CC BY
25
-□ □-
Дослиджено вплив хiмiчноi добавки на основi продуктiв переробки полiмер-шп фракцп твердих побутових вiдходiв, на процеси тужавлення та тверднення цементiв. Виявлено, що добавка пришвид-шуе тужавлення i тверднення цементу за нормальних та низьких температур, а основний ефект вiд застосування добавки залежить вiд и концентраци, типу цементу та температурних умов
Ключовiслова:хiмiчна добавка, приско-рювач тужавлення i тверднення цементу, полiмерна фракщя твердих побутових видход^в, мщтсть на стиск, швидтсть гид-
ратаци, кшьтсть зв'язаноi води
□-□
Исследовано влияние химической добавки на основе продуктов переработки полимерной фракции твердых бытовых отходов, на процессы схватывания и твердения цементов. Доказано, что добавка ускоряет схватывание и твердение цемента при нормальных и низких температурах, а основной эффект от использования добавки зависит от ее концентрации, типа цемента и температурных условий.
Ключевые слова: химическая добавка, ускоритель схватывания и твердения цемента, полимерная фракция твердых бытовых отходов, прочность на сжатие, скорость гидратации, количество связанной воды
-□ □-
УДК 666.9.035
|doi: 10.15587/1729-4061.2015.477311
ВИКОРИСТАННЯ Х1М1ЧНО1 ДОБАВКИ, ЯКА СКЛАДАСТЬСЯ З ПРОДУКТ1В ПЕРЕРОБКИ ПОЛ1МЕРНО1 ФРАКЦП ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ В1ДХОД1В, В ЯКОСТ1 ПРИСКОРЮВАЧА ТВЕРДНЕННЯ ЦЕМЕНТУ
Г. Ю. Флейшер
Астрант* E-mail: [email protected] В. В. Токарчук
Кандидат техычних наук, доцент* E-mail: [email protected] В. А. Св^дерський
Доктор техычних наук, професор* E-mail: [email protected] *Кафедра хiмiчноT технологи композицтних матерiалiв Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни «КиТвський пол^ехшчний шститут» пр. Перемоги, 37, м. КиТв, УкраТна, 03056
1. Вступ ряд ефективних прискорювачiв тверднення, наприклад,
хлорид кальщю. Тому багато дослвджень зосереджеш на
Тенденщя розвитку шдустрп бетону та залiзобе- пошуку ефективних безхлоридних добавок i актуаль-
тону характеризуеться пошуком шляхiв зниження ною задачею е розробка альтернативних прискорювачiв
матерiальних, енергетичних та трудових витрат, штен- тверднення, як б були не менш ефективними за вже
сифiкацii технолопчних процесiв, пiдвищення мiц- вiдомi i не мали б негативного впливу на яюсть бетону. ностi, довговiчностi виробiв та конструкцiй за рахунок
рiзноманiтних технологiчних рiшень. Найбiльш розпо- -
всюдженим та ефективним технолопчним рiшенням 2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми е використання хiмiчних добавок - модифiкаторiв
властивостей бетонних сумшей. Згiдно сучасних уявлень шнують три типи хiмiч-
Добавки, яю прискорюють тужавлення та тверд- них добавок, як впливають на фiзико-хiмiчнi проце-
нення цементу, дозволяють пiдвищити продуктивнiсть си тверднення цеменив: прискорювачi тужавлення,
заводiв по виробництву бетонних та залiзобетонних прискорювачi тверднення та добавки, яю збiльшують
виробiв, збiльшити обертальнiсть форм, економити мщшсть. Вимоги, згiдно яких добавки вщносяться до
цемент, знизити витрату енергп на пропарювання. того чи шшого типу, наведенi в [1]. Таю добавки можна застосовувати при бетонуванш в До недавнього часу хлорид кальщю був чи не еди-
холодну погоду тому, що сильне тдвищення ранньоi ним широко розповсюдженим прискорювачем тверд-
мiцностi бетону при низькш температурах сильно по- нення не лише в умовах нормальних температур, а й
легшуе догляд за бетонною сумшшю та знижуе перюд пiд час зимового бетонування. Однак, хлоридш до-
набору бетоном критичноi мiцностi. бавки в бетош в поеднаннi з водою та киснем повиря
Через все зростаючi вимоги до якостi та довговiчностi можуть прискорювати швидкiсть корозii стал^ напри-
бетонних виробiв, виходить iз широкого застосування клад, арматурних стержшв, листiв та каркасiв [2].
Спочатку для подолання дано1 проблеми вмкт хлоридних добавок в бетош обмежували, але згодом вщ них зовам вщмовилися. На сьогоднi безхлориднi прискорювачi представленi триетаноламiном, тршзо-пропаноламiном, штратом [3], нiтритом та формiатом кальщю та 1х сумiшами в рiзних спiввiдношеннях.
Триiзопропаноламiн здатен прискорювати тверд-нення цементiв в рiзнi термши та збiльшувати марочну мiцнiсть в середньому на 10 % [4].
Штрат кальщю е прискорювачем тужавлення та тверднення i застосовуеться як протиморозна добавка. Недолжами використання штрату е залежнiсть його впливу на прискорення тверднення вщ мшералопчно-го складу цементу та температурних умов [5].
