АНАЛИЗ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОРОШКОВ НА СТРАЖЕ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТА И БЕТОНА

АНАЛИЗ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОРОШКОВ НА СТРАЖЕ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТА И БЕТОНА

Есть как минимум 2 основные задачи в практической технологии бетона, где знание размеров частиц тонкодисперсного порошка может сослужить неоценимую службу.

Наверное, все строители знают, что купленный на рынке цемент может оказаться некачественным и из него будет сложно получить бетонные изделия с надлежащими свойствами. Основных причин здесь может быть две:

— цемент может оказаться фальсифицированным на пути от завода к потребителю, путем добавления в него других, также тонкодисперсных, на первый взгляд, порошкообразных материалов. В повседневности это могут быть минеральные порошки для асфальтобетона – известняковые или доломитовые, молотый песок, зола уноса и иногда даже зола отвала тепловых электростанций, пыль с систем пылеулавливания асфальтобетонных заводов или заводов сухих строительных смесей. Для невооруженного взгляда такой «разбодяженный» цемент может казаться обычным цементом – такой же тонкодисперсный серый порошок. Но, если вам удастся получить информацию о распределении частиц такого цемента по размерам, то картина будет выглядеть совершенно по-другому. В случае, если в цемент были добавлены более грубые минеральные порошки – в распределении частиц по размерам будет значительно больше крупных частиц по сравнению с обычным цементом, соответственно, будет ниже удельная поверхность. В случае, если использовалась пыль систем газоочистки или зола уноса, которая зачастую может также быть очень тонкодиперсной, то в распределении будет явный избыток более мелких, чем основная масса цемента, частиц. Удельная поверхность в этом случае может быть заметно выше, чем обычная для цемента.

— цемент может оказаться ненадлежащего качества и в случае, если он не подвергался никакой фальсификации. Помол клинкера на цементных заводах – это сложный процесс, зависящий от многих факторов, и при определенных обстоятельствах цементный завод может отгрузить вам цемент с недостаточной тониной помола. Характерные, известные многим специалистам примеры – переход от теплого времени года к холодному и наоборот; регламентные работы на мельничном оборудовании и т.п. И в этом случае знание размеров частиц цемента также окажет вам неоценимую помощь. Любое явное несоответствие размеров частиц обычной картине будет поводом отнестись к купленному вами цементу с повышенным вниманием, и, прежде чем пустить его в дело, провести дополнительные испытания цемента в соответствие с действующими ГОСТами. Проблема в том, что такие испытания занимают значительное время, как минимум, это сутки или несколько суток, а получить информацию о размерах частиц цемента, то есть о степени дисперсности цемента, на современных, представленных на рынке приборах, можно за несколько минут.

Кроме проблем, связанных с качеством цемента, в последнее время появился новый круг задач в практическом производстве бетона, в котором знание размеров частиц тонкодисперсных порошков также является необходимым. Эти задачи связаны с расширяющимся использованием при производстве бетона тонкомолотых или тонкодисперсных от природы наполнителей. Наиболее известным примером является использование в бетонах золы уноса тепловых электростанций, кроме этого, расширяется использование тонкомолотых известняка, доломита, различных металлургических шлаков, пылевидного кварца и даже, в последнее время, тонкомолотой песчано-гравийной смеси.

В том, что касается золы уноса, более глубокий анализ ее свойств показывает, что даже из одного источника (ТЭЦ) зола может иметь различный, меняющийся во времени гранулометрический состав, а использование более тонкой или менее тонкой золы требует корректировки количества введения ее в бетон. Таким образом, технологу на бетонном заводе, использующему золу уноса в бетоне, просто необходимо не просто знать для отдельно взятой партии золы размер частиц или гранулометрический состав, а вести постоянный мониторинг гранулометрического состава, на основании которого нужно корректировать составы бетонов, если мы хотим в каждом конкретном случае получить необходимую прочность.

Измерять средний размер частиц, удельную поверхность порошка или гранулометрический (зерновой) состав позволяют множество приборов, имеющихся сейчас на рынке. Безоговорочно, самым исчерпывающим для описанных выше задач прибором является лазерный анализатор размеров частиц, выпуск которого освоили множество зарубежных компаний и уже даже 2 отечественных. При всех достоинствах данного метода и обилии информации, которую он предоставляет, стоимость самого бюджетного прибора начинается с суммы в 1.5 миллиона рублей РФ. Очевидно, что для оценочного, пусть и очень полезного, анализа цемента или микронаполнителя бетона, эта цена является блокирующей для подавляющего большинства бетонных заводов и даже для заводов по производству строительных материалов.

