- •И.А. Ивлева, н.П. Бушуева,
- •Содержание
- •Введение
- •График выполнения лабораторных работ
- •Лабораторная работа № 1 Методы определения плотности и дисперсности материалов
- •Основные понятия
- •Диапазон крупности (мкм) для некоторых методов анализа
- •Методики проведения работ. Ситовой анализ
- •Порядок работы
- •Обработка результатов экспериментов
- •Задание к работе
- •Определение величины удельной поверхности
- •Порядок работы
- •Перечень материалов и величины навесок для определения удельной поверхности на приборе псх-2
- •Обработка результатов экспериментов
- •Задание к работе
- •Определение истинной плотности образцов
- •Результаты взвешиваний и расчетов истинной плотности кварцитов
- •Определение средней плотности
- •Определение средней плотности зернистых заполнителей
- •Определение средней плотности с помощью объемомера
- •Определение кажущейся плотности образцов
- •Определение насыпной плотности образцов
- •Задания к работе:
- •Лабораторная работа № 2 Исследование свойств теплоизоляционных материалов и изделий
- •Основные понятия
- •Пористость теплоизоляционных материалов
- •Марки теплоизоляционного материала по жесткости
- •Интервалы температурного применения теплоизоляционных материалов
- •Методика проведения работы Определение пористости
- •Определение размера пор и их процентного содержания
- •Порядок определения размера пор (минерала)
- •Подсчет пор с помощью окулярной сетки
- •Порядок определения размера пор (минерала)
- •Запись результатов подсчета пор (минералов)
- •Лабораторная работа № 3 Синтез пеностекла и исследование его свойств
- •Основные понятия
- •1. Биостойкость
- •2. Морозостойкость
- •3. Теплопроводность
- •4. Плотность
- •Теплопроводность современных теплоизоляционных материалов
- •5. Огнестойкость
- •Горючесть основных теплоизоляционных материалов
- •6. Прочность
- •7. Водопоглощение
- •Методы получения пеностекла
- •2. Вспенивание.
- •3. Процесс отжига пеностекла.
- •Методика проведения работы Синтез пеностекла и исследование его свойств
- •Концентрации газообразователей для синтеза пеностекла
- •Ф о р м а 1. Поровая структура и свойства пеностекла
- •Лабораторная работа № 4 Исследования свойств керамзитового гравия
- •Основные понятия
- •Методика проведения работы Определение зернового состава керамзитового гравия
- •Объем мерного сосуда в зависимости от крупности заполнителя
- •Определение прочности керамзита при сдавливании в цилиндре
- •Свойства керамзитового гравия
- •Лабораторная работа № 5 Подготовка керамических масс и изготовление образцов для испытания
- •Основные понятия
- •Методы формования изделий
- •Методика проведения работы Подготовка и формование пресс-порошка
- •Приготовление пластичной массы и формование образцов
- •Приготовление и литье шликера
- •Содержание твердого сухого вещества и влаги в глинистом шликере в зависимости от его плотности (при плотности твердого вещества 2,6 г/м3)
- •Лабораторная работа № 6 Получение и исследование свойств α-СаSo4.0,5h2o кипячением в растворах солей
- •Основные понятия
- •Методика проведения работы Получение гипсового вяжущего варкой в жидких средах
- •Температура кипения водных растворов солей и оснований
- •Определение сроков схватывания гипсового теста стандартной консистенции (нормальной густоты)
- •Определение прочностных характеристик гипса
- •Определение содержания гидратной воды
- •Определение водопоглощения
- •Определение содержания нерастворимого остатка
- •Определение удельной поверхности
- •Лабораторная работа № 7 Приготовление и исследование свойств портландцементного сырьевого шлама
- •Основные понятия
- •Расчет состава цементной сырьевой смеси и ее приготовление для получения сырьевого шлама
- •Характеристика сырьевых компонентов различных цементных заводов (мас. %)
- •Определение влажности шлама
- •Определение текучести шлама
- •Определение тонкости помола шлама
- •Лабораторная работа № 8 Определение нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста
- •Основные понятия
- •Сроки схватывания гидравлических вяжущих веществ
- •Методика проведения работы Определение нормальной густоты цементного теста и сроков схватывания
- •Лабораторная работа № 9 Анализ строительной извести.
