Активизация частично гидратированного цемента в электромагнитных активаторах

Основной целью данных исследований являлось оценка возможности повышения активности частично гидратированного (лежалого) цемента, за счет дополнительного измельчения вяжущего в специальных помольных агрегатах. Обычный портландцемент при хранении в мешках теряет 8−15% своей активности за месяц. Основной причиной потери активности является адсорбция влаги из воздуха и частичная гидратация цемента. При этом, поверхностный слой цемента может подвергаться значительной гидратации, а его внутренняя часть сохраняет активность. Существует резерв повышения этой активности. Известно, что активность цементов зависит от степени их дисперсности. С увеличением удельной поверхности цемента от нормативной (Sуд = 3000 см² /г) до максимальной рекомендуемой (Sуд = 5000 см² /г) прочностные характеристики его повышаются. Этот факт позволяет сделать вывод, что возможна переработка лежалого цемента путем его диспергации в помольном агрегате, что позволит повысить его удельную поверхность и, как следствие, активность.

Однако решение этого вопроса сдерживается отсутствием высокоэффективных помольных агрегатов с низкой энергоемкостью.

В Центре инновационных технологий Ростовского государственного строительного университета проводятся исследования по внедрению в строительство электромагнитных активаторов (разновидность аппаратов вихревого поля). Первые опыты использования активаторов для диспергации строительных материалов показали их высокую эффективность и низкую энергоемкость (в десятки раз ниже чем у шаровых мельниц и дезинтеграторов).

Внешне, аппарат представляет собой индуктор, помещенный в корпус. Через расточку индуктора проходит труба из немагнитного материала (рабочее пространство). При подаче электроэнергии в рабочем пространстве создается мощное вращающееся электромагнитное поле, которое вращает помещенные в него ферромагнитные элементы. Последние становятся магнитами и взаимодействуют с основным полем. В результате взаимодействия генерируется ряд эффектов, воздействующих на вещество (в нашем случае — лежалый цемент), помещенное в рабочее пространство. К таким эффектам могут быть отнесены — магнитострикция, механострикция, кавитация, электролиз, торсионные поля, акустические волны. Удельная мощность этих эффектов весьма велика, что позволяет диспергировать и активизировать лежалый цемент.

На первом этапе работы проводилась подготовка лежалого цемента. Для этого от партии цемента были отобраны три мешка, цемент в которых частично прогидратировал. Этот цемент подвергли дроблению в щековой и молотковой дробилках, до получения максимального размера частиц 1−2мм. После этого была отобрана представительная проба цемента и подвергнута обработке в активаторе. Во время прохождения лежалого цемента через аппарат, происходит активация частиц цемента за счет того, что движущиеся с большой скоростью ферромагнитные частицы взаимодействуют с цементом и измельчают его. При многократном прохождении через активатор степень помола увеличивается. В эксперименте варьировалось количество прохождений лежалого цемента через активатор в пределах от 1 до 5 раз. При этом контролировались характеристики гранулометрического состава и удельной поверхности частиц цемента с помощью Микросайзера МС-201С. После обработки, из полученного цемента готовился цементно-песчаный раствор стандартной консистенции, из которого формовались образцы-балочки стандартного размера (40×40×160 мм). Образцы твердели в течение 28 суток в нормальных условиях. После этого образцы подвергали физико-механическим испытаниям.

Анализ результатов испытаний приведенных на рисунке 1. показал, что увеличение количества прохождений лежалого цемента через активатор от 1 до 5 раз приводит к увеличению удельной поверхности цемента с Sуд= 2370см2/г до Sуд = 4720см2/г. При этом изменяется и характер распределения частиц по фракциям.

Рисунок 1.

гидратированный цемент измельчение фракция Анализ кривых распределения частиц цемента по фракциям при изменении времени обработки лежалого цемента показал, что увеличение количества этапов обработки приводит к смещению кривых распределения в сторону увеличения количества мелких фракций цемента. Так, для необработанного цемента количество частиц диаметром менее 20 мкм составило 54,6%, а для цемента обработанного 5 раз составило 71,2%.

Такие изменения дисперсности цемента приводят к росту прочности цементного камня, что подтверждается результатами испытаний образцов — балочек, приведенными на рис. 2.

Рисунок 2.

Анализ результатов исследования подтвердил, что активация лежалого цемента позволяет повысить среднее значение показателя удельной поверхности (почти в два раза). При этом активность цемента повысилась с Rсж = 15,2МПа до Rсж = 40,4МПа. Установлено, что для исследованного цемента достаточно 2−3 этапов обработки, т.к. дальнейшее повышение дисперсности цемента приводит к значительному росту водопотребности и снижению прочностных показателей.