1082

При достижении определенной длины стержень разрывается под действием собственного веса. По весу оторвавшейся части и площади сечения цилиндра рассчитывается аутогезионная прочность.

Как и следовало ожидать из анализа гранулометрического состава смесей (табл. 7.5), способность их к агломерации резко изменяется в зависимости от состава смесей, а также от степени приложения механического воздействия на исследуемые порошки (табл. 7.5–7.7 и рис. 7.5–7.8).

Как видно из рис. 7.5, прочность уплотненного слоя порошка определяется в первую очередь величиной его удельной поверхности (при постоянном минералогическом составе). Однако и другие свойства

аб

Рис. 7.4. Определение аутогезии порошков

Таблица 7.5

Физико-механические характеристики аутогезионного взаимодействия частиц в порошках после различного режима измельчения

дисперсной системы оказывают влияние на прочность формирующейся дисперсной структуры. Так, например, для смесей, измельченных прискорости вращения ротора 50,00 с-1, характерен узкий спектр распределения частиц по размерам, что приводит к их менее плотной упаковке и, следовательно, к менее прочной системе. Различия в наклонах функции Р = f (Q) для исследуемых порошков объясняются различием последних по минералогическому составу.

Прочность уплотненного слоя порошка зависит в то же время не только от природы материала, но и, как отмечалось выше, от упаковки частиц, т.е. от числа контактов в сечении разрыва. Поэтому интересны результаты расчета числа контактов частиц на 1 см2 площади сечения разрыва и пересчет прочности слоя на прочность единичных контактов (см. табл. 7.6).

Графическая зависимость типа Р1 = ВQ1n, где В и n – коэффициенты (см. табл. 7.7), представлена на рис. 7.6.

Очевидно, что с увеличением уплотняющего усилия прочность единичных контактов возрастает. Данные испытания приведены для одинаковых по химическому и минералогическому составу образцов. Поэтому изменения в динамике роста прочности единичных контактов при повышении усилия уплотнения отдельных частиц объясняются только изменениями в структуре дисперсионной системы. Параметрами этой структуры являются размер зерен, их форма, морфология их поверхности, а также упру-

Применение различной интенсивности механоактивации (механического воздействия) позволяет значительно изменять аутогезионные свойства сырьевых смесей. Наибольшую склонность к агломерации проявляет цемент, наименьшую – зола ТЭЦ. Наиболее прочные контакты между частицами образуются при уплотнении цементной смеси, измельченной при 50,00 с-1, наименее прочные – для смеси золы, обработанной при скорости вращения ротора 16,67 с-1. Необходимо также отметить, что при добавлении золы в цемент агломерация последнего уменьшается, это связано с раздвижкой зерен. Существует зависимость на аутогезионную способность двух противоположных факторов.

С одной стороны, с увеличением размера частиц аутогезионная способность при прочих равных условиях увеличивается, а с другой стороны, порошки с узким спектром распределения частиц по размерам проявляют меньшую аутогезионную способность, чем порошки с широким спектром распределения зерен. При этом большую роль играет наличие частиц мелкой фракции (менее 15 мкм).

По данным Ю. Бутта и В.В. Тимашева, такие микродисперсные системы при отсутствии более крупных фракций обладают аномально низкой аутогезионной способностью.

Резкий подъем аутогезионной способности при увеличении скорости удара от 0 до 33,33 с-1 соответствует интенсивной диспергации и возникновению оптимального для аутогезионного взаимодействия частиц количества мелкой фракции. При увеличении скорости удара до 33,33 с-1 ауто-

гезионная способность смеси довольно высокая, но ввиду дальнейшего увеличения количества сверхтонкой фракции и уменьшения количества более хрупких частиц ее рост замедляется. При дальнейшем повышении интенсивности измельчения аутогезионная способность порошков прекращается (рис.7.7).

Таблица 7.7

Численные значения констант В и n уравнения Р1 = ВQ1n при Q = 5.10-2 МПа

Рис. 7.7. Влияние механоактивации на аутогезионную способность сырьевой смеси состава: цемент 60%+зола ТЭЦ-2 40% (1-я проба) (приQ = 5.10-2 МПа): а – влияние механоактивации на аутогезионную способность цемента (приQ = 5.10-2 МПа);б – влияние механоактивации на аутогезионную способность золы ТЭЦ-2

(1-я проба) (при Q = 5.10-2 МПа)

Влияние механической активации на аутогезионные свойства материалов при изменении прочности уплотняемого слоя во время его хранения видно из табл. 7.8 и рис. 7.8.

