CC BY
19ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Рыбакова М. В., аспирант, Барбанягрэ В. Д., д-р техн. наук, проф. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ГИДРАТАЦИИ ПРИ МОКРОМ ПОМОЛЕ КЛИНКЕРА
marina-rybakova@yandex.ru
Исследована особенность процесса гидратации при мокром помоле клинкера. Установлено, что в цементной суспензии мокрого помола процесс гидратации протекает более интенсивно с образованием тонкодисперсной массы с четко очерченными границами раздела фаз и мелкокристаллического эттрингита, равномерно распределенного по объему суспензии.
Ключевые слова: клинкер, помол, суспензия, гидратация, структура цементного камня.
Процессы, протекающие на ранних стадиях гидратации портландцемента, исследуются практически со времени основания цементной промышленности [1—3]. Формирование фазового состава, плотной, однородной структуры гид-ратных новообразований происходит в процессе гидратации и является ключевым фактором, определяющим прочность цементного камня. При этом варьирование водоцементного отношения и рН жидкой фазы при гидратации цемента влияет на характер и величину пористости цементного камня, а также основность, морфологию и условия срастания гидратных фаз.
Для увеличения скорости химических реакций в ряде случаев необходимо повышать удельную поверхность материалов путем их тонкого измельчения [4]. Повышение тонкости помола при этом позволяет увеличить поверхностную энергию и площадь контакта между частицами. По данным З.Б. Энтина [5], незначительное увеличение содержания фракции менее 5 мкм обеспечивает высокое качество цемента, и как следствие, бетона. Применение такого метода позволяет создавать микроматричную структуру с направленным распределением частиц в цементном камне.
Одним из наиболее эффективных способов модифицирования цементных композитов является метод механохимической активации цемента. Этому вопросу посвящено множество работ [6-8].
В данной работе исследуются процессы, происходящие на ранних стадиях гидратации цементных систем при механоактивации клинкера в водной среде, и решается задача повыше-
ния качества продукции в результате мокрого помола клинкера.
Проводились исследования, протекающие при гидратации цементных суспензий различного способа помола. Для этого были приготовлены суспензии с одинаковым водоцементным отношением для изучения в проходящем свете на универсальном поляризационном микроскопе NU-2 фирмы «Karl Zeiss Jena».
На рис.1 представлены снимки, сделанные в начальный период гидратации цементных суспензий различного способа измельчения. Суспензия мокрого помола представляет собой уплотненную совокупность высокодисперсных, с четко выраженными границами раздела, зерен (рис. 1, а) - потенциальный источник множества центров кристаллизации гидратных фаз. Суспензия на основе цемента сухого помола (рис. 1, б) состоит из более крупных зерен, разных по размерам и форме и межзернового пространства, заполненного водным раствором и слабо выраженными скоплениями гидратов.
С течением времени в суспензии мокрого помола происходит коагуляция геля (рис. 2, а, б) и наблюдается рост хорошо оформленных кристаллов Са(ОН)2, имеющих правильную форму гексагональных пластин и вытянутых призм с четко очерченными гранями. Межзерновое пространство постепенно заполняется частицами гидратов, и пластичная масса начинает терять подвижность. При последующей гидратации цементной суспензии мокрого помола между отдельными кристаллами гидратов возникают кристаллизационные структуры и контакты, повышенное количество которых приводит к прорастанию кристаллами межзернового простран-
ства. При этом образующиеся гидратные фазы бенно гидросульфоалюмината кальция, непре-заполняет поры в затвердевшей структуре це- рывно растет. ментного камня. Объем кристаллогидратов, осо-
Рисунок 1. Гидратация цемента в суспензии через 40 мин. Проходящий свет, увеличение х800:
а - мокрого помола; б - сухого помола
Рисунок 2. Гидратация цемента в суспензии через 3,5 ч. Проходящий свет, увеличение х1250: а, б - мокрого помола; в, г - сухого помола
Так в суспензии мокрого помола образуют- твора, так и вокруг исходных зерен (рис. 3, а, б). ся игольчатые кристаллы эттрингита, как из рас- В суспензии на основе цемента сухого помола
(рис. 3, в, г) характерен более медленный рост призматических и игольчатых кристаллов.
Для оценки влияния суспензии мокрого помола на свойства и структуру получаемого модифицированного цементного камня на ее основе были приготовлены оптимальные составы цементов с равным водоцементным отношением.
Электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что цементный камень на основе суспензии мокрого помола обладает более плотной, однородной мелкокристаллической структурой; в цементном камне сухого помола образуется более пористая неоднородная структура.
Таким образом, можно сделать вывод, что в цементном камне на основе цемента сухого помола процесс гидратации протекает медленнее и при меньших пересыщениях жидкой фазы. То-
а
гда как в цементной суспензии мокрого помола происходит активация частиц дисперсной фазы и повышается реакционная способность, а гидратация протекает более интенсивно с образованием мелкокристаллического эттрингита. В последующем данный ряд факторов способствует уплотнению и упрочнению структуры цементного камня на ее основе.
Преимущества цементной суспензии мокрого помола очевидны: возможность варьировать гранулометрическим составом для формирования кристаллов эттрингита различной морфологии и более плотной однородной структуры, которая определяет высокую прочность цементного камня во се сроки твердения. Суспензия мокрого помола может применяться для производства быстротвердеющих и высокопрочных изделий в условиях, близких к реальному производству.
в
Рисунок 3. Гидратация цемента в суспензии через 48 ч. Проходящий свет, увеличение х1250: а, б - мокрого помола; в, г - сухого помола
2 суток а
7 суток б
Рисунок 4. Структура цементного камня водного
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Калоусек, Г.Л. Процессы гидратации на ранних стадиях твердения цемента // Четвёртый международный конгресс по химии цемента. Труды. - М.: Стройиздат, 1976. - Т.2. - Кн. 1. -С.190-200.
2. Сычев, М.М. Некоторые вопросы механизма гидратации цемента // Цемент.-1981.-№8.-С. 8-10.
3. Лохер, Ф.Б. Исследование механизма гидратации / Ф.Б. Лохер, В. Рихартц // Шестой международный конгресс по химии цемента. Труды.- М.: Стройиздат, 1976. - Т.2.-Кн. 1. - с. 122-123.
4. Дешко, Ю.И. Измельчение материалов в цементной промышленности / Ю.И. Дешко, М.Б. Креймер, Г.С. Крыхтин. - Издание второе. М.: Изд-во лит-ры по строительству.- 1966. -272с. - ISBN
в
SU1510 30 OkV 12.1mm х1.47k BSECOMP 70Pa......ЗО.Оит
г
на цементах мокрого (а, б) и сухого (в, г) помолов
5. Энтин, З.Б. О дисперсности и гранулометрии российских и зарубежных цементов / З.Б. Энтин, Л.С. Нефедова // Цемент. - 2008. -№ 2. - С. 86-88.
6. Шестоперов, С. В. Опыт измельчения цементного клинкера в производственных условиях / С.В. Шестоперов, С.М. Рояк, Ф.М. Иванов, З.Л. Данюшевская. - М.: Промстройиздат, 1952. - 250 с.
7. Бердов, Г.И. Активирование цементной суспензии для получения высококачественного бетона // Г.И. Бердов, А.Н. Машкин / Известия вузов. Строительство.- №7(583).-2007.- С. 28 -31.
8. Сулименко, Л.М. Механохимическая активация вяжущих композиций / Л. М. Сули-менко, Н.И. Шалуненко, Л.А. Урханова // Известия вузов. Строительство.- 1995. - №11.- С. 63 - 68.