Крiм шдивщуальних хiмiчних сполук запропоно-вано використовувати вiдходи металургшно! промис-ловостi - сольовi (мiнералiзованi) стоки в поеднаннi з шпбиором корозii. В кiлькостi 2-4 мас. % добавка ефективно прискорюе тужавлення цементу та сприяе збшьшенню мiцностi [6].
Використання вiдходiв промисловостi викликае особливий штерес, оскiльки в такому випадку можна не лише отримати ефективну хiмiчну добавку, а й вирь шити проблему утилiзацii даного конкретного вщходу.
3. Цiлi та задачi дослщження
Проведенi дослiдження ставили за мету визна-чити, чи можна вщнести експериментальну добавку ДОР № 1 до класу добавок-прискорювачiв тужавлення i тверднення цементу, а також виявити механiзм впливу ДОР № 1 на фiзико-хiмiчнi процеси гщратацп.
Проведенi дослiдження ставили за мету визначити, чи можна використовувати хiмiчну добавку ДОР № 1, от-риману шляхом переробки полiмерноi фракцп твердих побутових вiдходiв, в якосп прискорювача тверднення i тужавлення цеменпв.
Для досягнення поставленоi мети виршувалися наступнi задачi:
- визначити, як впливае добавка ДОР № 1 на про-цеси тужавлення та тверднення цементу, для чого визначалися термши тужавлення та мщшсть на стиск зразкiв-кубiв з цементного каменю; дослщження про-водилося на однакових цементах в лишх та зимових умовах;
- визначити мехашзм впливу добавки на гщрата-цiю цементу, для чого проводилося визначення юль-косп зв'язаноi води в зразках гщратованих цементiв; дане дослiдження проводилося в лишх умовах i зраз-ки зберiгалися при температурi 20-25 °С.
4. Матерiали та методи дослщження по визначенню впливу добавки ДОР № 1 на властивост цеменив та механiзм гщратаци
Добавка ДОР № 1 е продуктом переробки полiмер-ноi фракцii (тари) твердих побутових вiдходiв i склада-еться з сумiшi амiдiв та амоншних солей терефталевоi кислоти [7, 8].
Для оцшки впливу добавки ДОР № 1 на тверднення цементу було обрано ряд цеменпв вщ рiзних ви-робниюв: ПЦ-1/500 виробництва ВАТ «1вано-Фран-
ювськцемент» (1ФЦ М500), ПЦ-1/500 виробництва ВАТ «Микола';вцемент» (МЦ М500), ПЦ-11/А-Ш 400 виробництва ВАТ «Миколаiвцемент» (МЦ М400), ПЦ-П/А-Ш 400 - Н виробництва ВАТ «1вано-Фран-кiвськцемент» (1ФЦ М400).
Добавка вводилися до кульового лабораторного млина у виглядi 50 %-го водного розчину i перемiшу-валася з цементом протягом 7 хв.
Нормальна густина та термши тужавлення визначалися на мiнi-приладi Вжа за методикою [9]. Мщшсть на стиск визначалася для зразюв-кубиюв з цементного ткта з розмiром граней 20 мм [9].
Для оцшки швидкосп гiдратацii цементу вико-ристовувалася методика визначення юлькосп зв'яза-ноi води [9, 10]. Для цього вщповщним чином тдгото-ванi зразки випалювалися в муфельнiй лабораторнiй печi при температурах 250, 550 та 1000 °С, тсля чого вимiрювалася втрата маси.
5. Результати дослiдження впливу добавки ДОР № 1 на властивост цементу та мехашзм гщратаци
5. 1. Дослщження впливу добавки ДОР № 1 на ф^ зико-мехашчш властивост цементу
Для дослщження ефективносп добавки ДОР № 1 як прискорювача тверднення зразки цементу збержа-лися в умовах нормальних температур (20-25 °С) та в умовах зимових температур (6-8 °С).
Вплив добавки ДОР № 1 на фiзико-механiчнi вла-стивоси цементу МЦ М500 при нормальних умовах наведено в табл. 1, а при умовах низьких температурах - в табл. 2.
Таблиця 1
Фiзико-механiчнi властивост цементу МЦ М500 з добавкою ДОР № 1 (температура 20—25 °С)
Концентра-щя ДОР №1, мас. % Нормальна густина, % Термши тужавлення, год-хв Мщшсть на стиск, МПа, у вщ1, д1б
початок кшець 1 3 28
0 27,0 0-50 1-45 17,5 33,6 50,8
0,1 27,0 0-55 1-50 18,5 30,1 47,8
0,5 26,5 0-35 1-45 18,8 30,8 45,0
1,0 24,5 0-30 1-55 17,1 27,4 41,2
1,5 23,5 0-30 2-15 16,4 26,6 34,2
Спостер^аеться невелике зб^ьшення мщносп на 1 добу тверднення для цеменпв з 0,1-0,5 мас. % добавки. В подальшому по мiрi зб^ьшення концентрацii ДОР № 1 мщшсть цементу зменшуеться. При цьому початок тужавлення прискорюеться, а кiнцевi термiни тужавлення майже не змшюються.
На 1-3 добу помiтного прискорення тверднення цеменпв з добавкою не спостер^аеться. Для зразкiв з 0,1 мас. % збшьшуеться марочна мщшсть на 19 %.
Прискорення тужавлення спостержаеться для зразюв з 0,1-1,0 % ДОР № 1. Для цементу з 1,5 % добавки тужавлення сповшьнюеться.