До появления и широкого распространения лазерных анализаторов размеров частиц одним из самых распространенных и признанных методов определения среднего размера частиц и удельной поверхности порошка был метод, основанный на определении воздухопроницаемости уплотненного слоя порошка. В нашей стране это были и остаются приборы системы профессора Генриха Соломоновича Ходакова – а именно, семейство приборов ПСХ. За рубежом аналогичный метод носит название метода Блэйна, в нашей стране довольно много приборов Блэйна появилось вместе с цементными заводами, построенными или реконструированными в России такими гигантами цементной индустрии, как Лафарж, Хайдельберг, Хольцим, Дикерхоф.

В последнее время развитие линеек таких приборов пошло по пути внедрения частичной автоматизации или полной автоматизации проведения измерений, снабжения приборов современными точными датчиками, платами АЦП (аналого-цифрового преобразования), и даже комплектования приборов отдельными специализированными компьютерами. Как следствие, стоимость таких приборов существенно возросла и составляет в настоящее время суммы от 150 тысяч рублей (полуавтоматы) до 380 тысяч рублей (полные автоматы). Полностью ручной прибор Блэйна – функциональный аналог ПСХ, продолжает выпускать в настоящее время немецкая фирма Тестинг ГмбХ, стоимость их прибора со всеми растаможками и налогами составляет в Москве 150-160 тысяч рублей в зависимости от курса евро.

В то же время, накопленный нами опыт использования различных версий приборов систем Ходакова и Блэйна привел нас к однозначному выводу, что сложные и дорогостоящие приборы не имеют каких-то принципиальных преимуществ перед ручными их версиями с точки зрения получения информации об удельной поверхности и среднем размере частиц. Для практических нужд смысл имеет не столько конкретное абсолютное значение измеренной удельной поверхности порошка, сколько получение и сравнение таких данных в ряду аналогичных повторяющихся значений – для производственных партий закупаемого цемента, закупаемых партий золы-уноса, производственных партий тонкомолотых наполнителей, получаемых в результате помола на мельницах от смены к смене. А для таких относительных измерений, при должном отношении к культуре измерений и корректно изготовленном оборудовании, вполне и с запасом годится самый ранний, ручной вариант прибора ПСХ (или Блэйна). Намного важнее всех систем автоматизации при измерениях порошков с неизвестным или сомнительным составом (сухие строительные смеси, фальсифицированные цементы и т.д.) знать усредненную истинную плотность порошкового материала, которую мы рекомендуем определять при помощи колбы Ле-Шателье.

Наша компания предлагает строительной отрасли изготавливаемый нами прибор для измерения удельной поверхности порошковых материалов – ПСХ-4Р (ручной). Данный прибор является полным функциональным аналогом прибора системы Ходакова ПСХ-4.

Прибор изготавливается по заказу и поставляется в следующей комплектации:

— Измерительный модуль прибора

— Программа для обработки результатов измерений и вычисления удельной поверхности порошка (в виде книги Excel MS-Office)

— Руководство по эксплуатации

— Эталонные образцы порошков для калибровки прибора. В зависимости от области интересов Покупателя могут быть предоставлены эталоны с низкой, средней и высокой удельной поверхностью.

Отличительной особенностью нашего прибора является наличие 3 диапазонов измерений, позволяющих целенаправленно и точно проводить измерения как грубых порошков (с удельной поверхностью порядка 1000 кв.см. на грамм), так и средних (порядка 3000) и тонких (до 15-20 тысяч кв.см. на грамм).

Стоимость прибора в полной комплектации – 60 000 рублей включая НДС. Прибор изготавливается и поставляется в течение 10 рабочих дней с момента 100% предоплаты.

По договоренности возможен выезд нашего специалиста к Покупателю для запуска, начальной калибровки прибора и обучения Вашего персонала (за отдельную плату).

Мы можем продемонстрировать вам наш прибор и работу на нем в нашем офисе в Москве, а также измерить истинную плотность и удельную поверхность ваших цементов и тонкодисперсных наполнителей.

