1082

Определение относительной поверхности

золой различной механической обработки в дезинтеграторе

В изотермах на рис. 7.9 и табл. 7.11 приведены расчетные значения, вычисленные по формуле (7.2) количества адсорбированного битума частицами каждой в отдельности, после механической обработки золы. Из рис. 7.9 видно, что с увеличением скорости измельчения золы в мельнице возрастает ее адсорбционная активность. Причем при изменении времени контактирования золы с раствором от 1 до 20 ч наблюдается усиление адсорбционной активности у активированной золы по сравнению с неактивированной, что говорит о создании очагов локальной концентрации напряжений на поверхности золы при измельчении, о передаче и накапливание механической энергии материалом при его измельчении.

где а – адсорбированная активность, мг/г; с1 – начальная концентрация раствора; с2 – конечная равновесная концентрация раствора; V – объем раствора, взятого для адсорбции, мл; m – навеска золы, г.

Таблица 7.11

Определение адсорбции битума из бензольного раствора

7.2. Рецептурно-технологические факторы повышения активности

золоцементного вяжущего

Впредыдущих разделах учебного пособия говорится, что повысить активность золоцементного вяжущего можно путем оптимизации зависимости прочности вяжущего от рецептурно-технологических факторов его получения. При этом параметры откликов указанной зависимости функционально связаны с большим числом факторов.

Втаких условиях наиболее эффективным методом получения рационального вида данной зависимости является экспериментальный, прежде всего, такой, как многофакторный эксперимент с использованием математических методов теории планирования эксперимента.

Основным показателем качества полученного вяжущего является его активность, определяемая прочностью при сжатии образцов-кубиков

2х2х2см.

На основе анализа информации, приведенной в первых главах учебного пособия, можно отобрать ряд технологических факторов, влияние которых на прочность золоцементных вяжущих является существенным.

Значения факторов и уровни их варьирования приведены в табл. 7.12.

Таблица 7.12

Исследуемые факторы и уровни их варьирования

Для устранения систематической ошибки каждый опыт эксперимента должен повторяться 3 раза. Результаты эксперимента проверяются на однородность по критерию Кохрена. Матрица планирования и результаты испытаний приведены в табл. 7.13.

Полагая, что распределение результатов отдельных опытов подчиняется закону нормального распределения, матожидание значения параметра оптимизации и дисперсия ошибки опыта определяются для каждого опыта в отдельности.

где u – номер текущего опыта, u = 1…25; m – число повторений i-го опыта. Расчетные значения дисперсии для каждого опыта приведены в табл.

7.13.

Проверка однородности дисперсии выполняется по критерию Кохрена, для чего вычисляется расчетное значение этого критерия:

Su2(у)=36,3953

Дисперсия однородна, если расчетное значение Кохрена меньше табличного Gт при 0,95 % доверительной вероятности. При числе степеней свободы f = m–1 = 2 и n = 25; Gт = 0,216 /27/. Из сравнения табличного значения критерия Кохрена с расчетным (Gт = 0,216 > Gр = 0,14) следует, что процесс является воспроизводимым.

Дальнейшая обработка эксперимента сводится к построению зависимости прочности смешанных смесей от исследуемых факторов по отдельности (рис. 7.10). Затем, аппроксимируя их, находят соответствующие уравнения.

Общее уравнение зависимости величины отклика от исследуемых факторов находят согласно формуле:

n – количество факторов.

35

Rсж,

МПа

30

25

20

15

у6, сут

е

Рис. 7.10. Зависимость прочности смешанных вяжущих от исследуемых факторов: а, б – скорости вращения дисков (левого и правого соответственно); в – вида применяемого материала; г–процентного соотношения наполнителя к цементу; д – процентного содержания совместно измельченного цемента с наполнителем; е – кинетики твердения вяжущего

Адекватность величины у определяется при помощи вычисления погрешности косвенных измерений, где искомая величина является функцией многих переменных:

у = f (у1, у2, у3, у4, у5, у6), (7.8)

где у1…у6 – значения активности изучаемых образцов, МПа. Для этого необходимо:

1.Для каждой найденной величины, входящей в формулу (7.8), определить среднее значение и абсолютную погрешность по правилам оценки погрешностей прямых измерений;

2.Прологарифмировать у = f (у1, у2, у3, у4, у5, у6),

3.Найти частные производные по у1, у2, у3, у4, у5 и у6 от ln у:

4.Вычислить относительную погрешность по формуле

где y1... y6 – абсолютные погрешности непосредственно величин у1…у6.

5.Определить среднее значение y .