Загалом не виявлено суттевого впливу ДОР № 1 на пришвидшення тверднення цементу МЦ М500, але добавка прискорюе тужавлення.
Вплив добавки ДОР № 1 на фiзико-механiчнi вла-стивоси цементу МЦ М400 при нормальних умовах
наведено в табл. 3, а при умовах низьких температура - в табл. 4.
Таблиця 2
Фiзико-механiчнi властивосп цементу МЦ М500 з добавкою ДОР № 1 (температура 6—8 °С)
Концентра-щя ДОР №1, мас. % Нормальна густина, % Термши тужавлення, год-хв Мщнють на стиск, МПа, у вщ1, д1б
початок кшець 1 3 28
0 27,0 0-55 3-20 12,9 25,0 44,9
0,1 27,0 0-45 2-40 13,3 23,6 53,3
0,5 27,0 0-35 2-35 8,6 11,4 44,0
1,0 26,0 0-30 2-55 5,5 13,3 41,1
1,5 24,0 1-15 4-15 3,8 8,6 30,3
Таблиця 3
Фiзико-механiчнi властивосп цементу МЦ М400 з добавкою ДОР № 1 (температура 20—25 °С)
Концентра-щя ДОР №1, мас. % Нормальна густина, % Термши тужав-лення, год-хв Мщнють на стиск, МПа, у вщ1, д1б
початок кшець 1 3 28
0 28,5 1-55 3-15 11,6 15,0 47,4
0,1 26,5 1-25 3-05 14,1 20,8 45,0
0,5 25,0 1-00 2-45 12,6 19,0 47,6
1,0 24,0 1-00 2-40 10,8 10,6 42,6
1,5 23,0 0-55 2-30 9,9 6,5 43,0
Добавка в межах концентрацш 0,1-0,5 мас. % спри-яла зб^ьшенню мщност цементу на 1 добу на 8-21 %, на 3 добу - на 26-38 %, марочну мщшсть при даних концентращях добавка не зб^ьшила.
По мiрi зб^ьшення концентрацп спостерпаеться зменшення термiнiв тужавлення.
Таблиця 4
Фiзико-механiчнi властивостi цементу МЦ М400 з добавкою ДОР № 1 (температура 6—8 °С)
Концентра-щя ДОР №1, мас. % Нормальна густина, % Термши тужав-лення, год-хв Мщнють на стиск, МПа, у вщ1, д1б
початок кшець 1 3 28
0 28,5 1-35 4-15 0,0 5,0 34,0
0,1 28,0 1-15 4-10 0,0 6,6 35,7
0,5 27,0 1-15 4-05 0,0 7,5 37,4
1,0 26,0 0-50 4-00 0,0 8,4 32,7
1,5 25,0 1-05 3-55 0,0 9,8 26,0
На 1 добу тверднення жоден зразок цементу не набрав мщность На 3 добу набрали мщшсть лише зразки з добавкою, причому по мiрi збшьшення концентрацп мщшсть цементу збшьшуеться на 32-96 %. На 28 добу марочна мщшсть бшьша для цеменпв з 0,1-0,5 мас. % на 5-10 %. При цьому добавка сприяе зменшенню термов тужавлення.
Виявлено, що для цементу МЦ М400 залежно вщ умов збертння ДОР № 1 сприяе пришвид-шенню тужавлення, прискоренню раннього тверд-нення i по^зному впливае на марочну мщшсть, а оптимальш концентрацii знаходяться в межах 0,10,5 мас. %.
Вплив добавки ДОР № 1 на фiзико-механiчнi властивосп цементу 1ФЦ М500 при нормальних умовах наведено в табл. 5, а при умовах низьких температура - в табл. 6.
Таблиця 5
Фiзико-механiчнi властивосп цементу 1ФЦ М500 з добавкою ДОР № 1 (температура 20—25 °С)
Концентра-щя ДОР №1, мас. % Нормальна густина, % Термши тужав-лення, год-хв Мщнють на стиск, МПа, у вщ, д!б
початок кшець 1 3 28
0 28,0 0-55 2-40 18,0 29,5 48,8
0,1 27,5 0-45 1-50 18,8 21,8 56,7
0,5 25,0 0-45 1-55 18,0 19,5 60,5
1,0 25,0 0-45 1-55 19,0 25,0 56,1
1,5 24,0 0-45 2-00 20,6 27,5 54,9
ДОР № 1 сприяе зб^ьшенню мщносп цементу на 1 добу на 0-14 %, спов^ьнюе тверднення в перюд 3 дiб та сприяе тдвищенню марочноi мiцностi на 12-24 %. При цьому добавка не впливае на початковi термши тужавлення, а зменшуе кiнцевi.
Таблиця 6
Фiзико-механiчнi властивосп цементу 1ФЦ М500 з добавкою ДОР № 1 (температура 6—8 °С)
Концентра-щя ДОР №1, мас. % Нормальна густина, % Термши тужав-лення, год-хв Мщнють на стиск, МПа, у вщ, д!б
початок кшець 1 3 28
0 27,0 0-25 4-40 2,0 18,8 39,4
0,1 26,5 0-20 4-45 3,0 28,3 42,8
0,5 25,5 0-20 4-40 2,6 18,5 42,0
1,0 24,5 0-25 4-35 2,1 17,8 33,9
1,5 23,5 0-20 4-30 1,8 14,6 35,8
На 1 добу тверднення добавка сприяла збшьшенню мщносп на 5-50 % при концентращях 0,1-1,0 %, на 3 добу - на 50 % при концентрацп 0,1 %, на 28 добу - на 6-8 % при концентращях 0,1-0,5 %. При оптимальнш концентрацп 0,1 мас. % ДОР № 1 пришвидшуе тверднення цементу в уа термши. На тужавлення добавка не впливае.