Теория измерения удельной поверхности порошков и коэффициента газопроницаемости пористых тел на приборе ПСХ

Качество металлургических и других порошкообразных и пористых строительных и многих других материалов – минеральных и органических пигментов, гипса, извести, известняка, а также электродов, стеновых панелей, кирпича, строго регламентировано стандартами. По мере повышения требований к качеству производимых материалов становятся все более жесткими и требования к точности и надежности измерений стандартизованных параметров. Важнейшим из них является дисперсность – удельная поверхность и средний размер частиц порошков, средняя площадь сечения единичной поры прессованных и спеченных изделий и геологических образцов. Для определения дисперсности в промышленном контроле общепринят метод фильтрации вязкой субстанции (газа) через пористые тела. Фильтрационный метод включен в стандарты РФ, США (ASTM) и европейских стран (DIN, ISO) на технологические параметры цемента, железорудных, фармацевтических и многих других порошков. Теоретические основы метода, разработанные Дарси, Козени и Карманом [1-4] прошли испытания временем и остаются неизменными. Однако основанные на этом методе приборы Блейна, Фишера, Товарова, ПСХ (измеряемые всеми ими значения удельной поверхности идентичны), созданные в середине прошлого века в соответствии с уровнем аналитической техники того времени, весьма устарели и не соответствуют современным технологическим требованиям по дизайну, точности, трудоемкости, продолжительности и удобству измерений. Достижения современной электроники открыли возможность создания прибора нового поколения, необходимость в котором оправдана возросшими запросами промышленности.

Удельная поверхность и средний размер частиц порошков

В теории фильтрации измерение удельной поверхности порошков эквивалентно измерению среднего гидравлического радиуса капилляров порового пространства, образуемого слоем уплотненного порошка. Соотношение объёма пор и площади их поверхности принято равным отношению объема трубы и площади ее внутренней цилиндрической поверхности. Объем трубы диаметром d_т и длиною L равен V_т = 4 -1 ×p×d_г 2 ×L, а площадь ее внутренней поверхности s_т = p×d_т×L, гидравлический диаметр трубы d_г = 4V_т×s_т -1 . Аналогично этому гидравлический диаметр пор (d _г) пористого тела, объем пор которого составляет (V_п), а площадь их поверхности (s_п) равен:

Если V – объем пористого тела, e – значение пористости (доля объема пор в объеме пористого тела), то объем пор V_п = V×e, объем твердого вещества в пористом теле V(1-e). Объем пористого слоя , например, в виде цилиндра равен произведению площади его сечения F [см 2 ] на высоту L [см] V = F×L [см 3 ]. Пористость по определению равна:

где m [г] – масса порошка в кювете, r [г/см 3 ] – плотность его частиц, m×r -1 [см 3 ] – объем частиц в кювете.

Удельная поверхность единицы объема твердого тела порошка S_v [см 2 /см 3 ] и S [см 2 /г] – удельная поверхность единицы массы связаны между собой и с площадью суммарной поверхности пор соотношениями:

В тех же обозначениях средний гидравлический диаметр капилляров равен:

Извилистость пор в уплотненном цилиндрическом слое порошка учитывают введением коэффициента извилистости К_к (постоянная Козени), который на основании экспериментальных данных принят равным 5 относительно высоты цилиндра L. Средняя длина капилляров цилиндрического пористого слоя, через торец которого производится фильтрация газа равна X = К_к×L.

Среднее число капилляров, выходящих на торец цилиндрического слоя:

Далее рассматривают скорость течение вязкого газа Q [см 3 /с] (динамическая вязкость m – в пуазах) через длинную (по сравнению с диаметром) трубку (капилляр) под действием перепада давления – DP [Г/см 2 ]. Применительно к пористому слою вычисления приводят к общепринятой формуле для удельной поверхности порошка S [см 2 /г]:

S = 14 r -1 ×m -0,5 [e 3 (1- e ) -2 ] 0,5 [Q -1 ×DP×F×L -1 ] 0,5 = 14 r -1 ×m -0,5 ×М×(Q -1 ×DP) 0,5 (4)

В уравнении (4) величина М = [e 3 (1- e ) -2 ×F×L -1 ] 0,5 зависит только от геометрических параметров слоя порошка и его пористости. Если масса порошка во всех измерениях выбрана так, что объем частиц порошка в кювете, равный m×r -1 = const во всех измерениях, величина М зависит только от степени уплотнения порошка – высоты его слоя в цилиндрической кювете, площадь сечения которой одинакова во всех опытах. Действительно:

Согласно формулы (4) для измерения удельной поверхности порошка с измеренной массой (m) в кювете площадью поперечного сечения (F) необходимо сформировать слой и измерить: его высоту – L, расход воздуха – Q, перепад давления – DR, обеспечивающий этот расход, и температуру воздуха, по которой определяют его вязкость (m).

