. На основании вышеизложенного обеспечивается экономия необходимой за трачиваемой энергии при измельчении исходных компонентов вяжущего.

5. Цементный камень, полученный на основе совместной механиче ской активации золы и цемента, обладает более высокой как ранней проч ностью за счет более интенсивной гидратации клинкерных материалов, так и более поздней за счет активного участия золы в формировании структу ры искусственного камня.

7.3. Технические свойства золоцементного вяжущего дезинтегра торной технологии приготовления Как уже отмечалось, замена цемента золой в пределах 40 – 50 % не снижает активности вяжущего. Для оценки качества данного вяжущего определяются следующие основные свойства: водопотребность, сроки схватывания, равномерность изменения объема, водоотделения, прочность на сжатие и изгиб.

До механической активации золоцементные смеси (до 40 % золы) (табл. 7.15) имеют значительный разброс показателей водопотребности (НГ 30…38,5 %) и сроков схватывания (начало – 210…295 мин, конец – 390…485 мин). Однако после их механической обработки в дезинтеграторе происходит выравнивание показателей водопотребности и сроков схваты вания, причем необходимо отметить, что после измельчения золоцемент ного вяжущего уменьшаются сроки его схватывания. Данный факт указы вает, что переданная от мельницы материалу механическая энергия спо собствует ускорению химической скорости реакции (в данном случае взаимодействия вяжущего с водой).

При введении зол ТЭЦ в состав вяжущего вопрос о равномерности из менения объема становится одним из главных, т.к. золы содержат свобод ный СаО, в том числе в трудногидратируемом виде (пережог).

Результаты испытаний золоцементного теста на равномерность изме нения объема методом кипячения лепешек (ГОСТ 310.3) показывают, что больше половины образцов не выдерживают это испытание (табл. 7.16).

Однако отметим, что механическая обработка позволяет снизить дест руктивную опасность использования кислых зол омских ТЭЦ в качестве золоцементного вяжущего в составе строительных конструкций.

Таблица 7. Влияние механоактивации на свойства золоцементного вяжущего (при добавлении 40 % золы в цемент) Сроки схва Равномерность Величина тывания, Состав № пробы Н.Г, изменения объ- водоотде ч-мин смеси % ема ления, % начало конец Цемент 1-я 26,0 2-25 520 + 23, 100 % неизмельч.

2-я Цемент 30,0 3-30 6-30 - 25, 3-я 60 %, зола 38,5 4-55 8-05 - 27, 4-я 40 % 36,0 3-50 7-00 - 26, неизмельч.

5-я 28,5 1-30 5-20 + 24, Цемент 6-я 28,0 1-20 5-15 + 23, 7-я 28,5 1-25 5-15 - 24, 60 %, зола 40 % измельч. при оптим. реж.


Примечание. «+» – образцы выдержали испытания на равномерность изменения объема;

«–» – не выдержали.

Водоотделение имеет большое значение для получения однородного бетонного тела для надежного сцепления твердеющего вяжущего с запол нителем. В зависимости от условий использования смесей, целесообразно знать и регулировать водоудерживающую способность вяжущих. Характер изменения данного свойства в зависимости от состава смеси приведен в табл. 7.15. Полученные результаты свидетельствуют о том, что введение золы в цемент увеличивает водоотделение причем чем меньше сроки схва тывания исследуемых смесей (у измельченных составов), тем меньше их водоотделение.

Для определения активности золоцементного вяжущего проводится испытание образцов-балочек из золоцементо–песчаного раствора состава 1:3 малопластичной консистенции с водоцементным отношением 0, (ГОСТ 310.4), по определению прочности при сжатии и прочности при из гибе.

Из полученных результатов (см. табл. 7.16) видно, что механическая обработка смешанного вяжущего в дезинтеграторе позволяет не только со хранить свои прочностные показатели, но и увеличить их до марки 400.

Таблица 7. Показатели прочности образцов-балочек на золоцементного вяжущем, испытанных через 28 суток твердения в воде Предел прочности, МПа Состав смеси № пробы при изгибе при сжатии 1 4,57 10, неизмельч.

Цемент 100 % 2 3,21 8. 3 1,88 4, Цемент 60 %+ 4 4,19 6, зола 40 % неизмельч.

5 5,90 41, 6 6,08 44, 7 5,22 40, Цемент 60 %+ измельч.

зола 40 % 7.4. Методика выбора рациональных параметров дезинтегратора Целью настоящего раздела является установление возможности регу лирования качества золоцементного вяжущего за счет выбора рациональ ных параметров дезинтегратора.