Загалом для цементу 1ФЦ М500 ДОР № 1 сприяе збшьшенню марочшл мщносп, а на ранне тверднення та термши тужавлення залежно вщ температурних умов впливае по-рiзномy
Вплив добавки ДОР № 1 на фiзико-механiчнi властивосп цементу 1ФЦ М400 при нормальних умовах наведено в табл. 7, а при умовах низьких температура - в табл. 8.
Таблиця 7
Фiзико-механiчнi властивосп цементу 1ФЦ М400 з добавкою ДОР № 1 (температура 20—25 °С)
Концентра-щя ДОР №1, мас. % Нормальна густина, % Термши тужав-лення, год-хв Мщнють на стиск, МПа, у вщ, д!б
початок кшець 1 3 28
0 28,0 1-35 3-00 13,3 23,5 38,3
0,1 27,5 1-15 2-40 13,6 26,8 48,2
0,5 25,0 0-45 2-10 11,2 24,5 49,4
1,0 24,5 0-25 0-55 11,0 24,3 47,9
1,5 24,5 0-20 1-20 10,3 22,5 46,7
Для даного цементу добавка сприяе зб^ьшенню мщносп на 3 добу на 14 % та збшьшенню марочно! мiцностi, залежно вiд концентрацп на 22-29 %. При оптимальнш концентрацп 0,1 % добавка прискорюе тверднення цементу в уи термiни.
Також спостержаеться прискорення тужавлення цементу по мiрi збiльшення концентрацп добавки.
Таблиця 8
Фiзико-механiчнi властивостi цементу 1ФЦ М400 з добавкою ДОР № 1 (температура 6—8 °С)
Концентра-щя ДОР №1, мас. % Нормальна густина, % Термши тужавлення, год-хв Мщшсть на стиск, МПа, у вщ1, д1б
початок кшець 1 3 28
0 29,0 1-35 3-00 2,6 20,9 36,8
0,1 28,5 1-30 3-20 6,3 28,0 38,5
0,5 28,0 1-35 3-15 4,5 19,6 35,8
1,0 27,5 2-10 3-40 3,9 14,3 34,0
1,5 27,5 2-05 4-05 1,0 5,4 32,4
Добавка сприяе зб^ьшенню мiцностi цементу на 1 добу на 50-142 % при концентращях 0,1-1,0 %. В подальшому лише при концентрацп 0,1 мас. % добавка збшьшуе мщшсть на 3 добу на 34 %, на 28 добу - на 5 %. Тому оптимальними концентращями можна вважати межi 0,1 %.
При низьких температурах добавка, навпа-ки, спов^ьнюе тужавлення цементу.
Загалом для цементу 1ФЦ М400 ДОР № 1 сприяе зб^ьшенню i ранньо!, i марочно! мщ-ностi, але ефективнiсть !! залежить вiд темпе-ратурних умов тверднення. При цьому термши тужавлення або зменшуються, або зб^ьшують-ся, i також сильно залежать вiд температурних умов.
5. 2. Дослiдження впливу добавки ДОР № 1 на швидюсть пдратацп цементу
За лиературними даними при термiчнiй об-робщ цементного каменю можуть вiдбуватися юлька процесiв: при 100-110 °С - вщбуваеться видалення порово! вологи [11]; при 150-220 °С -мiжшаровоi води з гiдросилiкатiв кальцiю типу СSН(I) i СSН(II); при 215 °С - видалення води з низькосульфатно! форми гщросульфо-алюмiнату кальщю 3СаО.Аl2Оз.СаSО4.12H2О i гелевидно! складово'!; при 325-400 °С - з гщроалюмь нату кальцiю С3ЛН6 [12]; при 330-350 °С - з еттринпту. При температурi 450-520 °С розкладаеться гiдроксид кальцiю, який утворюеться при гщратацп алiту [13]. При 700-900 °С вiдбуваеться дегiдратацiя кристалiчних гщросилжапв кальцiю [14], при 610-800 °С - декарбош-зацiя вторинного карбонату кальщю, який утворюеться при атмосфернш карбошзацп Са(ОН)2 [11].
Оскiльки температурш iнтервали розкладу про-дуктiв пдратацп цементу накладаються один на одного, то дощльно визначати втрату маси в певних штервалах. За втратами маси в iнтервалi 110-250 °С можна судити про юльюсть утворено! гелевидно! фази, яка складаеться з гщроалюмоферритного гелю та коло!дних гелевидних гiдросилiкатiв. За втратами в iнтервалi 110-550 °С можна судити про юлькють утворених продуктiв пдратацп - гщросилжапв, гщ-
роалюмiнатiв, гщросульфоалюмшапв i гiдроксиду кальцiю, та опосередковано про швидкють гiдратацii. Втрати в iнтервалi 550-1000 °С дозволяють судити про юлькють утворених кристалiчних гщросилжапв.
Результати дослiдження втрати маси в штервалах температур 110-250 та 110-550 °С гщратованим цементом МЦ М500 наведеш в табл. 9.