Средний размер частиц (плотность которых – r) связан с удельной поверхностью единицы объема (S_v) и единицы массы (S) порошка соотношением:

Формула (4) предусматривает стационарный режим фильтрации воздуха. В этом режиме значения Q и DR (перепад давления и скорость течения воздуха) необходимо поддерживать установившимися и неизменными в период их измерений. Однако, как показала обширная производственная практика, надежное соблюдение этого условия весьма затруднительно. Приборы нестационарного режима, в которых измеряют фильтрацию воздуха через слой уплотненного порошка в замкнутый объем W, значительно практичнее и надежней. В этом режиме измерению подлежит только один параметр – длительность t изменения разрежения воздуха от значения р₁ до р₂. Действительно: согласно расчетам [2] гидравлическое сопротивление слоя порошка (Â – величина, обратная проницаемости) при атмосферном давлении воздуха в момент измерения P_o равна:

Если атмосферное давление P_o , объем W и величины разрежения р₁ и р₂ остаются неизменными для всех измерений, то согласно (7):

Величина М=(L×m×r -1 ) -1 ×[( F×L — m×r -1 ) 3 ] 0,5 по выражению (5) с режимом фильтрации не связана. Калибровка прибора сводится к экспериментальному определению одной величины b при его наладке. На основании (4 -8 ) удельная поверхность равна:

S = 14 r -1 ×m -0,5 [ e 3 (1- e ) -2 ] 0,5 [ b×t×F×L -1 ] 0,5 = 14 r -1 ×m -0,5 ×М×(b×t) 0,5 (9)

Величина 14b 0,5 = К – постоянная прибора, которую определяют либо по уравнению (8), либо в калибровочных опытах с прибором, работающим в стационарном режиме по соотношению (7).

В этом наиболее практичном варианте калибровки (DR×Q -1 )_к и t_к ; b = (DR×Q -1 )_к /t_к.= const для данного прибора. В результате определение удельной поверхности с измерением только времени (t) и вязкости воздуха по его температуре производится по простой формуле:

Фильтрационному методу определения удельной поверхности, как следует из обширного опыта его использования для разных порошков, свойственны некоторые особенности, обусловленные упрощающими основаниями, принятыми при выводе основной его формулы (4). В частности, не учтены агрегируемость дисперсных порошков, неопределенность формы и внутренней пористости их частиц. Эти факторы выражаются в зависимости величины удельной поверхности от степени уплотнения слоя порошка. Поэтому с целью получения всегда сопоставимых данных измерения удельной поверхности разных порошков желательно производить в одинаковых условиях. Одним из таких определяющих условий является одинаковость во всех измерениях физического объема порошка в кювете. Это условие выполняется, если масса порошка выбрана всегда равной одинаковой доле его плотности. Как показывает опыт многолетней работы с разными порошками, такой прием при прочих одинаковых условиях обеспечивает также наименьшую погрешность измерений и максимальное удобство в их подготовке.

Не следует пользоваться методом фильтрации для порошков с резко выраженной зависимостью удельной поверхности по формулам (4 -10) от степени уплотнения. Для таких порошков разработана специальная методика измерений и расчетов [4].

Коэффициент газопроницаемости пористых тел

Коэффициент газопроницаемости по ГОСТ 11573-65(85), ISO 8841-91E выражают в квадратных микрометрах (принятое название – дарси). Измерения, выполненные в конкретных условиях, приводят к базовым значениям температуры – 0 0 С и атмосферного давления Р_о = 1,013×10 5 Па = 760 мм Hg :

В формуле (12): h [см] и s [см 2 ] – высота и площадь сечения исследуемого образца (керна); Q [см 3 /с] – расход воздуха, проходящего через образец; DР [Па] – перепад давления; Р_о [Па]- давление воздуха при выходе (атмосферное давление); m [Па×с], T [ 0 С] и a_v [ 0 С -1 ] – динамическая вязкость, температура и объемно-температурный коэффициент окружающего воздуха. Величина 9,87×10 2 [Па -1 ] получена из условий пересчета проницаемости к стандартному атмосферному давлению (Р_о) и размерности – [мкм 2 ] вместо – [см 2 ]: 1 см 2 = 10 8 мкм 2 , Р_о = 1,013×10 5 Па.

Следовательно: 10 8 мкм 2 /1,013×10 5 Па = 9,87×10 2 Па -1 .

Стандартизованной методикой определения коэффициента газопроницаемости предусмотрено оборудование, которое включает баллон высокого давления со сжатым газом, манометры и реометры высокого давления, а также необходимые системы защиты. Такое громоздкое оборудование соответствовало уровню измерительной техники времени создания метода. Современная электроника дает более изящные решения, обеспечивающие необходимую точность и надежность результатов измерений. Как показывают исследования конкретных пористых кернов, в подавляющем числе случаев измерения коэффициента газопроницаемости могут быть выполнены с минимальной погрешностью на приборах типа ПСХ(SP). По сравнению с ПСХ они дополнены оснасткой (кюветой) для размещения кернов и специальной программой; в них сохранена функция измерения удельной поверхности и среднего размера частиц порошков.

