ТРИБОКИНЕТИКА – 3050Мельница
Одним из основных условий повышения эффективности строительного производства является рост его технической вооруженности, в том числе развитие и совершенствование оборудования для активации и тонкого помола различных материалов, применяемых в строительстве. Использование оборудования для измельчения и комплексной активации особенно актуально для повышения качества выпускаемой продукции при снижении ее себестоимости на предприятиях строительной индустрии при производстве сухих строительных смесей, пенобетона, полистиролбетона низких плотностей, цемента, извести, гипса, а также других вяжущих материалов.
Отсутствие в современной технической и учебной литературе достаточно обоснованных и проверенных методик комплексной активации сыпучих материалов различного происхождения нередко вызывает сомнения и даже предубеждения против их применения в условиях промышленных предприятий. Вместе с тем практически отработанная методика механоактивации сыпучих материалов, применяемых в строительной индустрии, агрегаты для проведения работ по тонкому измельчению методом свободного удара (дезинтеграторная технология измельчения и активации) являются полностью отечественной разработкой. Гениальный советский исследователь свойств силикальцитных материалов и оборудования для их производства, директор и создатель конструкторского бюро «Дезинтегратор» Йоханес Хинт еще в 1948 году теоретически обосновал и блестяще доказал на практике целесообразность механоактивации кварцевого песка и извести методом свободного удара.
Основным методом кардинального повышения физико-механических показателей силикальцитных изделий автоклавного твердения без сомнения является тонкое измельчение извести и песка методом свободного высоконагруженного удара с использованием измельчителя - дезинтегратора. Таким образом, сама перспектива массового производства строительного материала силикальцита оказалась напрямую связана с агрегатами тонкого измельчения и активации. На сегодняшний день можно с уверенностью сказать, что получение некоторых видов современных строительных материалов невозможно без использования высокоэффективного оборудования для измельчения (тонкого помола) и активации.
Оборудование для измельчения и активации материалов широко применяются за рубежом в большинстве отраслей промышленности и сельского хозяйства. Ведущее место в области тонкого измельчения материалов принадлежит США, Германии, Швеции, Англии, Франции и Японии.
Производством оборудования для измельчения и активации материалов занимаются специализированные фирмы. Они не только разрабатывают и изготавливают серийные установки, но и создают оборудование по техническим требованиям, подходящее к условиям предприятий заказчика.
Вместе с тем агрегаты комплексной активации и тонкого помола материалов в нашей стране используются далеко не в полной мере. В то время как проблемы технического перевооружения, увеличения объемов производства, расширения ассортимента выпускаемой продукции при повышении качества изделий стоят как никогда остро перед отечественными предприятиями строительной отрасли, первоочередной задачей в деле внедрения в повседневную практику производства строительных материалов агрегатов тонкого измельчения и активации, несомненно, является повышение надежности оборудования и обеспечение гарантируемых сроков и ресурсов работы.
Развитие оборудования для измельчения (тонкого помола) и активации материалов должно осуществляться по следующим направлениям:
МП «ТЕХПРИБОР» производит измельчители — дезинтеграторы серии «ГОРИЗОНТ»®, которые полностью решают задачи измельчения и активации сыпучих материалов. На базе этих агрегатов был разработан помольный комплекс «МОЛОТ-ДР», полностью удовлетворяющие требованиям предприятий по производству строительных материалов по подготовки сырьевых материалов.
Активация вяжущих материалов, несомненно, является наиболее перспективным методом оптимизации использования природных и энергетических ресурсов в строительной индустрии. Повышение полезных свойств вяжущих материалов вследствие активации позволяет существенно снизить их расход при увеличении прочности изделий, сокращении времени набора марочной прочности, обеспечении более полного использования потенциальной энергии вяжущих материалов, снижении себестоимости. Активация (тонкое измельчение) вяжущих и инертных материалов ведет к увеличению показателей удельной поверхности, существенному улучшению качества новообразованных поверхностей, разрушению ослабленных и структурно нестабильных частиц. Методика активации отлично зарекомендовала себя в практике обработки низкомарочных и лежалого цементов с целью восстановления и повышения их полезных свойств. Производство современных теплоэффективных строительных материалов, в частности ячеистого бетона автоклавного твердения, немыслимо без широкого использования оборудования для измельчения.