Юлькють зв'язано! води, яка видаляеться в штер-валi 110-250 °С та 110-550 °С мае тенденщю знижува-тися по мiрi зб^ьшення концентрацii ДОР № 1.
Результати дослщження втрати маси в штервалах температур 110-250 та 110-550 °С гщратованим цементом МЦ М400 наведеш в табл. 10.
Юлькють зв'язано! води, яка видаляеться в штер-валi 110-250 °С, зб^ьшуеться по мiрi збiльшення концентрацп добавки. Причому в першi 3 доби найб^ь-шою часткою зв'язано! води характеризуеться цемент з 0,5 мас. % ДОР № 1. Надалi залежшсть набувае ль нiйного характеру. Подiбна лiнiйна залежнiсть спосте-рпаеться i при видаленнi води в iнтервалi 110-550 °С.
Таблиця 10
Результати дослщження втрати маси в штерва-лi температур 550-1000 °С гiдратованими цементами МЦ М500 та МЦ М400 наведеш в табл. 11.
В 1 добу тверднення цементу МЦ М500 частка кристалiзацiйноi води зб^ьшуеться по мiрi зб^ь-шення концентрацii ДОР №1. В перюд до 7 дiб юлькють кристалiзацiйноi води для всiх зразюв приблизно однакова. Надалi частка кристалiзацiй-но! води зменшуеться зi зб^ьшенням концентрацii ДОР № 1.
При твердненнi цементу МЦ М400 можна спосте-рiгати прискорене утворення кристалiзацiйноi води в перюд 3-7 дiб, а в перюд 14-28 дiб, навпаки, кiлькiсть води в гщратованих зразках приблизно рiвна.
Результати дослiдження втрати маси в штервалах температур 110-250 та 110-550 °С пдратованим цементом 1ФЦ М500 наведеш в табл. 12.
Таблиця 9
Кшетика зв'язування води при твердненш цементу МЦ М500
Концен-тращя ДОР № 1, мас. % Втрата маси цементу в штерваш температур 110-250 °С, %, у вод, д1б Втрата маси цементу в штер-вал1 температур 110-550 °С, %, у вод, д1б
1 3 7 14 28 1 3 7 14 28
0,0 3,57 5,46 7,27 7,35 7,90 7,53 10,25 11,61 12,54 13,71
0,1 3,57 5,47 6,08 7,33 7,46 7,74 10,45 11,37 12,58 13,69
0,5 2,97 4,92 6,58 7,55 7,96 6,73 10,07 10,75 12,71 13,10
1,0 2,37 4,27 6,15 7,09 7,60 5,52 7,94 10,72 11,82 12,69
1,5 2,12 4,46 6,45 6,94 7,53 5,01 7,94 10,04 11,85 12,24
Кшетика зв'язування води при твердненш цементу МЦ М400
Концен-тращя ДОР № 1, мас. % Втрата маси цементу в штервал1 температур 110-250 °С, %, у вод, д1б Втрата маси цементу в ¡нтер-вал1 температур 110-550 °С, %, у вод, д1б
1 3 7 14 28 1 3 7 14 28
0,0 2,07 2,54 4,24 4,98 6,51 4,84 5,71 7,45 8,41 9,42
0,1 2,12 3,29 5,51 6,51 7,59 4,81 5,88 7,87 9,28 10,54
0,5 3,19 4,89 6,42 7,58 7,73 6,18 7,78 9,09 10,72 10,58
1,0 2,74 3,74 6,75 7,82 8,51 6,66 6,63 9,53 10,46 11,44
1,5 2,99 4,05 6,75 7,23 8,99 6,65 6,85 9,14 10,24 11,43
Таблиця 11
Кшетика утворення крист^зацшно'| води при твердненш цементiв МЦ М500 та МЦ М400
Концен-трацiя ДОР № 1, мас. % Втрата маси цементу мЦ М500 в ¡нтерваш температур 550-1000 °С, %, у вщ, д!б Втрата маси цементу мЦ М400 в ¡нтерваш температур 550-1000 °С, %, у вщ, даб
1 3 7 14 28 1 3 7 14 28
0,0 2,48 4,23 4,49 5,19 6,12 2,27 2,26 3,99 5,09 5,31
0,1 2,98 4,36 4,39 4,06 5,16 2,41 3,09 5,21 5,36 5,52
0,5 2,77 4,44 4,65 4,87 5,54 2,19 3,29 5,14 5,26 5,31
1,0 3,34 4,07 4,63 4,93 5,47 2,16 3,27 5,53 5,79 5,98
1,5 3,72 4,53 4,87 5,06 5,58 2,22 3,57 5,46 5,62 5,82
Таблиця 12 Кшетика зв'язування води при твердненш цементу 1ФЦ М500
Частка зв'язаноi води б^ьш iнтенсивно зростае в перюд 14-28 дiб у цеменпв з добавкою ДОР № 1. В перюд 1-14 дiб юльюсть води змiнюеться по-рiзному.
Результати дослвдження втрати маси в iнтервалах температур 110-250 та 110-550 °С пдратованим цементом 1ФЦ М400 наведен в табл. 13.
Таблиця 13 Кшетика зв'язування води при твердненш цементу 1ФЦ М400
В ранш термши тверднення по Mipi зб^ьшення концентрацп добавки кiлькiсть зв'язаноï води менша, нiж в контрольному цементь К 3 дiб частка води у Bcix зразках приблизно рiвна, а, починаючи з 7 дiб, юль-
кiсть зв'язаноï води в цементах з ДОР № 1 зб^ьшуеть-ся по мiрi зб^ьшення концентрацп добавки.
