ВСЕ О ПЕНОБЕТОНЕ

Интенсификация помола цемента при использовании гидрофобизирующих добавок

Цементный клинкер - это поликристаллическое упругое твердое тело, со­стоящее из 75-82% минералов силикатов и 18-25 % минералов-плавней. Эти минералы имеют различную хрупкость и, следовательно, размалываемость.

Процесс размола клинкера и получение в результате цемента можно раз­делить на три этапа.

На первом этапе работа измельчения до удельной поверхности 1200­1500 см2/г пропорциональна вновь получаемой поверхности измельчаемого материала. Клинкер разрушается по слабым местам, дефектам структуры.

На втором этапе, характеризуемом приростом удельной поверхности от 1200-1500 до 2300-2700 см2/г, сопротивляемость размолу увеличивается. Размолоспособность клинкера на этом этапе зависит от его микроструктуры: размеров, формы, характера срастания кристаллов, количественного содержа­ния стеклофазы и т. д.

На третьем этапе линейная зависимость между энергозатратами на помол и приростом удельной поверхности смалываемого тела нарушается. Прирост удельной поверхности свыше 2700 см2/г становится достижим только путем противодействия явлениям налипания и агрегатирования, лавинообразно раз­вивающимися при столь тонком помоле.

При таком тонком измельчении клинкера мельчайшие частички размоло­того цемента довольно прочным слоем налипают на мелющие тела и внутрен­ние поверхности мельниц, а также агрегатируют друг с другом с образованием комочков, чешуек и пластинок. Эти условия настолько резко ухудшают усло­вия помола клинкера, что дальнейшее измельчение становится просто эконо­мически нецелесообразным.

Существовавшая в 50-60-х годах практика домола цемента на местах с ис­пользованием вибрационных и шаровых мельниц именно потому и не прижи­лась, что энергозатратность такого дополнительно измельчения цемента пре­вышала потенциальную выгоду от использования высокомарочных цементов. Существенную помощь в технологии домола на местах рядовых цементов спо­собны оказать интенсификаторы помола. И в первую очередь - гидрофобизи - рующие добавки.

Полезное действие гидрофобизирующих (равно как и пластифицирую­щих и гидрофобно-пластифицирующих ПАВ) проявляется прежде всего при помоле цемента. Как известно, с увеличением дисперсности цемента возрастает его активность, что дает возможность уменьшить удельный расход цемента при изготовлении бетонов заданной прочности. Кроме того, интенсификация помола способствует экономии электроэнергии и повышению производительности обо­рудования. Одновременно снижается износ металла мелющих тел и сокращаются цеховые расходы. В связи с этим использование добавок, интенсифицирующих помол цементного клинкера, имеет большое практическое значение.

Имеющийся опыт показывает, что применение добавок ПАВ позволяет либо увеличить производительность мельниц, либо повысить дисперсность цемента при обычной производительности мелющего оборудования. Причем в ряду известных добавок, иптеисификаторов помола (триэтаноламин, этнлен - глпколь и др.), гндрофобизирующие и гидрофобно-пластифицирующие отли­чаются не меньшей, а иногда большей эффективностью.

Интенсификация помола цемента в присутствии ПАВ вызывается сово­купностью ряда причин, из которых необходимо отметить главные: предотвра­щение агрегирования мелких частиц, увеличение насыпной массы размалыва­емого продукта, а также адсорбционное понижение твердости мелющихся про­дуктов (эффект П. А. Ребиндера).

Многолетними исследованиями установлено, что измельчение продуктов в мельницах (и в первую очередь в шаровых и вибромельницах) неизбежно со­провождается противоположным по своему характеру процессом агрегирова­ния мелких частиц. Под микроскопом отчетливо различимы скопления частиц, тесно слипшихся одна с другой. Такие мелкие комочки принято называть фло­кулами.

Чем мельче становится продукт в работающей мельнице, тем больше полу­чается флокул. Происходит также образование наслоений - подушек из слип­шихся частиц на мелющих шарах и стенках мельницы. При этом возникают непроизводительные, холостые удары шаров, что снижает эффективность про­цесса помола и увеличивает его энергоемкость. Вместе с тем усиливается ра­бота трения; часть механической энергии, затрачиваемой на помол, переходит в тепловую, что вызывает повышение температуры размалываемого цемента. В целом производительность мельницы снижается.