- •Основные понятия
- •Классификация извести по сортности
- •Методика проведения работы Приготовление извести
- •Определение содержания активных CaO и MgO в извести
- •Определение скорости и температуры гашения извести
- •Результаты проведенных исследований
- •Лабораторная работа № 10 Определение вязкости стекла по методу растяжения стеклянного образца
- •Основные понятия
- •Метод падающего шара (метод Стокса)
- •Метод вращающегося цилиндра
- •Метод растяжения стеклянного образца
- •Описание установки
- •Методика проведения работы
- •Значения цены деления шкалы окуляра в плоскости объекта
- •Результаты опыта и расчетов
- •Лабораторная работа № 11 Определение термической стойкости стекла и ситаллов
- •Основные понятия
- •Термостойкость стекол и ситаллов
- •Методика проведения работы
- •Лабораторная работа № 12 Химическая устойчивость стекол
- •Основные понятия
- •Меры повышения химической стойкости
- •Методика проведения работы Определение химической устойчивости стекол методом порошка
- •Метод Института стекла
- •Результаты определения химической устойчивости
- •Классификация стекол по гидролитическому классу
- •Б иблиографический список
- •Ивлева Ирина Анатольевна
Лабораторная работа № 7 Приготовление и исследование свойств портландцементного сырьевого шлама
Цель работы: используя данные расчета компонентного состава сырьевой смеси, приготовить сырьевую смесь, обеспечивающую получение клинкера с заданными характеристиками; освоить методику определения влажности шлама; определение частных остатков на контрольных ситах № 02 и № 008 для приготовления сырьевой смеси; исследовать влияние пластифицирующих реагентов на текучесть шлама.
Основные понятия
Портландцементным клинкером называется кусковой продукт, образующийся в результате обжига до спекания (при максимальной температуре = 1450°С) тонкоизмельчённой и тщательно гомогенизированной сырьевой смеси, состоящей из известняка (или мела) и глины, взятых в соотношениях, которое обеспечивает в клинкере преобладание высокоосновных силикатов кальция. Обычно соотношение известняка (мела) и глины в сырьевой смеси составляет по массе примерно от 75:25 до 80:20. Известняк или мел являются для клинкера источником СаО2 , а глина – источником SiO2, Аl2О3 и Fe2О3.
Клинкер является полуфабрикатом. Для получения из него портландцемента клинкер размалывается в тонкий порошок совместно с добавкой гипса.
Портландцементный клинкер содержит четыре основных оксида: СаО (63-67%); SiO2 (20-25%); Аl2О3 (4-8%); Fе2О3 (2-6%). Эти оксиды образуют четыре главных минерала клинкера: 3CaO-SiO2 (С3S) – трехкальциевый силикат (алит); 2CaO-SiO2 (C2S) – двухкальциевый силикат (белит); ЗСаО-Аl2О3 (С3А) – трехкальциевый алюминат и 4СаО-А12О3-Fе2О3 (С4АF) – четырехкальциевый алюмоферрит. Их содержание в клинкере обычного портландцемента находится в следующих пределах: С3S – 40-65%; C2S – 15-40%; С3А – 3-15%; C4AF – 10-20%.
Состав портландцементного клинкера и сырьевой смеси для его изготовления характеризуется модулями, к которым относятся: коэффициент насыщения (КН), силикатный (n), глиноземистый (p) и гидравлический (m) модули. Их значения характеризуют соотношение в клинкере главных оксидов (СаО, SiO2; Аl2О3 и Fе2О3 ) и, кроме того, делят определенную характеристику его минералогического состава. Значения модулей определяются следующими выражениями (для КН приводится принятая для расчёта сырьевой смеси упрощённая формула):
; (1)
; (2)
; (3)
; (4)
где CaO, Al2O3 и Fe2O3 – содержание оксидов, %.
Следует отметить, что при использовании КН для характеристики состава клинкера отпадает необходимость применения гидравлического модуля, поэтому в н. в. расчёт состава сырьевой смеси обычно ведётся по значениям КН, n и p.
Если состав основных сырьевых материалов (известняка, глины) не обеспечивает нужного соотношения в клинкере оксидов, то в сырьевые смеси вводятся корректирующие добавки, повышающие или понижающие значения того или иного модуля. В качестве кремнеземистых корректирующих добавок используются богатые SiO2 материалы - трепел, глина с высоким содержанием SiO2, песок и т.д., в качестве железистых добавок - колчеданные огарки, колошниковую пыль, железную руду и т.д. в качестве глиноземистых добавок - глины с высоким содержанием Al2O3, бокситы и т.д.
Клинкерные минералы не равноценны по своим свойствам. Наиболее важным и ценным минералом является С3S, который быстро твердеет и уже в ранние сроки твердения образует цементный камень высокой прочности. Поскольку современные методы строительства требуют применения цементов с высокой прочностью и ее быстрым нарастанием во времени, в обычных портландцементных смесях стремятся повысить содержание С3S, что связано с необходимостью повышения в них СаО, однако это должно сопровождаться одним непременным условием. Известь должна быть связана с другими оксидами в клинкерные минералы и не должна присутствовать в клинкере в значительных (>1-2%) количествах в свободном состоянии. Если содержание СаОсв. в портландцементе >2%, то может обнаружиться нежелательное явление, которое называется неравномерностью изменения объема.