Результати дослiдження втрати маси в штерва-лi температур 550-1000 oC гiдратованими цементами 1ФЦ М500 та 1ФЦ М400 наведенi в табл. 14.
При твердненш цементу 1ФЦ М500 спостерiгаеться зб^ьшення кiлькостi кристалiзацiйноï води по мiрi збiльшення концентрацп добавки. Дана залежшсть зберiгаеться в усi термiни тверднення.
Таблиця 14
Кшетика утворення крист^зацшно'| води при твердненш цеменлв 1ФЦ М500 та 1ФЦ М400
Концен-тращя ДОР № 1, мас. % Втрата маси цементу 1ФЦ М500 в штервал1 температур 550-1000 °С, %, у вщ1, д!б Втрата маси цементу 1ФЦ М400 в штервал1 температур 550-1000 °С, %, у вщ1, д1б
1 3 7 14 28 1 3 7 14 28
0,0 0,99 2,27 3,13 4,08 4,28 2,21 2,39 3,11 3,68 4,39
0,1 1,17 2,79 3,69 4,22 4,66 1,98 3,01 3,90 4,59 5,70
0,5 1,54 2,84 4,26 4,90 4,92 1,86 3,54 4,25 4,68 5,71
1,0 1,93 3,31 4,85 5,02 5,57 1,68 3,83 4,83 5,16 5,62
1,5 1,79 3,58 3,91 5,48 5,91 1,47 4,28 5,26 5,63 6,48
При твердненш 1ФЦ М400 на 1 добу утворення кристалiзацiйноï води спов^ьнюеться у цементiв з добавкою. Надалi прослiдковуеться залежнiсть: по мiрi збшьшення концентрацп ДОР № 1 збшьшуеться частка кристалiзацiйноï води.
6. Обговорення результаив дослщження впливу добавки ДОР № 1 на властивосп цеменив та мехашзм гiдратацiï
Загалом виявлено, що добавка ДОР № 1 приско-рюе тужавлення i тверднення цементу, але проявляе вибiркову ефектившсть, яка залежить вiд концентрацп добавки, типу цементу та температурних умов.
За нормальних температур добавка не вплинула на тверднення цементу МЦ М500, але прискори-ла тверднення МЦ М400 на 1-3 добу. Тверднення 1ФЦ М500 в б^ьшш мiрi прискорилося в перюд тсля 14 дiб i при цьому збiльшилася марочна мщшсть, а тверднення 1ФЦ М400 прискорилося в у« термiни тверднення.
За низьких температур ДОР № 1 сприяла зб^ь-шенню марочноï мщносп цементу МЦ М500 та при-скорила тверднення МЦ М400 в перюд 3-28 дiб. Та-кож добавка сприяла зб^ьшенню мiцностi цеменпв 1ФЦ М500 та М400 в уа термiни.
Зменшення мiцностi МЦ М500 при зб^ьшенш концентрацiï ДОР № 1 можна пояснити загалом спо-в^ьненням реакцiï гiдратацiï (зменшення втрат маси в iнтервалi 110-550 oC) та зокрема сповiльненням утворення гелевидноï фази (зменшення втрат маси в iнтервалi 110-250 oC) i кристалiчних гiдросилiкатiв (зменшення втрат маси в iнтервалi 550-1000 oC).
Результати дослщження кiнетики втрати маси цементом МЦ М400 показують, що зб^ьшення концен-
Концен-тращя ДОР № 1, мас. % Втрата маси цементу в штервал1 температур 110-250 °С, %, у вщ, д!б Втрата маси цементу в iнтервалi температур 110-550 °С, %, у вщ, д!б
1 3 7 14 28 1 3 7 14 28
0,0 3,20 4,84 6,39 6,36 7,61 6,49 9,08 9,64 10,44 12,00
0,1 3,79 3,89 6,67 7,48 8,33 6,13 8,07 10,77 11,50 12,89
0,5 3,82 3,72 6,83 7,80 8,66 6,36 7,63 10,79 12,30 13,45
1,0 3,96 4,07 6,80 8,01 9,12 7,74 7,47 10,34 11,58 13,27
1,5 4,47 4,65 5,69 8,27 9,45 7,04 7,26 10,57 11,65 13,58
Концен-тращя ДОР № 1, мас. % Втрата маси цементу в iнтервалi температур 110-250 °С, %, у вщ, д!б Втрата маси цементу в iнтервалi температур 550-1000 °С, %, у вщ, д!б
1 3 7 14 28 1 3 7 14 28
0,0 4,04 4,31 5,09 7,36 7,95 7,40 8,71 9,10 12,24 12,12
0,1 3,76 4,23 6,93 8,80 8,93 7,33 8,28 11,12 13,30 13,79
0,5 3,79 4,43 7,90 9,16 9,95 6,47 8,96 12,15 13,84 14,92
1,0 3,27 4,91 7,98 9,06 9,82 5,66 8,15 11,72 13,24 14,43
1,5 3,44 4,38 8,09 9,51 9,72 5,75 7,36 11,31 13,58 14,51
трацп добавки призводить до прискорення пдратацп та утворення гелевидно! фази в yci термши тверднення. Однак, прискорене утворення кристалiчних гщро-силжапв спостерпаеться лише на 3-7 дiб, що вщповь дае результатам дослщження мщность В подальшому швидкiсть утворення кристалiчних гiдросилiкатiв ви-рiвнюеться, тому марочна мщшсть цеменпв приблиз-но однакова.