В ПСХ(SP) средняя величина перепада давления DР составляет менее 0,3% атмосферного давления (Р_о) и ею можно пренебречь по сравнению с Р_о в расчетах коэффициента газопроницаемости. Кроме того, в приборах с автоматической коррекцией вязкости воздуха (автоматическое приведение ее к 20 0 С) и при измерениях в лабораторных условиях при температуре окружающего воздуха, близкой к 20 0 С с достаточной степенью точности можно принять величину

(1+a_v Т) = 1 +3,67×20×10 -3 = 1,0734 всегда одинаковой. При комнатной температуре динамическая вязкость воздуха m = 1,8·10 -5 Па×с. С учетом этого коэффициент газопроницаемости равен:

y _г = 9,87×10 2 =1676 h Q(s Dp) -1 (13)

В приборах, работающих в нестационарном режиме, газопроницаемость керна Q/DР = c/t, где c – постоянная прибора по газопроницаемости, t – интервал времени, в течение которого в замкнутом объеме под керном в результате фильтрации через него воздуха происходит изменение давления в интервале установленных значений от р₁ до р₂ . В таком приборе :

Значение констант c и Кп определяют в параллельных измерениях газопроницаемости одного и того же образца по прибору, работающему в режиме стационарной фильтрации (значения Q и DР), и в приборе ПСХ (значение t), или по эталонному образцу с известным значением коэффициента газопроницаемости.

Коэффициент газопроницаемости керна размером 50х50 мм в единицах миллидарси по формуле (11 и 12) с учетом его геометрических размеров равен:

Расчет коэффициента газопроницаемости керна с другими значениями диаметра и высоты производится по той же формуле (14), но с другим значением константы для заданных h и s согласно формуле (14).

Для измерений и расчета коэффициента газопроницаемости можно также воспользоваться калиброванным эталоном – пневмосопротивлением, которое предназначено для калибровки прибора и отградуировано при атмосферном давлении, близком нормальному (760 мм Hg). С изменением атмосферного давления газопроницаемость патрона изменяется пропорционально газопроницаемости испытуемых образцов. Это делает возможным избежать измерений (когда это необходимо для повышения точности определений) атмосферного давления по барометру, заменив их сравнительным измерением газопроницаемости образца и калиброванного эталона в одинаковых условиях.

Коэффициент газопроницаемости эталона:

Согласно формуле (12) y_по = y_п и, следовательно Р = Р_о×t_п ×t_по -1 . Подстановкой значения Р = Р_о×t_п×t_по -1 в формулу (13) получена формула для определения газопроницаемости керна, которая исключает необходимость измерения атмосферного давления:

1. Сarman P. C. Flow of Gases throw Porous Media, London, 1956.
2. Ходаков Г.С. Основные методы дисперсионного анализа порошков. М.: Стройиздат, 1968. 198с.
3. Ходаков Г.С. Закономерности фильтрации газа через пористые тела. Докл. АН СССР. 1963. Т.148.с. 581 -584.
4. Ходаков Г.С. Метод измерения удельной поверхности высокодисперных порошков по фильтрации газа. Колл. ж. 1995. Т.57. №2. С.280 -282.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОНКОСТИ ПОМОЛА ЦЕМЕНТА

Цель работы:освоить методику определения тонкости помола и удельной поверхности цемента, определить соответствие требованиям ГОСТ 10178-85 тонкости помола исследуемого цемента.

Теоретические сведения

Портландцемент – продукт, получаемый измельчением клинкера и гипса, добавляемого для регулирования сроков схватывания.

Цементный порошок в основном состоит из зерен размером от 5…10 до 30…40 мкм.

Дисперсность портландцемента обычно характеризуют тонкостью помола, удельной поверхностью и гранулометрическим (фракционным) составом.

Тонкость помола цемента определяется методом ситового анализа. При ситовом анализе используются сита с проволочными сетками по ГОСТ 6613-86 (см. прил.). Номера сит нормированы и соответствуют размеру стороны ячейки в свету в миллиметрах и, таким образом, характеризуют максимальный размер просеянных частиц. Если сторона ячейки равна 0,08 мм, то сито имеет номер 008. В обозначении номера сита запятая после нуля не ставится. Сито № 008 имеет 5476 отв./см 2 .