Сущность этого явления заключается в следующем. Гашение извести, т. е. взаимодействие СаО с Н2О с образованием Са(ОН)2 сопровождается значительным увеличением объема твердой фазы в 2-3,5 раза. В печах для обжига клинкера свободная известь подвергается действию очень высоких температур (1450°С). Такая пережженная известь гасится очень медленно, и ее гашение может происходить после того, как портландцемент уже затвердел. Увеличение объема в этих условиях вызывает появление в цементном камне вредных внутренних напряжений, что может привести к образованию трещин, снижению прочности и даже полному разрушению цементного камня.
Для цементных заводов, работающих по мокрому способу производства, большое значение имеет влажность сырьевого шлама, которая должна обеспечивать необходимые значения текучести или реологических свойств. Абсолютная влажность шламов на разных заводах предопределяется физико-химическими свойствами используемого сырья и составляет 30-45% при среднегодовом отклонении от оптимального значения 2%.
При недостаточном количестве воды, сырьевой шлам будет малоподвижным (низкая текучесть, большая вязкость), что потребует увеличение расхода воздуха и механической энергии на его перемешивание в шламбассейнах, транспортировку с помощью шламовых насосов по трубопроводам во вращающуюся печь. Избыток воды в шламе приводит к увеличению удельного расхода топлива на его сушку. Установлено, что снижение влажности шлама на 1% приводит к уменьшению удельного расхода топлива на обжиг также на 1%.
Центральная заводская лаборатория или лаборатория сырьевого цеха осуществляют оперативный технологический контроль за влажностью шлама путем отбора не реже 1 раза в час проб шлама из течек мельниц, шламбассейна и шламового питателя печи. По результатам этих анализов производится оперативная корректировка влажности шлама в соответствии со значением, предусмотренным технологической картой.
Текучесть шлама является обратной величиной его вязкости и широко используется на цементных заводах, работающих по мокрому способу, в качестве важнейшего технологического параметра, по которому производится контроль процесса приготовления шлама. Необходимый уровень текучести шлама достигается при оптимальной влажности, которая колеблется в пределах 30-45% и зависит, прежде всего, от природы и физико-химических свойств глинистого и карбонатного компонентов. Кроме того, на текучесть шлама большое влияние оказывают дисперсность твердой фазы, температура шлама, соотношение компонентов сырьевой смеси, наличие различных добавок. Шлам является типичным объектом коллоидной химии, которая располагает теорией и практикой стабилизации суспензий и рекомендует использовать для регулирования текучести сырьевых шламов химические добавки двух видов: добавки-электролиты и поверхностно-активные вещества. Эффективность первых обусловлена их действием на двойной электрический слой, образующийся вокруг частиц. Электролиты уменьшают размер этого слоя, уплотняя его и высвобождая частично воду, в результате чего увеличивается количество свободной воды, ослабляющей молекулярные силы притяжения между частицами.
Действие ПАВ объясняется тем, что их молекулы адсорбируются на поверхности частиц полярным концом, а углеводородным радикалом обращены в жидкость, в результате чего вокруг частиц образуются «масляные» оболочки, ослабляющие силы взаимодействия частиц, что увеличивает не только их взаимную подвижность, но и подвижность всей системы в целом.
Тонкость помола сырьевой смеси определяют в заводской лаборатории одновременно с влажностью шлама в пробах, отобранных из мельниц, шламбассейнов и шламовых питателей.
Тонкость помола сырьевой смеси оказывает большое влияние не только на ее реакционную способность в процессе обжига, но и на свойства шлама. При очень тонком помоле увеличивается удельный расход электроэнергии на помол, снижается производительность мельниц и увеличивается износ их бронефутеровки и мелющих тел, уменьшается текучесть (подвижность) шлама, возникает необходимость увеличивать его влажность, что приводит к уменьшению производительности печей и увеличению расхода топлива.
При грубом помоле ухудшаются структурно-механические и реологические свойства шлама, снижается его устойчивость, что приводит к расслоению шлама и повышению его неоднородности, увеличивается абразивный износ трубопроводов, шламовых насосов и другого технологического оборудования. У грубодисперсных смесей уменьшается реакционная способность вследствие заметного снижения усвоения в смеси оксида кальция, что приводит к недожогу смеси и получению клинкера с повышенным содержанием свободного оксида кальция. Поэтому тонкость помола сырьевой смеси является важнейшим технологическим параметром, тщательно контролируемым на каждом цементном заводе.