Существует популярное у бетонщиков выражение: агрегирование - злей­ший враг процесса помола. К тому же флокулы, находясь в готовом цементе, не разрушаются под действием воды затворения, а поэтому ухудшают равномер­ность распределения цемента и полноту его использования в бетоне.

Предложены две гипотезы для объяснения причин агрегирования диспер­гируемых твердых частиц и их налипания на другие тела: контактная электри­зация и различие в проявлении молекулярных сил на поверхности и в глубине продуктов помола. Не объясняя исчерпывающе полно сути явления агрегиро­вания, обе эти гипотезы, тем не менее, рекомендуют одинаковый способ ней­трализации проблемы - адсорбция и/или хемсорбция тонких (мономолеку­лярных или сходных по толщине) слоев ПАВ на плоскостях, обнажающихся на мелимых веществах.

Увеличение насыпной массы размалываемого цемента под действием ПАВ позволяет также существенно повысить производительность мельниц и за счет увеличения массы находящегося в мельнице мелющегося материала.

При помоле цемента с добавками ПАВ физико-химические свойства поверх­ности его частиц изменяются таким образом, что уменьшается адгезия между от­дельными частицами, и гидрофобизированный цемент укладывается плотнее, чем обычный, иначе говоря, мельница вмещает большее количество продукта. Этот фактор способствует интенсификации помола - повышению выхода раз­молотого цемента при данном соотношении массы мелющих тел и объема мате­риала в мельнице и не меняющемся расходе электроэнергии. Следовательно, на определенных стадиях процессов диспергирования цемента полезное действие ПАВ может сказаться не только в дефлокулирующем их действии (см. выше), но и в увеличении насыпной массы продукта, находящегося в мельнице.

Молекулы ПАВ, попадая в микротрещины мелимого тела при его дис­пергировании, оказывают расклинивающее действие, тем самым способствуя повышению эффективности помола. Адсорбирующиеся молекулы или ионы проникают из окружающей среды на значительную глубину в деформируемую зону твердого тела по многочисленным микрощелям, появляющимся в процес­се деформации. Чем выше напряжения, возникающие в твердом теле при его деформации, тем сильнее будет эффект адсорбционного понижения твердости.

В работах основоположника мировой школы адсорбционного понижения твердости под влиянием ПАВ, академика П. А. Ребиндера и его школы, отме­чается, что адсорбционные прослойки оказывают активное раздвигающее дей­ствие во всех наиболее узких участках клиновидных щелей, куда только эти прослойки мономолекулярных размерностей могут проникать. После снятия внешних усилий происходит затруднение или, во всяком случае, замедление смывания зародышевых участков микрощелей под влиянием адсорбционных слоев. Усилению эффекта понижения твердости тел способствует наибольшая разность полярностей на поверхности раздела, обусловленная полярным стро­ением молекул ПАВ.

Благоприятное влияние добавок ПАВ на помол цемента объясняется тре­мя приведенными выше факторами. Трудно установить, какой из них является преобладающим. Несомненным остается одно - в зависимости от выбора вида ПАВ и его дозировки удается существенно повысить эффективность помола.

В этом плане добавка в мельницу в процессе помола такого распространен­ного и дешевого отхода нефтехимической промышленности, как синтетические жирные кислоты (СЖК) либо их кубовых остатков (КОСЖК), наиболее оправ­данно как с технической, так и с экономической точки зрения.

Менее предпочтительными являются добавки других гидрофобизирую - щих добавок - природных жирных кислот и нафтеновых кислот. Прежде всего из-за их сравнительно большей стоимости по сравнению с СЖК и КОСЖК.

Сравнительный анализ различных добавок интенсификаторов помола, традиционно применяющихся в цементной промышленности, показывает, что в ряду различных интенсификаторов помола на первом месте стоят гидрофоб­ные добавки (см. таблицу 7.7-1).