Технология производства цемента

курсовая работа

3.3 Затворение водой и твердение цемента. Добавление добавок.

Изменение фазового состава твердеющей системы «цемент-вода» можно представить графически в виде фазовой диаграммы в тройной системе координат (Кт-Кж-Кг). Причем данная диаграмма позволяет обозначить траекторию изменения фазового состава не только по Кт (объемная концентрация твердой фазы), но и с учетом жидкой и газообразной фазы. С помощью фазовых диаграмм можно анализировать процессы формирования структуры в системе «цемент-вода», а также можно рассчитать объемную концентрацию новообразований (N) в данной системе (степень заполнения порового пространства (1- Кт1) в цементном камне продуктами гидратации)[4]:

N = (Кт2 + Кт1) / (1- Кт1)

где Кт1, Кт2 - объемные доли твердой фазы в исходном и конечном состоянии.

На рис. 3.1 представлена фазовая диаграмма процессов гидратации и твердения

Рис. 3.1.Фазовая диаграмма процессов гидратации и твердения цементного камня

Степень гидратации и структурно-энергетические параметры системы «цемент-вода» оценивались на основании объемных фазовых характеристик по методу В.А. Лотова. Полноту протекания процессов гидратации оценивали по степени гидратации бг, которая рассчитывается следующим образом[4]:

бг = (Кж1 - Кж2)/Кж1,

где Кж1, Кж2 - объемные доли жидкой фазы в исходном и конечном состоянии. По данной формуле были рассчитаны степени гидратации для различных видов цементных систем, на основании которых был построен график (рис. 3.2.). Исследуемые добавки, взятые в оптимальных концентрациях (количествах), благоприятно влияют на процессы гидратации цемента. По влиянию на степень гидратации цементных систем добавки можно расположить в ряд:

активная минеральная добавка > ПАВ > кислоты[4].

Рис. 3.2. Зависимость степени гидратации от времени твердения цементного камня

Процессы гидратации и твердения цемента, сопровождающиеся изменением фазового состава, развиваются в течение длительного времени, и поэтому параметры, отображающие процесс перестройки структуры, целесообразно использовать для описания кинетики происходящих процессов.[4]

Структурно-энергетический параметр (n), характеризующий интенсивность перестройки структуры, рассчитывается по формуле:

где Кт1, Кт2 - объемные доли твердой фазы в исходном и конечном состоянии.

Степень перестройки структуры (бn) рассчитывается по формуле:

Графическая зависимость степени перестройки структуры от времени твердения цементного камня представлена на рис.3.3.

Рис.3.3. Зависимость степени перестройки структуры от времени твердения цементного камня

С добавками кислот, АБСН и МК степень перестройки структуры цементного камня повышается. Из добавок кислот наибольшее влияние на степень перестройки структуры оказывает 1 % раствор H2SO4, который к поздним срокам твердения (28 сут.) увеличивает ее на 9,3 %, добавка АБСН(алкилбензолсульфат натрия) (0,002 %) повышает степень перестройки структуры на 13,0 %, а 4 % МК(микрокремнезем) повышает степень перестройки структуры на 17,1 %.[4]

Используемые добавки в оптимальных концентрациях положительно влияют на процессы структурообразования в цементном камне. По влиянию на степень перестройки структуры цементного камня добавки можно расположить в ряд: активная минеральная добавка > ПАВ > кислоты[4].

Заменив в уравнении К·ф = б/1-б (где б - степень гидратации; К - константа скорости реакции; ф - время гидратации), использующемся для описания кинетики гидратации, величину б на бn, т.е. степень перестройки структуры, и подставляя вместо бn параметр n как наиболее чувствительный к перестройке, получим:

n = 1 + K·ф

Это уравнение можно представить в общем виде:

n = n0 + K·ф

С достаточной степенью приближения зависимость n = f(ф) можно представить в виде трех линейных участков (ф = 0 - 3 сут., ф = 3 - 14 сут., ф = 14 - 28 сут.), продолжение которых до пересечения с ординатой n дает значение n0, характеризующее достигаемый уровень начальной перестройки структуры, необходимое для развития процессов в соответствующем временном интервале[4].

Рис. 3.6. Зависимость структурно-энергетического параметра (n) от времени твердения цементного камня

Кинетические зависимости гидратации и твердения цементного камня с различными химическими добавками представлены в табл. 3.1.

Добавка

Концентрация

%

Период времени, сутки

0-3

3-14

14-28

Б/Д

-

n = 1+0,500ф

n = 2,40+0,043ф

n = 2,70+0,018ф

HF

0,5

n = 1+0,333ф

n = 1,70+0,079ф

n = 2,40+0,064ф

H2SO4

1

n = 1+0,667ф

n = 2,70+0,057ф

n = 2,70+0,032ф

АБСН

0,002

n = 1+0,600ф

n = 2,40+0,079ф

n = 3,60+0,036ф

МК

4

n = 1+1,100ф

n = 3,80+0,107ф

n = 5,30+0,021ф

Б/Д - без добавок, затворенные водой; АБСН - алкилбензолсульфонат натрия; МК - микрокремнезем. Таблица 3.1.

Делись добром ;)