Известно, что в процессе тонкого помола сыпучих материалов на образование новой поверхности расходуется только часть всей подведенной энергии, остальная часть энергии аккумулируется в обрабатываемом материале в виде напряженных структурных дефектов. Эта накопленная энергия впоследствии оказывает значительное влияние на скорость протекания различных технологических процессов, а также на основные физико-механические свойства получаемых материалов.
Однако, спустя какое-то время, количество накопленной энергии снижается в силу протекания в материале релаксационных процессов, наблюдается снижение первоначальной активности материала. Причем скорость протекания релаксационных процессов зависит как от свойств самого обрабатываемого материала, так и от условий его хранения. В зависимости от температуры, влажности и некоторых других условий происходит снижение активности новообразованных поверхностей и, как следствие, снижение общей активности обработанного материала. Таким образом, можно сделать логический вывод, что для получения максимальных значений повышения основных свойств материалов на основе активированных компонентов необходимо так организовать работы по активации материалов, чтобы сроки от тонкого измельчения (активации) до непосредственного использования активированных компонентов были минимальны.
Непосредственно при активации цемента были проведены следующие исследования. Максимальная активность цемента после его обработки на измельчителе - дезинтеграторе (измельчение методом свободного удара) сохранялась в течение двух часов. Затем наблюдалось снижение прочности цементного камня на 5% (снижение от прочности контрольного образца сформированного сразу после активации цемента). При измельчении кварцевого песка максимальный эффект активации сохранялся в течение 12 часов. Таким образом, как уже говорилось выше, эффективность использования метода тонкого измельчения материалов напрямую зависит от степени технического оснащения каждого конкретного предприятия и расширения модельного ряда агрегатов активации материалов в целях их адаптации к условиям существующих производств по выпуску изделий и материалов строительной индустрии.
Принимая во внимание, что активация вяжущих материалов методом тонкого измельчения - предприятие наиболее экономически выгодное, широкое использование в производстве строительных материалов оборудование для измельчения практически безальтернативный способ повышения экономической эффективности строительства. Именно активация вяжущих материалов вообще и активация цемента в частности открывает возможности качественного улучшения основных физико-механических параметров бетона и изделий на его основе. Мероприятия по активации цемента, позволяющие увеличить активность цемента, более полно использовать массу цементных частиц в деле склеивания отдельных зерен заполнителя различных размеров в единый монолит, повысить прочность межпоровых стенок в производстве пенобетона, газобетона, полистиролбетона, должны быть использованы в повседневной практике современного производства строительных материалов.
Однако, способность к измельчению материалов различна в силу существенных различий физико-механических свойств. Хотелось бы остановиться подробней на наиболее распространенных вяжущих материалах, применяемых в строительстве.
Наиболее распространенными вяжущими материалами, применяемыми в современном строительстве и производстве изделий для строительной отрасли, являются цемент, известь и гипс. Различные виды цемента, изготовляемые в Российской Федерации (портландцемент, гидрофобный, сульфатостойкий и пуццолановый цемент, глиноземный цемент, шлакопортландцемент и др.), значительно отличаются по физико-механическим свойствам, которые влияют на процесс тонкого измельчения, активации и, соответственно, должны учитываться при выборе агрегатов измельчения.
Оборудование для измельчения (тонкого помола) применяется для обработки цемента, гипса, извести, известняковой муки, минеральных порошков для асфальтобетонных смесей, цементно-песчаных и известково-песчаных строительных смесей, сухой золы, гипса, мела, керамзитового песка и других сыпучих материалов.
На процесс тонкого измельчения и активации оказывают влияние следующие характерные свойства сыпучих строительных материалов (ТАБЛИЦА № 1). В частности: размер частиц, плотность, объемная масса, коэффициент внутреннего трения, коэффициенты трения о твердые поверхности, угол естественного откоса, влажность, подвижность и связность частиц. А также слеживаемость материала, абразивность, склонность материала к агрегации, агдезии, когезии, агломерации (агрегативная устойчивость материала), характеристики размалываемость и разрушаемость.