6.Подсчитать абсолютную погрешность результата (табл. 7.14)

Результаты расчета значения у и проверка его адекватности при доверительном интервале с надежностью =0,98 приведены в табл. 7.14.

Согласно результатам, приведенным в табл. 7.14, можно отметить, что все 25 расчетных аппроксимированных значений у входят в доверительный интервал. Это означает, что 98 % результатов, вычисленных по формуле (7.8), попадает в пределы указанного доверительного интервала.

Анализируя результаты многофакторного эксперимента, можно сделать следующие основные выводы:

1. Наиболее эффективной скоростью вращения роторов является для левого диска 33,33 с -1, для правого – 50,00 с-1.

Данный факт объясняется тем, что обрабатываемый материал при разной скорости вращения роторов запасает максимальное количество передаваемой механической энергии за счет оптимального угла соударения о била. Также на эффективность измельчения влияет равномерное увеличение напряжения на материал, доля энергии, сообщаемой материалу в процессе помола в дезинтеграторе. Представляется целесообразным отметить конструктивные особенности дезинтегратора, состоящие в том, что на правом его роторе находится шнек, поэтому для обеспечения критической скорости разрушения материала на правом роторе необходимо подать

Для рационального проектирования дезинтегратора важно учесть, что скорость вращения роторов дезинтегратора должна быть разной, это приводит к значительной экономии потребляемой мощности.

2.Результаты испытаний показывают, что эффект механоактивационного воздействия проявляется на всех без исключения исследованных материалах. Наиболее высокие показатели имеет вяжущее, наполнителем у которого является зола-унос ТЭЦ-Б. Данное обстоятельство объясняется наличием в золе ТЭЦ-Б большого количества стеклофазы, вскрытие которой позволило освободить гидравлически активные минералы. При этом также активизируются минералы портландцемента. Из вяжущих на основе кислых зол омских ТЭС наибольшую прочность имеет вяжущее с наполнителем золы ТЭС-2, наименьшую – с наполнителем ТЭС-5.

3.При помощи механоактивации золоцементного вяжущего возможна замена 40…50 % цемента без ощутимой при этом потери вяжущим своей первоначальной активности. Данное обстоятельство позволяет снизить стоимость вяжущего, при этом применение золы в качестве наполнителя улучшает экологию в районах их скопления.

4.Оптимальное количество совместного помола золы с цементом находится в пределах 20…25 % от всей массы вяжущего, что согласуется с полиструктурной теорией /11/ композиционных материалов, которой следует необходимость раздельной технологии приготовления вяжущих. На основании вышеизложенного обеспечивается экономия необходимой затрачиваемой энергии при измельчении исходных компонентов вяжущего.

5.Цементный камень, полученный на основе совместной механической активации золы и цемента, обладает более высокой как ранней прочностью за счет более интенсивной гидратации клинкерных материалов, так

и более поздней за счет активного участия золы в формировании структуры искусственного камня.

7.3. Технические свойства золоцементного вяжущего дезинтеграторной технологии приготовления

Как уже отмечалось, замена цемента золой в пределах 40 – 50 % не снижает активности вяжущего. Для оценки качества данного вяжущего определяются следующие основные свойства: водопотребность, сроки схватывания, равномерность изменения объема, водоотделения, прочность на сжатие и изгиб.

До механической активации золоцементные смеси (до 40 % золы) (табл. 7.15) имеют значительный разброс показателей водопотребности (НГ 30…38,5 %) и сроков схватывания (начало – 210…295 мин, конец – 390…485 мин). Однако после их механической обработки в дезинтеграторе происходит выравнивание показателей водопотребности и сроков схватывания, причем необходимо отметить, что после измельчения золоцементного вяжущего уменьшаются сроки его схватывания. Данный факт указывает, что переданная от мельницы материалу механическая энергия способствует ускорению химической скорости реакции (в данном случае взаимодействия вяжущего с водой).

При введении зол ТЭЦ в состав вяжущего вопрос о равномерности изменения объема становится одним из главных, т.к. золы содержат свободный СаО, в том числе в трудногидратируемом виде (пережог).

Результаты испытаний золоцементного теста на равномерность изменения объема методом кипячения лепешек (ГОСТ 310.3) показывают, что больше половины образцов не выдерживают это испытание (табл. 7.16).

Однако отметим, что механическая обработка позволяет снизить деструктивную опасность использования кислых зол омских ТЭЦ в качестве золоцементного вяжущего в составе строительных конструкций.

Таблица 7.15

Влияние механоактивации на свойства золоцементного вяжущего (при добавлении 40 % золы в цемент)