При твердненш 1ФЦ М500 на 1 добу спостерь гаеться пришвидшене утворення гелевидно! фази для зразюв цементу з 1,0-1,5 %, в подальшi термiни тверднення збiльшення концентрацп ДОР № 1 сприяе зб^ьшенню частки гелево! фази. При цьому в у« термiни тверднення добавка прискорюе утворення кристалiчних гiдросилiкатiв, чим пояснюеться зб^ь-шення мiцностi цеменпв при збiльшеннi концентрацп ДОР № 1.
При твердненш 1ФЦ М400 на 1 добу спостержа-еться спов^ьнення гiдратацiï цементу загалом, спо-вiльнення утворення гелю та кристалiчних гщроси-лiкатiв по мiрi збiльшення концентрацп добавки. На 3 добу швидюсть цих процесiв вирiвнюеться, а в перiод 7-28 дiб ДОР № 1 пришвидшуе гщратащю цементу та утворення гелевидних i кристалiчних фаз, чим i пояснюеться вища марочна мiцнiсть цеменпв з добавкою.
Отже, з наведених даних можна припустити, що добавка ДОР № 1 пщвищуе розчиншсть клшкерних складових, за рахунок чого при гщратацп прискорю-еться утворення гщратних фаз та !х юльюсть, зокре-ма прискорюеться утворення гелю та зб^ьшуеться його кiлькiсть, а завдяки зб^ьшенню розчинностi
мiнералiв скорше досягаеться пересичення порового розчину юнами кальцiю та швидше вiдбyваеться ви-кристалiзацiя кристалiчних гiдросилiкатiв.
7. Висновки
Результати дослщження впливу добавки ДОР № 1 на фiзико-механiчнi властивост цеменпв показали, що добавка залежно вщ концентрацiï, типу цементу та температурних умов ефективно прискорюе тужав-лення i тверднення цеменив як в ранш, так i пiзнi термши.
Такий вплив добавки полягае в тому, що ДОР № 1 зб^ьшуе розчиншсть клшкерних складових та прискорюе утворення колощних та кристалiчних продук-пв гiдратацiï.
Згщно вище приведених резyльтатiв дослiдження можна сформулювати настyпнi висновки:
1. Добавка ДОР №1 е прискорювачем тужавлен-ня i тверднення цементу в умовах нормальних або низьких температур, однак ïï вплив на фiзико-хiмiч-нi процеси тверднення цементу та ефектившсть дiï залежать вщ концентрацiï, типу цементу та темпера-турних умов.
2. Мехашзм дп добавки ДОР № 1 полягае у при-скоренш реакцiï гiдратацiï за рахунок зб^ьшення розчинностi клiнкерних складових, що призводить до пришвидшеного утворення юшв кальцiю, пересичення порового розчину та кристалiзацiï гiдросилiкатiв кальщю.
Лиература
1. ДСТУ Б В.2.7-171:2008 (EN 934-2:2001, NEQ) «Буд1вельн1 матер1али. Добавки для бетошв i буд1вельних розчишв. За-гальш технiчнi умови» [Текст]. - Кшв Мiнрегiонбуд Украши, 2010. - 93 с.
2. Scanlon J. M. Accelerating admixtures for cold weathering concreting [Electronic resource] / J. M. Scanlon, R. J. Ryan. -Available at: http://www.concreteconstruction.net/Images/Accelerating%20Admixtures%20for%20Cold%20Weather%20 Concreting_tcm45-343729.pdf
3. Karagol F. The influence of calcium nitrate as antifreeze admixture on the compressive strength of concrete exposed to low temperatures [Text] / F. Karagol, R. Demirboga, M. A. Kaygusuz, M. M. Yadollahi, R. Polat // Cold region science and technology. -2013. - Vol. 89. - P. 30-35. doi: 10.1016/j.coldregions.2013.02.001
4. Sanberg, P. J. On the mechanism of strength enhancement of cement paste and mortar with triisopropanolamine [Text] / P. J. Sanberg, F. Doncaster // Cement and concrete research. - 2004. - Vol. 34, Issue 6. - P. 973-976. doi: 10.1016/j.cemcon-res.2003.11.018
5. Chikh, N. Effect of calcium nitrate and triisopropanolamine on the setting and strength evolution of Portland cement paste [Text] / N. Chikh, M. Cheikh-Zouaoui, S. Aggoun, R. Duval // Materials and structure. - 2008. - Vol. 41, Issue 1. - P. 31-36. doi: 10.1617/s11527-006-9215-8
6. Шевченко, В. А. Добавка-ускоритель твердения для бетонов на основе отходов промышленности [Текст] / В. А. Шевченко, В. П. Киселев, Л. Н. Панасенко, Л. А. Иванова, Г. В. Василовская // Известия КГАСУ. - 2013. - № 2 (24). -С. 287-294.