| Материал | Плотность, т / м3 | Объемная масса в рыхлом (насыпном) состоянии, т / м3 | Размер частиц |
|---|---|---|---|
| 1. Гипс строительный | 2.5 | 0.8 - 0.9 | 0.02 |
| 2. Глина порошкообразная | 1.6 - 2.0 | 1.0 - 1.5 | 0.1 |
| 3. Известь порошкообразная | 1.3 - 1.4 | 0.5 - 0.7 | 0.1 |
| 4. Зола сухая | 2.5 - 3.0 | 0.6 - 0.8 | 0.04 |
| 5. Известняк молотый | 2.73 | 0.9 - 1.2 | 0.49 |
| 6. Мел порошкообразный | 1.8 - 2.7 | 0.95 - 1.2 | 0.3 |
| 7. Цемент | 2.8 - 3.2 | 0.8 - 1.2 | до 0.09 |
| 8. Песок | 2.5 - 2.9 | 1.5 - 1.7 | 0.1 - 5.0 |
| 9. Сухая цементно-песчаная смесь | - | - | 0.02 - 2.5 |
Средний размер частиц вяжущих сыпучих строительных материалов менее 0.1 мм. Поэтому эти материалы легко распыляются. Чтобы избежать потерь ценных материалов и защитить окружающую среду при загрузке и выгрузке материала следует использовать средства механизации, а транспортные коммуникации должны быть полностью герметизированы. Необходимо также предусматривать размещение на производстве оборудования для аспирации и вентиляции.
Объемная масса сыпучего груза в количественном выражении составляет определенную часть величины плотности материала. Она зависит от способа и длительности его транспортировки или хранения. Величина сил сцепления сыпучих материалов зависит от гранулометрического состава, влажности, степени уплотнения и длительности нахождения материала в таре.
Относительная подвижность частиц порошкообразных материалов зависит от величины сил сцепления и трения между отдельными частицами, возникающими при их взаимном перемещении. Влажность большинства вяжущих сыпучих строительных материалов (цемента, гипса) не должна превышать 1% по массе, так как при увеличении этой величины материалы могут слеживаться. Кроме того, влажные вяжущие материалы теряют химическую активность. Зимой, при содержании влаги более 4% по массе, они подвержены смерзанию.
Слеживаемость - это свойство сыпучих материалов при длительном хранении или при воздействии вибраций терять подвижность частиц.
За исключением сухой золы, все сыпучие строительные материалы относятся к слеживающимся грузам. С повышением влажности материала, а также с увеличением высоты слоя материала в бункере или силосе слеживаемость возрастает. У абсолютно сухих материалов свойство слеживаемости отсутствует либо проявляется чрезвычайно слабо.
Чтобы предотвратить слеживаемость сыпучего материала, необходимо периодически осуществлять его механическое или аэрационное рыхление, а также перемещать (перекачивать) из одного силоса в другой (например, цемент необходимо перекачивать не реже одного раза в 15 дней). Однако необходимо помнить, что аэрационное рыхление, как и частое перемещение материала, снижает его активность!
Агломерация материала - это процесс образования из порошкообразных сырьевых материалов относительно крупных частиц.
Агрегативная устойчивость материала - это способность дисперсных частиц противостоять коагуляции.
Агрегация материала - это слипание тонко размолотых частиц. Обычно агрегация возрастает с увеличением тонкости помола частиц вследствие увеличения удельной поверхности частиц.
Адгезия материала - это слипание разнородных твердых частиц, соприкасающихся своими поверхностями.
Когезия материала - это сцепление, притяжение между частицами одного и того же твердого тела или жидкости.
Разрушаемость, размалываемость материала (способность материала к измельчению) - это процесс разделения частиц сыпучего материала на более мелкие части при приложении механических нагрузок.
У большинства материалов разрушаемость развивается одновременно с упругой и пластической деформациями. При измельчении сыпучих материалов различают начальное разрушение, которое выражается в образовании и развитии большого количества трещин, и полное разрушение (разделение частиц материала на несколько более мелких частей). Разрушаемость материала напрямую связанна с его механическими свойствами.
Механические свойства сыпучих материалов - это свойства материалов, характеризующие их способность сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних механических сил.
Абразивность - это свойство сыпучих материалов истирать соприкасающиеся с ними поверхности (рабочие органы, внутренняя поверхность помольной камеры) агрегатов измельчения.
Однако нельзя оценивать абразивность материала только по износу рабочих органов агрегатов измельчения. Интенсивность износа рабочих органов, помимо свойства обрабатываемого материала, зависит также от скорости движения частиц материала, от направления вектора скорости движения относительно ограничивающей его рабочей поверхности, от материала, из которого изготовлены рабочие органы агрегата измельчения. Значительной истирающей способностью (способность к абразивному изнашиванию) обладают наиболее массовые строительные материалы: цемент, минеральный порошок, зола, кварцевый песок.