Тонкость помола портландцемента – количество материала, прошедшего через сито с сеткой № 008, выраженное в процентах от массы просеиваемой пробы. (Можно также определять тонкость помола портландцемента остатком на сите с сеткой № 008 в процентах от массы просеиваемой пробы.)

По ГОСТ 10178-85 (см. прил.) тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой № 008 проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы.

Удельная поверхность – это суммарная поверхность всех частиц, содержащихся в единице массы (1 кг) цемента. Удельная поверхность порошка определяется на приборах различной конструкции (В.В. Товарова, ПСХ, ПМЦ, Блейна и др.).

Для определения удельной поверхности материала используется метод воздухопроницаемости, имеющий два варианта:

1. Фильтрация воздуха через слой порошка при атмосферном давлении. Метод Козени–Кармана, приборное оформление Товарова. Предел измерения 40…1000 м 2 /кг.

2. Фильтрация воздуха через слой порошка при разрежении. Метод Дерягина. Предел измерения 250…5000 м 2 /кг.

В настоящее время обычные портландцементы измельчают до остатка на сите с сеткой № 008 5…8 мас. %, цементы же быстротвердеющие до остатка 2…4% и меньше. При этом удельная поверхность соответственно достигает 250…300 и 350…450 м 2 /кг и более. Грубый помол ухудшает строительные свойства цемента, снижает прочностные показатели в связи с тем, что грубые частицы размером более 80 мкм взаимодействуют с водой очень медленно.

С увеличением тонкости помола повышается прочность и скорость твердения цемента, но лишь до удельной поверхности 700…800 м 2 /кг.

Сверх этого предела наблюдается обычно ухудшение прочностных показателей затвердевшего цемента. Это объясняется тем, что сверхтонкий помол портландцемента приводит к следующему:

– повышает водопотребность портландцемента, что влечет за собой обратный эффект – понижение прочности;

– вызывает чрезмерное ускорение сроков схватывания, увеличение тепловыделения, повышение величины усадочных деформаций и связанную с этим большую склонность к трещинообразованию;

– снижает активность цемента при хранении, так как при тонком помоле ускоряется поглощение цементом влаги и углекислоты из окружающей атмосферы.

Повышение тонкости помола цемента приводит к снижению производительности мельниц и к большому перерасходу электроэнергии. Увеличение тонкости помола цемента требует введения повышенного количества гипса как регулятора сроков схватывания.

Размалываемость клинкера зависит от его минералогического состава, режима охлаждения и продолжительности хранения.

Наиболее трудно размалываются клинкеры с высоким содержанием белита и алюмоферрита, что связано с высокой твердостью их кристаллов. Плохая размалываемость белита связана также с повышенным налипанием материала на мелющие тела. Гранулы клинкера тем прочнее, чем больше при спекании образуется расплава, поэтому хорошо размалывается клинкер с повышенным значением силикатного модуля. При увеличении глиноземного модуля прочность гранул клинкера падает.

Более высокое содержание стекловидной фазы и небольшие размеры кристаллов клинкерных минералов повышают размалываемость быстро охлажденного клинкера по сравнению с охлажденным медленно.

На размалываемость клинкера также влияет продолжительность его хранения. Свежий клинкер труднее размолоть, чем клинкер, хранившийся около 2…3 недель. Поэтому клинкер выдерживают на складе, что обеспечивает гашение свободной извести, частичный переход β-C₂S в γ-C₂S, сопровождающийся саморассыпанием клинкера, и кристаллизацию (зарухание) клинкерного стекла.

Задание 1. Определение тонкости помола портландцемента методом ситового анализа

Приборы и реактивы

Исследуемый цемент; сито с сеткой № 09; сито с сеткой № 008; прибор для механического или пневматического просеивания цемента; технические весы с разновесами.

Порядок выполнения работы

Подготовку пробы цемента для испытания выполняют по ГОСТ 310.1-76 (см. прил.). Пробы цемента доставляют в лабораторию в плотно закрывающейся таре, защищающей цемент от увлажнения и загрязнения посторонними примесями, и до испытания хранят в сухом помещении. Испытания следует проводить в помещении с температурой воздуха °C и относительной влажностью не менее 50%. Температура воздуха и влажность должны ежедневно отмечаться в рабочем журнале. Перед испытанием каждую пробу просеивают через сито с сеткой № 09. Остаток на сите взвешивают и отбрасывают. Массу остатка в процентах, а также его характеристику (наличие комков, кусков дерева, металла и др.) заносят в рабочий журнал. После просеивания пробу цемента перемешивают.

Определение тонкости помола и удельной поверхности портландцемента производят в соответствии с ГОСТ 310.2-76 (см. прил.).

