9955

70

в) содержание химически связанной воды, % от массы сухой смеси:

1)через 2 мин после формования — 9,2;

2)через 24 ч после формования — 15,7;

г) влажность гранул через 24 ч после формования, % — 8,5;

д) средняя плотность гранул, кг/м3 — 850–960.

Исследования, результаты которых приведены выше, показали, что для производства гранул и строительных изделий путем механической активации ФПГ можно использовать формовочное оборудование (ленточные прессы),

которые применяются при производстве строительной керамики.

Предложенная технологическая схема приведена ранее (см. рисунок 3.15).

3.4.3 Влияние окускованного фосфополугидрата на свойства

портландцемента

При производстве портландцемента фосфополугидрат рекомендуется использовать в качестве минерализатора с целью интенсификации процессов обжига сырья и как добавку при помоле клинкера портландцемента взамен природного гипсового камня с целью регулирования скорости процессов схватывания.

При введении в сырьевую смесь до 3 % фосфогипса (в пересчете на сухое вещество) повышается коэффициент насыщения смеси, улучшаются условия эксплуатации футеровки вращающихся печей. Одновременно отмечено, что растет производительность печей, а удельный расход топлива снижается на 1–

3 %.

Портландцемент, полученный совместным помолом клинкера и гранулированного фосфополугидрата, по активности незначительно отличается от портландцемента, содержащего природный гипс. Вместе с тем отмечается,

что использование попутного продукта приводит к замедлению процессов схватывания цементного теста.

71

Известно, что образование полугидрата при помоле клинкера и гипса может привести к ускоренному (ложному) схватыванию цементного теста и бетонных смесей. Ложное схватывание цементного теста отмечено нами при введении фосфополугидрата. При производстве гранул из фосфополугидрата предусмотрен переход полуводного гипса в дигидрат. Превращение полугидрата в двуводный гипс начинается в процессе механохимической активации и заканчивается при хранении гранул на складе. При этом следует предусмотреть возможность неполной гидратации полуводного гипса перед использованием гранулированного попутного продукта. Это позволит, при использовании гранул, содержащих полуводный гипс, сократить транспортные расходы за счет повышенного содержания сернокислого кальция в добавке. В

связи с этим исследовано влияние гранулированного фосфополугидрата ВАЗ на свойства портландцемента.

3.4.3.1Определение ложного схватывания портландцемента

Для проведения исследований гранулы получены методом пластического формования на лабораторном ленточном прессе. Перед формованием смесь,

состоящая из сухого фосфополугидрата, добавки и воды, обработана на бегунах в течение 5 мин. Влажность смеси принята равной 20 %. В качестве добавки-

активатора использована пыль электрофильтров вращающихся цементных печей в количестве 3 % массы сухого ФПГ.

Сразу после обработки на бегунах проведено гранулирование активированной смеси на ленточном прессе. Полученные гранулы хранились над водой при температуре 20 °С. Через определенные промежутки времени отобраны 5 проб гранул. Содержание химически связанной воды в отобранных пробах попутного продукта составило 10,0; 12,2; 14,0; 16,1; 19,5 % массы сухой смеси. В дальнейшем гранулы использованы при помоле клинкера портландцемента. Проба портландцемента была также получена совместным

72

помолом клинкера цементного завода и фосфополугидрата ВАЗ, высушенного сразу после отбора проб с фильтра карусельного цеха экстракции. Содержание химически связанной воды в пробе составило 6,8 %. При изготовлении портландцемента использован клинкер Волховского цементного завода. Помол клинкера и добавки-регулятора произведен до удельной поверхности 0,30−0,32

м2/г, характерной для портландцемента ВАЗ. Определение ложного схватывания выполнено по методике, разработанной ГИПРОЦЕМЕНТом.

Расход гранул при помоле был принят равным 5 % массы клинкера, в

соответствии с расходом гипсового камня, принятым на Волховском цементном заводе. Результаты исследований приведены в таблице 3.14.

Таблица 3.14 – Влияние фазового состава попутного продукта на ложное схватывание портландцемента

Из таблицы 3.14 следует, что при наличии в гранулах до 30 %

полуводного гипса ложное схватывание портландцемента не наблюдается, т. е.

при производстве гранул полное превращение полуводного сульфата кальция в дигидрат не является обязательным.