В данном случае выбор рациональных параметров дезинтегратора должен производиться по алгоритму, приведенному на рис. 7.11. Необхо димо учитывать зависимость прочности золоцементного вяжущего Rсж от энергии активации при изменении действующего напряжения на материал (рис. 7.12). При этом исходными данными для расчета оптимальной скоро сти служат экспериментальные зависимости прочности RСЖ, энергии акти вации U золоцементного вяжущего и энергозатрат Э, затраченных на его измельчение (рис.7.13).

1. Ввести основные параметры дезин- 4. Изучить исходные параметры тегратора сырья 2. Ввести требования к качеству золо цементного вяжущего 3. Ввести параметры сырья Критерии оптимальности процесса Э Эmin 5. Расчет: U Umin 1. Расчет необходимого значения Rсж Rсжmax энергии активации 2. Расчет необходимого значения энергии удара 3. Расчет скорости вращения дисков 6. Блок оптими зации 7. Вывод на печать Rсж, 1, 2, З/Ц, ц Рис. 7.11. Алгоритм выбора основных параметров дезинтегратора Rсж, МПа Ц/З=60/ Ц/З=100/ 130 135 140 145 150 155 160 165 170 U, kДж/моль Рис. 7.12. Зависимость прочности золоцементного вяжущего от энергии активации золоцементного вяжущего Rсж, U, кДж/моль Э, кВт.ч МПа Rсж 60 U 50 Э 40 30 140 20 130 0 10 20 30 40 50, с - Рис. 7.13. Зависимость прочности, энергии активации, энергозатрат от скорости вращения роторов дезинтегратора Для золоцементного вяжущего Ц/З=100/0 %:

Rсж = аU + b, (7.14) где а, b – корреляционные коэффициенты;

а = –0,674 моль/м ;

b = 130,162 МПа.

Для золоцементного вяжущего Ц/З=60/40 %:

Rсж = сU 2 + dU + e, (7.15) где с, d, e – корреляционные коэффициенты;

с = 0,089 моль/м ;

d = 1,411 моль/м3;

е = 2,968 МПа.

Критерием оптимизации является функция прочности изделия золоце ментного вяжущего в зависимости от отношения энергии активации к пол ной энергии ударного взаимодействия (рис.7.14). Он показывает соотно шение энергии активации и расходуемой энергии, при которой наблюдает ся наибольшая прочность золоцементного вяжущего.

На графике (рис. 7.14) хорошо видна точка экстремума, которая равна численному значению 14 1/моль отношения переданной энергии от дезин тегратора к измельчаемому золоцементному материалу к полной механи ческой энергии. При этом экстремальная точка соответствует оптимальной скорости вращения роторов дезинтегратора, равной 50 с-1 (см. рис.7.13).

Дальнейшее увеличение скорости ведет к повышению энергозатрат на из мельчения и к уменьшению прироста прочности готового изделия из золо цементного вяжущего, что в итоге ведет к уменьшению эффективности процесса измельчения.

Вышеуказанные зависимости (см. рис. 7.13, 7.14) получены при фикси ровании конструктивных параметров дезинтеграторной установки. Поэто му при изменении конструкции дезинтегратора для выявления оптималь ной скорости вращения роторов следует найти свои экспериментальные значения прочности RСЖ, энергии активации U золоцементного вяжущего и энергозатрат Э, затраченных на его измельчение.

Rсж, МПа 10 14 18 22 26 30 U/Э, 1/моль Рис.7.14. Зависимость прочности изделия от отноше ния энергии активации к энергозатратам 7.5. Технологический регламент получения золоцементного вяжу щего 1. Общая характеристика производства.

Настоящий технологический регламент распространяется на выпуск одной партии механоактивированного золоцементного вяжущего для ук репления грунтов. Механоактивированное золоцементное вяжущее – вя жущее, в состав которого входит 40 % золы и 60 % цемента, прошедшие механическую обработку в дезинтеграторе. Производство состоит из од ной технологической линии, размещенной в заводском цехе.

Данный технологический регламент предусматривает отработку тех нологического процесса получения золоцементного вяжущего, подбор оп тимальных технологических параметров, а также физико-механических показателей продукции.

2. Характеристика производимой продукции.

Техническое наименование получаемого продукта – механоактивиро ванное золоцементное вяжущее (МЗЦВ). Количество МЗЦВ зависит от ви да применяемой для его производства золы, используемого типа и марки вяжущего – цемента, а также от режимов обработки МЗЦВ в дезинтеграто ре. МЗЦВ должно соответствовать нормам, указанным в табл. 7.17.

