Внешние механические воздействия в технологии бетонов (стр. 5 )

И в случае “свободного удара” превалирует динамическая составляющая передачи энергии. В случае стесненного удара – статическая. Есть ли разница между этими вариантами разрушения, и если есть, - как наиболее верно подобрать параметры ударного разрушения для обеспечения наибольшей эффективности именно в случае помола цемента?

Большое число экспериментов было посвящено изучению влияния вида и скорости деформации на вероятность нагружения измельчаемого цемента. Исследования механизма разрушения частиц цемента и анализ гранулометрического состава продуктов измельчения показали, что распределение частиц по размерам подчиняется нормально-логарифмическому закону. В зависимости от способа разрушения форма частиц измельченного продукта изменяется от почти кубической (при “свободном” ударе) до продолговатой, лещадной (при медленном сжатии и “стесненном” ударе). Последнее положение хорошо коррелирует с результатами опытов по измельчению крупного заполнителя – гравия.

Как известно поверхностные явления на границе твердое тело – жидкость невозможно оценить “прямыми” способами через измерение сил поверхностного натяжения. Для этих целей используются т. н. косвенные методы изучения поверхностных явлений – измерением теплоты смачивания. Установлено, что при смачивании твёрдого тела жидкостью наблюдается выделение тепла, так как разность полярностей на границе твёрдое тело-жидкость меньше, чем на границе с воздухом. Для пористых и порошкообразных тел теплота смачивания обычно имеет значение от 1 до 125 кДж/кг и зависит от степени дисперсности твёрдого тела и полярности жидкости.

В общем виде можно сказать, что теплота смачивания характеризует как дисперсность так и природу его поверхности. Чем больше теплоты выделяется при смачивании, тем лучше жидкость смачивает поверхность твердого тела. В случае цемента увеличение теплоты смачивания свидетельствует об улучшении доступа воды к цементу а, соответственно, к более полной его гидратации.

Экспериментально было установлено, что на увеличение теплоты смачивания влияют как скорость разрушения, так и модель разрушения. Так для “свободного удара” величина увеличения теплоты смачивания почти прямо пропорциональна увеличению скорости разрушения. При “стесненном” ударе увеличение скорости разрушения очень мало влияет на увеличение теплоты смачивания – самую низкую теплоту смачивания имеют порошки, полученные статическим сжатием.

Влияние скорости удара на прочность цементного камня на сжатие вообще носит экстремальный характер. (см. Таблица 10.2.1-1)

Таблица 10.2.1-1

Параметры измельчения	Количество добавок	Влияние скорости удара в м/с на прочность цементного камня в кг/см2
30 м/с	60 м/с	90 м/с	120 м/с	150 м/с	180 м/с	210 м/с
Свободный удар (дезинтегратор)	0	35	50	80	120	135	130	70
Стесненный удар (вибромельница)	0	-	10	45	80	75	50	20
Свободный удар (дезинтегратор)	15% опока + 5% гипс	230	245	255	300	315	320	325
Стесненный удар (вибромельница	15% опока + 5% гипс	-	80	130	180	195	200	205

Примечание:

1. Измельчались образцы цементного клинкера от крупности 5 – 7 мм до достижения удельной поверхности 3500 см2/г

2. Измельченный при различных условиях цементный порошок стандартным образом затворялся с песком в соотношении 1:3 при В/Ц=0.3

Увеличение скорости разрушения приводит сначала к росту прочности, а затем к её снижению! Наблюдение за процессом твердения цемента показали, что при скоростях измельчения свыше 180 м/с (“свободный удар” или 120 м/с (“стесненный удар”) процесс гидратации протекает многоэтапно, что и объясняет падение прочности. В первые несколько суток твердения из-за наличия большого количества активных центров кристаллизации гидратация протекает неравномерно по объему. Эта наравномерность в дальнейшем способствует образованию локальных центров концентрации напряжений и появлению множественных дефектов структуры. Так, например, при скорости деформации 270 м/с и более после 4-х суточного твердения происходит полное самопроизвольное разрушение образцов!