3.4.3.2 Влияние гранулированного фосфополугидрата на

технические свойства портландцемента

Портландцементы приготовлены помолом клинкера Волховского цементного завода и гранулированного фосфополугидрата. Гранулы получены методом пластического формования на ленточном прессе. В качестве добавок-

активаторов при грануляции использованы пыль электрофильтров, пыль пылевой камеры вращающихся печей и зола-унос. Расход добавок — активаторов принят в соответствии с результатами исследований,

73

приведенными ранее, и для различных активаторов составил 3−8 % массы сухого фосфополугидрата. Содержание химически-связанной воды в гранулированном попутном продукте перед помолом составило 14−16 %, в

зависимости от состава смеси. С целью определения содержания добавки на свойства портландцемента при помоле клинкера расход гранулированного фосфополугидрата был принят равным 3,5 и 7,0 % массы клинкера.

В таблице 3.15 приведены результаты определения нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста. Для сравнения были приготовлены портландцементы с введением гипса Новомосковского месторождения в количестве 3; 5 и 7,0 % массы клинкера.

Из таблицы 3.15 следует, что портландцементы, содержащие фосфо-

полугидрат, по срокам схватывания незначительно отличаются от портландцементов, содержащих природный гипс. При этом отмечено, что пыль электрофильтров несколько сокращает время начала и конца схватывания цементного теста.

Пыль пылевой камеры вращающихся печей и зола-унос увеличивают время конца схватывания, по сравнению с аналогичным показателем портландцемента, содержащего природный гипс. Сроки схватывания испытанных цементов находятся в пределах требований ГОСТ 310.

Использование гранулированного фосфополугидрата при помоле клинкера позволяет снизить водопотребность портландцемента по сравнению с вяжущим, содержащим природный гипс.

74

Таблица 3.15 – Нормальная густота и сроки схватывания портландцементов, содержащих фосфополугидрат и природный гипс

Испытания стандартных образцов проведены через 1, 3, 7 и 28 сут хранения в нормальных условиях. Результаты испытаний приведены в таблице 3.16.

Из таблицы 3.16 следует, что замена природного гипсового камня гранулированным фосфополугидратом приводит к замедлению процессов твердения портландцемента в первые трое суток хранения стандартных образцов в воде. Минимальную скорость твердения в ранние сроки имеет портландцемент, содержащий фосфополугидрат, гранулированный с золой-

уносом.

75

Таблица 3.16 – Зависимость прочности стандартных образцов от типа добавки и расхода гранул при помоле

Через 1 сут хранения над водой образцы-балочки разрушались при извлечении из формы. Через 28 сут хранения в воде предел прочности при сжатии образцов на основе портландцементов, содержащих фосфополугидрат,

превышает прочность при сжатии образцов на основе портландцементов,

полученных помолом клинкера с новомосковским гипсом, на 2,0–6,5 МПа. Из табл. 3.16 следует, что оптимальный расход гранулированного фосфополугидрата при помоле, соответствующий максимальной прочности искусственного камня, составляет 5 % массы клинкера.

Исследовано влияние гранулированного фосфополугидрата на активность портландцемента при твердении стандартных образцов-балочек в воде в течение 2-х лет. С этой целью портландцемент приготовлен совместным помолом клинкера и гранулированного попутного продукта. Расход гранул и гипсового камня при помоле составил 5 % массы клинкера. Удельная поверхность портландцемента принята равной 0,32 м2/г (метод воздухопроницаемости). В качестве добавки-активатора при гранулировании

76

фосфополугидрата использована пыль электрофильтров вращающихся печей ВАЗ в количестве 3 % массы попутного продукта.

Через 2 года хранения активность портландцемента, содержащего попутный продукт приблизительно на 7 МПа выше, активности цемента,

полученного помолом клинкера с природным гипсовым камнем.

Исследовано также влияние типа гипсосодержащего компонента на пластическую прочность цементного теста. Пластическая прочность определена на коническом пластометре МГУ. Цементное тесто нормальной гус-

тоты сразу после приготовления имеет пластическую прочность 0,01–0,02 МПа;

в момент наступления начала схватывания — приблизительно 0,15 МПа; в

момент наступления конца схватывания — 0,50 МПа.

Установлено, что портландцемент, содержащий фосфополугидрат и пыль электрофильтров, отличается максимальной скоростью процессов коагуляционного структурообразования, что подтверждается данными определения сроков схватывания цементного теста, представленными в таблице 3.15.