Отвешивают 50 г цемента на технических весах и высыпают его на сито с сеткой № 008. Закрыв сито крышкой, устанавливают его в прибор для механического или пневматического просеивания. Через 5…7 мин от начала просеивания останавливают прибор, осторожно снимают донышко и высыпают из него прошедший через сито цемент, прочищают сетку с нижней стороны мягкой кистью, вставляют донышко и продолжают просеивание.

Просеивание считают законченным, если при контрольном просеивании сквозь сито проходит не более 0,05 г цемента. Контрольное просеивание выполняют вручную при снятом донышке на бумаге в течение минуты.

Тонкость помола цемента определяют как количество материала, прошедшего через сито с сеткой № 008 (или остаток на сите с сеткой № 008), в процентах к первоначальной массе просеиваемой пробы с точностью до 0,1%. Допускается производить ручное просеивание.

Результаты испытаний заносят в табл. 14.

Результаты определения тонкости помола портландцемента

Задание 2. Определение удельной поверхности цемента

Приборы и реактивы

Цемент; поверхностемер ПМЦ-500; технические весы с разновесами; секундомер; фильтровальная бумага.

Порядок выполнения работы

Определение удельной поверхности порошкообразных материалов при помощи прибора ПМЦ-500 (рис. 9) основано на использовании уравнения Козени–Кармана, устанавливающего зависимость удельной поверхности от скорости фильтрации воздуха через слой дисперсного материала фиксированной высоты при прочих известных параметрах (плотность испытуемого материала, температура и влажность окружающей среды, постоянная прибора, масса навески).

Перед проведением измерений необходимо проверить герметичность прибора следующим образом.

Плотно закрыть кювету сверху резиновой пробкой, открыть кран, создать разрежение в измерительной системе с помощью резиновой груши, после чего закрыть кран. Снижение уровня жидкости в манометре в течение 30 мин не должно быть более 2 мм. В противном случае необходимо найти причину утечки и устранить неисправность.

Рис. 9. Поверхностемер ПМЦ-500

Величина навески материала рассчитывается следующим образом:

где m – масса материала, г; ρ – плотность материала, г/см 3 .

Для цемента ρ = 3 г/см 3 , m = 10 г.

Взвесить на технических весах с точностью до 0,01 г пробу цемента массой m. Положить в кювету кружок фильтровальной бумаги, на него – навеску порошка. Легким постукиванием разровнять слой, покрыть сверху вторым кружком фильтровальной бумаги и уплотнить поршнем при равномерном нажатии на него рукой. С помощью нониуса на планке поршня и шкалы на внешней поверхности кюветы измерить высоту слоя материала L (см).

Удалить поршень из кюветы, открыть кран и при помощи резиновой груши создать разрежение под слоем испытуемого материала. Разрежение должно быть таким, чтобы жидкость в манометре поднялась до уровня верхней колбы манометра.

Закрыть кран. Измерить по секундомеру время T (с) прохождения мениска жидкости в манометре между двумя рисками на шкале (при быстром снижении столба жидкости между рисками 3–4, при медленном – между рисками 1–2).

Измерить температуру воздуха t (°С) при помощи термометра в помещении, где проводится испытание.

По измеренным значениям высоты слоя материала L и температуры воздуха t найти в табл. 15 значение величины M.

Значение величины M

Окончание табл. 15

Расчет удельной поверхности цемента выполняется по формуле:

где S – удельная поверхность цемента, м 2 /кг; К – постоянная прибора для той пары рисок, между которыми наблюдалось падение столба жидкости за время Т (значение К содержится в паспорте прибора); m – масса материала, г.

По полученным результатам охарактеризовать соответствие тонкости помола исследуемого цемента требованиям ГОСТ 10178-85.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется портландцементом?

2. По каким показателям оценивают дисперсность цемента?

3. В чем выражается тонкость помола цемента?

4. Требования ГОСТ 10178-85 к тонкости помола цемента.

5. Что такое удельная поверхность цемента? В каких единицах выражается удельная поверхность цемента?

6. Какой метод анализа и какое сито применяют для определения тонкости помола цемента? Что обозначает номер сита?

7. До какой тонкости помола и удельной поверхности измельчают в настоящее время обычный и быстротвердеющий портландцементы на цементных заводах?

8. Влияние тонкости помола на свойства цемента.

9. Почему не следует добиваться сверхтонкого помола цемента?

10. Факторы, влияющие на размалываемость клинкера.

11. Каким образом осуществляется подготовка пробы цемента к испытаниям? Как производится ситовой анализ цемента?

12. Какие приборы используют для определения удельной поверхности цемента?