Таблица 7. Характеристика золоцементного вяжущего Наименование показателей Значение по нор- Метод испы мам тания Тонкость помола (сито № 008) 85% ГОСТ 6613- Предел прочности, МПа, не менее при изгибе 4,4 ГОСТ 10178- при сжатии 29,4 ГОСТ 10178- Равномерность изменения объема ГОСТ 10178- при испытании образцов кипячение в воде Сроки схватывания начало, мин, не ранее 45 ГОСТ 10178- конец, ч, не позднее 3. Характеристика исходных материалов.

Характеристика исходных материалов приведена в табл. 7.18.

4. Технологический процесс получения МЗЦ вяжущего.

4.1. Описание процесса.

Определенные пропорции золы и цемента подаются для механической обработки в дезинтегратор. Работа дезинтегратора при этом производится в оптимальных режимах, которые соответствуют скорости вращения пра вого и левого дисков роторов 50,00 с-1 и 33,33 с-1 соответственно. Для по вышения эффективности процесса механоактивации размер бил к перифе рии дисков уменьшается. Из выходного отверстия дезинтегратора выходит готовое МЗЦ вяжущее, которое при необходимости упаковывают в тару.

Таблица 7. Характеристика исходных материалов Наименование материала Содержание, Контролируемый параметр % Зола-унос омской ТЭЦ-2 40 Зерновой состав, радиационный фон Портландцемент Минералогический состав, марка 60 (прочность, сроки схватывания, тон кость помола) 4. Технологический процесс получения МЗЦ вяжущего.

4.1. Описание процесса.

Определенные пропорции золы и цемента подаются для механической обработки в дезинтегратор. Работа дезинтегратора при этом производится в оптимальных режимах, которые соответствуют скорости вращения пра вого и левого дисков роторов 50,00 с-1 и 33,33 с-1 соответственно. Для по вышения эффективности процесса механоактивации число размер бил к периферии дисков уменьшается. Из выходного отверстия дезинтегратора выходит готовое МЗЦ вяжущее, которое при необходимости упаковывают в тару.

4.2. Стадии технологического процесса (рис. 7.15).

1. Подготовка исходных материалов:

- сушка золы до постоянной массы;

- засыпка золы и цемента в бункера.

2. Подача через дозаторы соответствующих пропорций золы 40 % и цемента 20 % (от общей массы вяжущего) на транспортер.

3. Посредством транспортера загружаем дезинтегратор соответствую щими порциями исходных материалов.

4. Производим совместную механоактивацию золы (40 %) и цемента (60 %) в дезинтеграторе.

5. На выходе из дезинтегратора получаем готовое МЗЦ вяжущее в ко личестве 60% от общей массы.

6. Складирование полученного МЗЦ вяжущего.

7. Смешиваем 60 % МЗЦ вяжущего с 40 % не прошедшего механичес кую обработку цемента непосредственно на строительной площадке.

4.3. Подготовка компонентов и их аналитический контроль.

Исходные компоненты по качеству должны соответствовать требова ниям нормативных документов.

40 % 1 Ц 2 З 20 % 40 % Рис. 7.15. Технологическая схема производства МЗЦ вяжущего:

1 – печь для сушки золы;

2, 5 – ленточный конвейер;

3 – расходный бункер для компо нентов вяжущего;

4 – маятниковый дозатор;

6 – дезинтегратор;

7 – пневмотранспорт;

– бункер для готовой продукции Зола предварительно должна быть высушена до постоянной массы, за тем ее проверяют на соответствие радиационного фона норме и на грану лометрический состав.

4.4. Изготовление МЗЦВ.

Производство МЗЦ вяжущего с использованием дезинтегратора явля ется периодическим процессом. Периодичность процесса задается време нем загрузки золы и цемента в дезинтегратор. Для обеспечения высокой производительности производства необходимо учитывать, что на выпол нение первой стадии требуется значительное время, превышающее время на выполнение всех последующих стадий (табл. 7.19).

Операция сушки золы не рассматривается, в качестве наполнителя к вяжущему отбирается зола сухого отбора.

Таблица 7. Технологические стадии изготовления МЗЦ вяжущего Наименование операции Количество используемых компо- Время опе нентов, кг, на 50 кг вяжущего рации, мин Сушка золы — — Дозирование исходных компо- Зола - 20 0, нентов Цемент - Загрузка золы и цемента в де- Зола - 20 0, зинтегратор Цемент - Механоактивация исходных Зола - 20 0, компонентов Цемент - 4.5. Нормы расхода основных видов материалов (табл. 7.20).

Таблица 7. Норма расхода основных видов материала Наименование материала Расход на 1 т продукта, % Цемент Зола 4.6. Спецификация на основе технологического оборудования.