3.4.3.3Влияние пропаривания на свойства портландцемента

В настоящее время значительная часть строительных конструкций изготовляется в заводских условиях. С целью интенсификации процессов твердения портландцемента применяют различные способы тепло-влажностной

обработки изделий. С целью определения влияния пропаривания на активность исследуемых портландцементов нами проведена термо-влажностная обработка

77

Температура изотермической выдержки принята равной 85 °С. Режим обработки принят в соответствии с параметрами, характерными для ПО «Баррикада», использующего волховский портландцемент.

Установлено, что замена новомосковского гипсового камня гранулированным фосфополугидратом ВАЗ практически не изменяет прочность образцов после пропаривания. Оптимальный расход гранул соответствует 5 % массы клинкера.

3.4.3.4 Размалываемость клинкера портландцемента в присутствии гранулированного фосфополугидрата

Размалываемость клинкера определена в лабораторной двухкамерной шаровой мельнице. Расход добавки при помоле принят равным 5 % массы клинкера. Гранулированный ФПГ получен при введении пыли электрофильтров

(3 % массы). Одновременно проведен помол клинкера с новомосковским гипсовым камнем. При помоле были отобраны пробы портландцемента и определена величина удельной поверхности методом воздухопроницаемости.

Результаты определений представлены в таблице 3.17.

Таблица 3.17 – Размалываемость клинкера портландцемента ВАЗ при помоле с гранулированным ФПГ и гипсовым камнем.

Из таблицы 3.17 следует, что удельная поверхность 0,30–0,32 м2/г при помоле клинкера с гранулированным фосфополугидратом достигается через

35–40 мин помола. Для получения цемента с такой же удельной поверхностью при помоле клинкера с добавкой природного гипса необходимо 45–50 мин. Это может быть связано с лучшей размалываемостью и более тонким измельчением

78

гранулированного фосфополугидрата по сравнению с новомосковким гипсовым

камнем.

Параллельно и одновременно с исследованиями проведены испытания цементов с гранулированым фосфополугидратом на Волховском алюминиевом заводе. С этой целью автором приготовлен гранулированный фосфополугидрат методом пластического формования и представлен для испытаний в лабораторию Волховского цементного завода. Гранулы получены из

Соотношение компонентов формовочной смеси взято с таким расчетом,

чтобы содержание сульфата кальция в гранулах (в пересчете на SO3)

соответствовало его количеству в природном гипсовом камне Новомосковского месторождения. Из материалов акта испытаний следует, что портландцементы,

полученные помолом клинкера c гранулированным фосфополугидратом, имеют более высокую нормальную густоту теста (на 0,24–0,25 %) по сравнению с портландцементом, содержащим природный гипс. Это объясняется более высокой дисперсностью портландцементов, содержащих попутный продукт (см. таблицу

4 акта испытаний). Превышение величины удельной поверхности составляет

0,02−0,03 м2/г (метод воздухопроницаемости). Принимая во внимание, что продолжительность помола всех проб в условиях лаборатории была одинаковой,

наблюдаем лучшую размалываемость клинкера с гранулированием фосфополугидратом. Об этом свидетельствует более высокая величина удельной поверхности портландцемента всех пяти проб по сравнению с портландцементом,

полученным помолом клинкера с природным гипсовым камнем.

С целью сравнения размалываемости гранул фосфополугидрата и природного гипсового камня Новомосковского месторождения приведен помол гранулированного фосфополугидрата и гипсового камня фракции 10−20 мм в

79

шаровой мельнице. В качестве мелющих тел использовали цильпебс.

Соотношение добавки и мелющих тел принято равным 1 : 3.

Через определенные промежутки времени отбирали пробы и определяли величину удельной поверхности методом воздухопроницаемости. Результаты определений приведены в таблице 3.18.

Из таблицы 3.18 следует, что повышение удельной поверхности портландцементов, содержащих попутный продукт, объясняется более тонким измельчением гранулированного фосфополугидрата. В связи с этим нами рекомендуется производить помол клинкера с гранулированным фосфополугидратом до величины удельной поверхности на 0,02–0,04 м2/г

выше, чем принято в настоящее время в заводских условиях. Общая продолжительность помола при этом не изменяется.

Таблица 3.18 – Размалываемость гранулированного фосфополугидрата и гипсового камня

3.4.3.5Влияние времени хранения на свойства портландцемента

Портландцементы, полученные помолом клинкера с гранулированным фосфополугидратом в количестве 5 % массы клинкера, хранили в течение

6 месяцев в открытых полиэтиленовых мешках. Затем были проведены стандартные испытания портландцементов по ГОСТ 310.4. Результаты испытаний приведены в таблице 3.19.