13. На чем основан метод определения удельной поверхности порошкообразных материалов?

14. Каким образом проверяется герметичность поверхностемера?

15. Как определяется удельная поверхность цемента? Принцип работы поверхностемера ПМЦ-500.

Лабораторная работа № 7

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Прибор ПСХ-10М

Предназначен для определения удельной поверхности, среднего размера частиц и газопроницаемости дисперсных материалов.

• Описание
• Характеристики
• Оплата
• Доставка
• Сервис

Работа прибора основывается на методе газопроницаемости Козени и Кармана. Метод измерения заключается в определении времени прохождения фиксированного объема воздуха через слой образца.

В Российской Федерации приборы ПСХ стандартизованы государственными метрологическими органами в качестве измерительного средства контроля дисперсности порошков в промышленности строительных материалов (ГОСТ 310.2-76, ГОСТ 23789-79), для контроля производства металлургических полуфабрикатов (ГОСТ 21043-87), в фармацевтической промышленности для измерения дисперсности лекарственных веществ (МУ 64-012-89 и МУ-64-002-86). Прибор позволяет измерять коэффициент газопроницаемости огнеупорных и других пористых материалов по стандартам ГОСТ 11573-98 и ISO-8841-91E.

Результаты измерений удельной поверхности и среднемассового размера частиц соответствуют европейским (DIN, ISO) и американским (ASTM) стандартам

• Прибор ПСХ-10М – 1 шт.;
• Кювета с плунжером для измерения удельной поверхности- 1 шт.;
• Кювета для измерения коэффициента газопроницаемости- 1 шт.;
• Пробойник для изготовления фильтров-вкладышей- 1 шт.;
• Соединительный воздушный шланг- 1 шт.;
• Инструмент для освобождения кюветы от порошка – 1 шт.;
• Кабель питания- 1 шт.;
• Паспорт прибора с техническим описанием и руководством по эксплуатации – 1 экз..

ПСХ-10М оснащен встроенным контрольным эталоном с постоянной величиной удельной поверхности и газопроницаемости, что позволяет быстро и удобно проверять исправность прибора.

Параметр

Значение

Диапазон измеряемых величин:
удельная поверхность, см2/г
среднемассовый размер частиц порошков, мкм
коэффициент газопроницаемости, дарси

Средняя погрешность измерений, %

Потребляемая мощность (220 В/50 Гц), менее, Вт

Диапазон рабочих температур, °С

Относительная влажность, не более,%

Габариты по типоразмерам корпуса, мм

260 х 200 х 310

Масса прибора с кюветой, не более, кг

Габариты упаковки, мм

380 х 380 х 260

Масса прибора в упаковке, не более, кг

Сервисное обслуживание

Одним из приоритетных направлений в деятельности нашей компании является обеспечение технического обслуживания приобретенного у нас оборудования. Мы имеем собственную сервисную службу, так как считаем, что профессиональное решение вопросов технического обслуживания обеспечивает рост доверия наших клиентов.

Наши технические специалисты бесплатно проведут инструктаж операторов и помогут подготовить оборудование к запуску. При необходимости расскажут о технике безопасности и о том, как эксплуатировать прибор наиболее эффективно . Перед покупкой откалибруем прибор непосредственно под ваши задачи, что позволит достичь максимальной точности вашего анализа. Оказываем услуги по первичной поверке.

Переоборудованные производства:

Кейс “Анализ промышленных выбросов”

На сегодняшний день действует строгий регламент, устанавливающий ограничение объемов выбросов в атмосферу отработавших газов, в связи с чем к нам обратилась промышленная организация с просьбой – помочь решить задачу по предотвращению предельных показателей содержания компонентов- «загрязнителей».

Результаты

Действительно, поставленная задача была решена – после проведения внутреннего исследования с помощью газоанализатора TESTO-350, организация сократила количество вредных показателей и успешно прошла официальную проверку. Клиент был доволен прибором, оставив немного впечатлений и положительный отзыв нашим специалистам : Газоотводный тракт TESTO-350 включает в себя целых шесть ячеек определения вредных примесей. Определяется концентрация CO, SO2, SH, NO, NO2, H2 с указанием температуры отходящих газов. В течение 4-5 минут можно узнать концентрацию газов от одного источника, что на мой взгляд — очень быстро! Прибор оснащен своим зондом из нержавеющей стали, выдерживающий температуру до 400 градусов С. Портативность конструкции позволяет легко перемещать газоанализатор от одного объекта к другому. Спасибо специалистам «ЛТК» за помощь в подборе «идеального» газоанализатора.