1. Печь для сушки золы.

2. Бункер для золы.

3. Бункер для цемента.

4. Маятниковый дозатор для золы.

5. Маятниковый дозатор для цемента.

6. Ленточный конвейер.

7. Дезинтегратор.

8. Устройство для фасовки МЗЦВ.

9. Место для хранения.

4.7. Контроль производства.

Контроль производства осуществляется ОТК согласно нормативной документации по ГОСТ 22236-85. Контролю подлежат:

1. Химический анализ компонентов вяжущего.

2. Температурный режим сушки золы.

3. Степень равномерности дозирования компонентов вяжущего.

4. Режим измельчения.

5. Внешний вид упаковки.

6. Физико-механические свойства изготовленного вяжущего.

4.8. Основные правила безопасности эксплуатации производства.

Должны выполняться общие требования, указанные в ГОСТах по тех нике безопасности. Необходимо контролировать запыленность (ГОСТ 12.1.005-88) и радиационный фон.

4.9. Пожаровзрывобезопасные и токсичные свойства сырья и готовой продукции.

При получении партии золы-уноса она должна быть проверена на со ответствие радиационного фона нормам.

Готовый продукт – МЗЦ вяжущее – пожароневзрывоопасен, не выде ляет токсичных веществ, является экологически безвредным материалом, соответствует требованиям ГОСТ 12.1.004-91, ГОСТ 12.1.010.

7.6. Применение механоактивированного золоцементного вяжущего в дорожном строительстве Применение укрепленных грунтов в конструкциях дорожных одежд, как уже отмечалось, дает экономический эффект за счет снижения строи тельных затрат по сравнению с затратами на традиционные основания из зернистых материалов в среднем на 15–30 %. Экономия обеспечивается за счет более высокого уровня механизации, использования более дешевых местных материалов взамен привозных и, кроме того, за счет уменьшения общей толщины дорожной одежды в результате снижения расчетной влажности грунта земляного полотна под конструкциями из плотных ма териалов. При этом обеспечиваются более высокие транспортно эксплуатационные качества покрытия и, прежде всего, длительное сохра нение его ровности.

Для устройства конструктивных слоев из грунтов, укрепленных золо цементным вяжущем, могут быть использованы естественные грунты с числом пластичности не более 17,0, имеющие щелочную среду, и с числом пластичности не более 7, имеющие показатель рН не более 6,5 (для кислых грунтов). Пли наличии только грунтов с кислой средой (рН7,0) и числом пластичности выше 7,0 их можно использовать только с добавками отхода производства известнякового щебня.

Подбор состава золоцементогрунтовой смеси предусматривает выбор экономически целесообразных соотношений составляющих материалов (грунта, золоцементного вяжущего, воды) для обеспечения требуемой прочности и морозостойкости оснований из золоцементогрунта.

В процессе подбора состава золоцементогрунтовой смеси решают так же вопрос о введении добавок и их количества.

Перед подбором состава золоцементогрунта рекомендуется определить основные характеристики исходных материалов. Пригодность грунта для укрепления золоцементным вяжущим определяется по величине числа пластичности и водородного показателя рН. Определяют марку золоце ментного вяжущего, нормальную густоту золоцементного теста, тонкость помола, равномерность твердения вяжущего, начало и конец схватывания.

Ниже показано влияние процентного содержания оптимального соста ва вяжущего (зола 40 %+цемент 60 %) на свойства укрепленной им супеси (рис. 7.16 и в табл. 7.21).

Исследования кинетики набора прочности супеси, укрепленной меха ноактивированным золоцементным вяжущим, показывают, что уже при % его содержания материал достигает марки 40 (первый класс прочности), тогда как при этом же содержании цемента достигается марка чуть больше 30 (второй класс прочности). При содержании в грунте до 7 % механоакти вированного вяжущего материал приобретает марку 60. Это объясняется тем, что в результате воздействия при измельчении интенсивных механи ческих нагрузок резко увеличилась гидратационная активность исходной золы, что было отмечено ранее.

Rсж водон.

образцов, механоактиви МПа 10 рованное вяжущее цемент 1 4 7 10 Количество вяжущего % от грунта Рис.7.16. Влияние процентного содержания механоактивированного золоцементного вяжущего и цемента на прочность укрепленного грунта в водонасыщенном состоянии Таким образом, можно констатировать, что механическая активация зол-уноса омских ТЭЦ с цементом позволяет получить высокоэффектив ное для укрепления грунтов вяжущее. При этом следует отметить, что ме ханоактивационная технология позволяет получить материал марки введением в грунт 7 % активированного вяжущего, включающего 4 % це мента и 3 % золы.