7. Флейшер, Г. Ю. Вплив азотовм^них сполук на процес помелу та фiзико-механiчнi властивост цемешчв [Текст] / Г. Ю. Флейшер, В. Ю. Сокольцов, В. В. Токарчук, В. А. Свщерський // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2014. - Т. 5, 10(71). - С. 26-29. doi: 10.15587/1729-4061.2014.27704
8. Свщерський, В. А. UA 91226 U, МПК С04В 24/06 (2006.1), С04В 24/12 (2006.1). Хiмiчна добавка для модифшащ! вла-стивостей цементу та бетону [Текст] / В. А. Свщерський, В. В. Токарчук, О. I. Василькевич, В. Ю. Сокольцов, Г. Ю. Флейшер. - Дата подання заявки: 29.01.2014. - Номер заявки: u201400810.
9. Бутт, Ю. М. Практикум по технологии вяжущих веществ и изделий из них [Текст] / Ю. М. Бутт. - М.: Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1953. - 471 с.
10. Fagerlund, G. Chemically bound water as measure of degree of hydration. Method and potential errors. Report TVBM-3150 [Electronic resource] / G. Fagerlund. - Available at: https://lup.lub.lu.se/luur/download?func=downloadFile&recor-d0Id=1494852&file0Id=1580156
11. Musa, N. M. Thermal analysis of cement past partially replaced with neem seed husk ash [Text] / N. M. Musa // International Journal of Scientific & Engineering Research. - 2014. - Vol. 5, Issue 1. - P. 1101-1105.
12. Nithya, R. A thermal analysis study on blended ternary cement paste [Text] / R. Nithya, S. Barathan, D. Govindarajan, K. Raghu, N. Anadhan // International Journal of Chemistry. - 2010. - Vol. 2, Issue 1. - P. 121-127. doi: 10.5539/ijc.v2n1p121
13. Pane, I. Investigation of blended cement hydration by isothermal calorimetry and thermal analysis [Text] / I. Pane, W. Hansen // Cement and Concrete Research. - 2005. - Vol. 35, Issue 6. - P. 1155-1164. doi: 10.1016/j.cemconres.2004.10.027
14. Серенко, А. Ф. Влияние условий твердения на формирование структуры цементного камня с наполнителем из золы-уноса Хабаровской ТЭЦ [Электронный ресурс] / А. Ф. Серенко. - Режим доступа: https://www.allbeton.ru/wiki/Влияния_усло-вий_твердения_на_формирование_микроструктуры_цементного_камня_с_наполнителем_из_золы-уноса_хабаровской... (серенко)
Отримання експериментальних даних по кон-денсаци бензинових napie в ежекцшному тепло-обмтнику пов'язано з пожежовибухонебезпекою. Запропоновано теоретичний nidxid на основi мате-матичного моделювання, який дозволив розроби-ти рекомендащг по проектуванню теплообмшника. Встановлено, що довжину апарату дощльно прий-мати не бЫьше 1.5 м, а видношення масових витрат холодоноЫя i пароповтряног сумiшi мае бути не менше 5:1
Ключовi слова: ежекцшний апарат, уловлюван-ня легких фракцш, дифузiя, математична модель, piвняння мaсовiддaчi
Получение экспериментальных данных по конденсации бензиновых паров в эжекционном теплообменнике сопряжено с пожаровзрывоопасностью. Предложен теоретический подход на основе математического моделирования, который позволил разработать рекомендации по проектированию теплообменника. Установлено, что длину аппарата целесообразно принимать не более 1.5 м, а соотношение массовых расходов хладоносителя и паровоздушной смеси должно быть не менее 5:1
Ключевые слова: эжекционный аппарат, улавливание легких фракций, диффузия, математическая
модель, уравнение массоотдачи
-□ □-
УДК 621.6.05 : 621.311.22.002.52
|POI: 10.15587/1729-4061.2015.482011
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЖЕКЦИОННОГО КОНДЕНСАТОРА БЕНЗИНОВЫХ ПАРОВ ИЗ ПАРОГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
М. М. Кологривов
Кандидат технических наук, доцент* E-mail: [email protected] В. П. Бузовский
Ассистент* E-mail: [email protected] *Кафедра теплоэнергетики и трубопроводного транспорта энергоносителей Одесская национальная академия пищевых технологий ул. Канатная, 112, г. Одесса, Украина, 65000
1. Введение
Рассматривается работа эжекционного аппарата с горизонтальным факелом рабочего потока. Такой аппарат предлагается использовать для конденсации паров углеводородов из паровоздушной смеси (ПВС) на каплях хладоносителя - водного солевого раствора [1]. Предлагаемый аппарат обладает рядом преимуществ перед аналогичными контактными аппаратами [2-4]. Основное из преимуществ - высокая пожаро-взрывобезопасность при работе с парами углеводородов. Конденсация пара из паровоздушной смеси привлекает внимание ввиду большой площади поверхности контакта фаз и увеличения интенсивности процессов тепло- и массообмена за счет
уменьшения термического и диффузионного сопротивлений.
Гидродинамическая картина в рассматриваемом аппарате и картина процессов тепло- и массообмена представляется сложной. Наблюдается движущаяся переменная поверхность контакта фаз. Одновременно из паровоздушной смеси конденсируются пары нескольких углеводородов и водяные пары в присутствии неконденсирующегося воздуха. Образуются жидкости, которые не смешиваются. Парциальное давление паров у поверхности жидкости и температура конденсации уменьшаются по ходу рабочих потоков. На рассматриваемые процессы также влияют: - переменная кривизна поверхности контакта; изменение теплофизических свойств веществ;