Объяснением приведенному выше парадоксу, когда с увеличением скорости разрушения цементного клинкера прочность образцов падает, может служить предположение, что на определенном этапе начинают проявляться механохимические эффекты. Благодаря им, растворимость монминеральных составляющих цементного клинкера изменяется. Формирующиеся при этом новые кристаллизационные структуры нетипичны для обычного цементного камня и не способствуют росту его прочности. В качестве добавок, нормализующих ход гидратации цементного клинкера на начальном этапе, было предложено вводить дополнительно гидравлическую добавку (опока) и гипс двуводный, который задает начальную структуру кристаллизационных новообразований на основе гидросульфоалюминатов. Благодаря таким нехитрым мероприятиям оказалось возможным повысить максимально достижимую прочность цементного камня при свободном ударе в 2.4 раза ( с 120 кг/см2 до 325 кг/см2). При стесненном ударе увеличение в 2.5 раза (с 80 кг/см2 до 205 кг/см2).

Ранее, в 1961 г., Йоханес Хинт экспериментальным образом определил и “додумал”, что наиболее эффективной скоростью удара, при измельчении гидравлических вяжущих (цемент) свободным ударом (дезинтегратор) является скорость в 250 м/с, что весьма близко коррелирует с приведенными выше результатами.

В большинстве публикаций по тонкому измельчению строительных вяжущих специальным образом не акцентируется внимание на зависимости скорости измельчения на конечной прочности. Но зато всегда!!!! указывается, что в процессе такого дополнительного измельчения цемента необходимо в обязательном порядке учитывать повышенный выход в систему отдельных составляющих цементного клинкера, и в первую очередь трехкальциевого алюмината – С3А. Поэтому ВСЕГДА дополнительное измельчение цемента должно проводиться на фоне введения дополнительных дозировок гипса и гидравлических добавок.

У меня уже были в почте вопросы когда экспериментаторы, исследуя процессы измельчения и механоактивации цементов на высоконагруженных измельчающих аппаратах (дезинтеграторах) с увеличением скорости удара получали отрицательные результаты. Корень проблемы – они не добавляли гипс и гидравлические добавки.

Из приведенных выше исследований также однозначно видно что именно помольные агрегаты, реализующие свободный удар способны в наиболее полной мере реализовать потенциал механохимической активации в гидравлических вяжущих.

 (продолжение следует)

Часть 3.

10.2.3 Влияние химических характеристик цемента на эффективность виброактивации.

http://www. ibeton. ru/a158.php

Для приготовления высококачественного бетона важное значение имеет тщательное перемешивание составляющих бетонной смеси, и в первую очередь - равномерное распределение и хорошее взаимодействие воды с цементом. Последнее обстоятельство в известной мере обусловливает количество новообразований в бетонной смеси и тем самым характер структурообразования цементного камня и рост прочности бетона. Увеличение количества новообразований усиливает рост прочности бетона, что особенно важно при изготовлении сборных железобетонных конструкций и при бетонных работах зимой, при производстве особых видов бетонов налагающих повышенные требования к кинетике набора прочности цементного камня (изготовление пенобетонов, газобетонов, беспропарочная технология тяжелых, легких и ячеистых бетонов и т. д.)

Для современной технологии тяжелых бетона характерно применение жестких бетонных смесей, цементов с высокой тонкостью помола, смешанных цементов и других технологических приемов, направленных на более полное использование вяжущих свойств цемента. Однако в жестких бетонных смесях или иных тонкоизмельченных материалах обладающих заметными вяжущими свойствами наблюдается значительная агрегация зерен вяжущего при перемешивании, что мешает хорошему взаимодействию воды и цемента.

Более подробно о механизме агрегатации цемента с образованием флоккул а также о способах минимизации этого эффекта при помощью добавок ПАВ (эффект пептизации) смотри в соответствующих разделах посвященных механизму действия ПАВ на бетонные композиции.

Обычными средствами перемешивания, даже при принудительном механическом воздействии, не удается обеспечить достаточного разбиения цементных флоккул (пептизировать цемент). Поэтому при вполне удовлетворительной гомогенизации ингридиентов бетонной смеси, механизм гидратации цемента все же происходит недостаточно полно. По оценкам разных исследователей от 30 до 70 процентов цемента так и не получают возможности прореагировать с водой (прогидратировать) – в бетоне они выполняют функцию ультрамелкого заполнителя.

Вследствие уменьшения количества цемента вступившего в реакции гидратации с водой уменьшается и количество образующегося цементного клея. Количество новообразований в бетонной смеси также значительно уменьшается. В конечном итоге кинетика роста прочности бетона не соответствует потенциальным возможностям цемента. Проблема усугубляется и тем фактом, что изначально тонкомолотые и быстротвердеющие цементы в еще большей степени подвержены эффектам агрегатации отдельный самых мелких и, следовательно, самых активных зерен цемента.