Как видно из рис. 7.8, прочность уплотненного слоя порошка с увеличением времени их хранения возрастает, что объясняется воздействием на материал капиллярных сил. Причем интенсивность возрастания прочности уплотненного слоя золоцементной смеси ниже, чем цементной смеси, что, несомненно, является еще одним неоспоримым преимуществом при разработке смешанных вяжущих.

Такое большое внимание, уделенное рассмотрению аутогезионных свойств порошковых материалов, объясняется тем, что состояние и структура сыпучих материалов предопределяют их поведение при дальнейшей технологической переработке. Аутогезионные свойства охватывают всю совокупность характеристик и возможных изменений дисперсных систем.

7.1.3. Изменение гидравлической активности золы

Предполагается, что при взаимодействии вяжущего материала с минеральным (золой) протекают в основном процессы физической адсорбции, обуславливаемые наличием свободной поверхностной энергии,

Таблица 7.8

Влияние механической активации на аутогезионные свойства материалов при изменении прочности уплотняемого слоя во время его хранения

которой обладает минеральный материал, находящийся в высокодисперсном состоянии. В данном случае этот процесс, очевидно, будет зависеть, в первую очередь, от величины активной поверхности минерального материала. Однако, как указывается в работе /26/, наряду с процессом физической адсорбции при взаимодействии вяжущего материала с минеральным могут проходить и более сложные процессы, выражающиеся как в физикохимическом поглощении вяжущего материала минеральным, так и в химическом взаимодействии этих веществ между собой.

Рис. 7.8. Влияние времени хранения на прочность уплотненного слоя порошка (при =33,33 с)

Реальная возможность образования между вяжущим и минеральным материалами различных по характеру адсорбционных связей обуславливается со стороны минерального материала различием его совокупных свойств, структуры поверхности, химического и минерального составов, содержания водорастворимых веществ.

Обычно при исследовании физико-химических свойств минеральных материалов принято определять адсорбционную способность их, выражая ее в миллиграммах адсорбционного битума на грамм минерального материала. Однако такая характеристика не дает возможности правильно оценить адсорбционную возможность минерального материала, т.к. последняя зависит как от его свойства, так и величины адсорбционной поверхности и дает лишь относительное представление об адсорбционной способности исследуемого материала.

Для более правильной оценки адсорбционной способности золы необходимо определять ее адсорбционную поверхность, что дает возможность выразить величину адсорбционной способности золы на единицу поверхности и более правильно судить о характере взаимодействия между вяжущим и минеральным материалами. Одновременно необходимо определять прочность прилипания битума к поверхности золы. Данный метод служит для установления прочности связи битума с золой в условиях воздействия на нее воды с содовым раствором различной концентрации при кипячении в различных интервалах времени.

Как было показано Г.С. Ходаковым, адсорбция красителей на измельченных порошках является одним из самых действенных факторов в процессе измельчения. В значительной мере адсорбционные свойства поверхностей характеризуют их энергетическое и конфигурационное состояние, химическую и каталитическую активность.

Здесь необходимо отметить, что не удалось изучить влияние механоактивации на аутогезионные свойства наполнителя (золы). Обнаружено, что адсорбция красителей на молотом кварце с размерами частиц 125 – 200 мкм заметно уменьшается после термической обработки порошка при температуре 600 К. Размеры частиц и следовательно, их удельная поверхность в процессе такой обработки не изменились. Таким образом, показано, что адсорбционная способность непосредственно связана с активностью поверхностных слоев.

Экспериментальные данные по определению прочности прилипания различных фракций золы с различной степенью обработки с битумом методом Ригеля и Вебера приведены в табл. 7.9.

Экспериментальные данные величин предельной адсорбции механоактивированных порошков с известной удельной поверхностью дают возможность определения поверхности, открытой от битума по следующей зависимости:

где gH – величина адсорбции красителя поверхностью исходного материала; g–величина адсорбции красителя поверхностью битумноминерального материала.

Сопоставление результатов адсорбции водорастворимого красителя (метиленового голубого) из водного раствора, приведенное в табл. 7.10, показывает, что зола, не обработанная битумом, увеличивает предельное поглощение красителя с ростом удельной поверхности. Относительная поверхность покрытия битумом исследуемых порошков хорошо согласуется с данными определения прилипания, выраженными в баллах, т.е. отношение величины избирательной адсорбции метиленового голубого к величине предельной адсорбции порошков с известной удельной поверхностью дифференцированно и количественно характеризует прочность сцепления их с битумом.

Таблица 7.10