Технологический процесс укрепления грунтов золоцементным вяжу щим состоит из ряда последовательных операций, выполняемых в сле дующем порядке:

– подготовка земляного полотна;

– заготовка грунта для укрепления;

– размельчение грунта;

– дозирование и распределение золоцементного вяжущего;

– введение воды;

–перемешивание влажной золоцементогрунтовой смеси;

–профилирование готовой смеси;

– уплотнение;

– уход за уплотненным слоем.

Таблица 7. Результаты применения механоактивированного золоцементного вяжущего для укрепления супеси Количество вяжущего в % от грунта Показатели свойств Механоактивированное Цемент укрепленной супеси золоцементное (40/60 %) 1 4 7 10 13 1 4 7 10 Предел прочности при 4,8 6,0 13,0 11, сжатии водонасыщенных 0,56 9,88 0,32 3,98 4,50 7, 5 2 0 образцов Rсж, МПа Предел прочности на рас 1,8 2, тяжение при изгибе водо 0,28 3,46 4,49 0,17 1,57 1,75 2,77 3, насасыщенных образцов, 7 МПа Коэффициент морозо- 0, - - - - - - 0,70 - стойкости Все работы по приготовлению, укладке и уплотнению золоцементной смеси на каждой захватке должны быть полностью закончены в течение одной смены. Особенно неблагоприятно на качество золоцементогрунта сказывается разрыв во времени между приготовлением смеси и концом уплотнения, который не должнен превышать 0.15 ч в случае применения активированной золы в смеси и 1–1.5 ч в случае присутствия неактивиро ванной золы в смеси. Оптимальная длина захваток принимается 200–250 м.

Распределение и смешение золоцементного вяжущего с грунтом долж ны обеспечивать получение однородной смеси с равномерным содержани ем вяжущего. Перемешивание вяжущего с грунтом необходимо произво дить до увлажнения смеси.

В период уплотнения и последующего твердения необходимо поддер живать оптимальную влажность смеси. Готовую золоцементогрунтовую смесь необходимо уплотнять до коэффициента уплотнения 0,96–0,98.

До производства работ по приготовлению золоцементогрунтовой сме си земляное полотно должно быть тщательно спрофилировано по отмет кам нижней плоскости укрепляемого слоя и уплотнено. Коэффициент уп лотнения грунтов земляного полотна должен быть перед укладкой смеси не ниже 0,95 от максимальной плотности, определяемой по методу стан дартного уплотнения.

Поверхность грунтового основания должна быть ровная, так как от этого зависит ровность поверхности искусственного основания, а также расход смеси. Во время укладки и уплотнения смеси влажность грунтов земляного полотна не должна превышать оптимальной. Укладка смеси на переувлажненный грунт не допускается.

Заготовку грунта для приготовления золоцементогрунтовой смеси можно осуществлять двумя способами:

– грунт завозят на спланированное и уплотненное земляное полотно автосамосвалами из притрассовых или сосредоточенных резервов;

– необходимое количество грунта получают в результате нарезки ко рыта в земляном полотне, отсыпанном на всю ширину до проектных отме ток по поверхности укрепляемого слоя. При этом необходимое количество грунта для укрепления из корыта перемещают на обочины. Производят профилирование и уплотнение дна корыта. После подготовки основания грунт с обочин перемещают в корыто для производства дальнейших тех нологических операций по его укреплению.

На земляном полотне из песчаных грунтов можно допустить непосред ственное использование верхнего слоя для укрепления без предваритель ного перемещения его на обочины и отделки дна корыта.

В зависимости от местных условий и наличия средств механизации выбирают способ производства работ и длину технологической захватки.

Приготовление золоцементогрунтовой смеси может быть осуществле но:

– смешиванием на дороге с использованием грунтосмесительных ма шин;

– смешиванием на дороге с использованием многопроходных машин (дорожных фрез);

– в карьерах или на заводах с использованием стационарных пере движных смесительных установок и транспортировкой готовой смеси к местам укладки автомобилями;

укладку в этом случае следует осуществ лять различными укладочными машинами типа асфальтоукладчика или щебнеукладчика.

На рис. 7.17, 7.18 показана технология укрепления грунта механоакти вированным золоцементным вяжущим на дороге и на заводе соответствен но.

8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕХАНОАКТИВАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЗОЛОЦЕМЕНТНОГО ВЯЖУЩЕГО Расчет экономической эффективности различных решений в строи тельстве основан на рассмотрении капитальных (единовременных) вложе ний и текущих затрат (себестоимости производства и эксплуатационных расходов).



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.