Абразивное изнашивание - это последствие режущего, царапающего либо иного действия аналогичной направленности твердых тел или частиц, которые проникают извне или отделяются от трущихся деталей, вследствие чего происходит значительное ускорение процесса изнашивания.
Абразивность песка, цемента, минеральных порошков, а также других сыпучих материалов существенно снижает сроки эксплуатации отдельных элементов агрегатов измельчения. У измельчителей - дезинтеграторов особенно сильно изнашиваются рабочие диски и пальцы-била, у шаровых мельниц - мелющие шары или стержни.
Так, при помоле материалов с использованием шаровых мельниц расход мелющих тел на каждую тонну обрабатываемого материала следующий:
Для измельчителей - дезинтеграторов характерны несколько другие показатели износа мелющих тел. Обычно при мокром помоле материалов износ пальцев-бил значительно ниже, чем при сухом помоле. В целях увеличения сроков службы рабочих органов агрегатов измельчения при изготовлении наиболее быстроизнашиваемых деталей следует по возможности применять износостойкие стали и композитные материалы.
Цемент
Цемент получают из клинкера после обжига и измельчения с необходимыми добавками. Номенклатура выпускаемых цементов достаточно широка и разнообразна: портландцемент, глиноземистый цемент, гидрофобный, сульфатостойкий, быстротвердеющий, белый портландцемент и др.
Цемент перевозят в специализированных транспортных средствах. При перевозке цемента в транспортных средствах общего назначения (крытый железнодорожный вагон, баржа) его необходимо защищать от увлажнения, распыления и загрязнения. Цемент должен храниться в стационарных или инвентарных складах. На мелких рассредоточенных объектах цемент необходимо хранить в контейнерах.
При хранении в силосах, чтобы избежать слеживания, необходимо периодически проводить аэрационно-пневматическое разрыхление цемента и перекачивать цемент не реже одного раза в 15 дней. Запрещается складировать в одну емкость цемент разных марок и видов.
Объемная масса портландцемента меняется следующим образом, в зависимости от способа и длительности хранения:
- объемная масса рыхлого свеженасыпного цемента - 0,8-1,2 т/м3;
- объемная масса уплотненного цемента (при хранении 2-15 суток при высоте слоя, равной 10 м, и 2-5 суток при высоте слоя выше 10 м, а также цемента, находящегося под воздействием случайных незначительных и кратковременных вибраций) - 1,2-1,6 т/м3;
- объемная масса сильно уплотненного цемента (после хранения 15 суток при высоте слоя более 5 м или сброшенного с высоты более 10 м, а также подвергающегося значительным и продолжительным вибрациям и толчкам) - 1,5-1,75 т/м3.
Известь
Строительную известь получают обжигая известняк, мел и другие кальциево-магниевые карбонатные горные породы. Тонко измельченную строительную известь получают путем гашения или размола негашеной извести, в процессе ее производства допускается введение минеральных тонкомолотых добавок.
Порошкообразную известь следует отгружать в автоцементовозах, железнодорожных цементовозах, контейнерах или многослойных бумажных мешках. Водным транспортом порошкообразную известь можно перевозить только в таре. Известь-кипелку нужно хранить в закрытых складах, в которые не могут попасть атмосферные и грунтовые воды. Необходимо учитывать, что даже при правильном хранении молотая известь-кипелка постепенно теряет вяжущие свойства, так как гасится влагой из воздуха. Поэтому срок хранения извести-кипелки в мешках с момента изготовления до употребления не должен превышать 15 суток. Срок хранения извести в герметичной таре не ограничен.
Гипс строительный
Строительный гипс получают путем термической обработки природного гипсового камня, который измельчают до или после этой обработки. По качеству гипс разделяют на три сорта:1, 2и 3-й.
К основным свойствам этого строительного материала относятся тонкость помола и предел прочности при изгибе и сжатии. Тонкость помола характеризуется остатком на сите с сеткой № 02. Для 1, 2 и 3-го сортов этот остаток не должен превышать 15, 20 и 30% соответственно. Предел прочности при изгибе образцов размером 4 х 4 х 16 см в возрасте 1,5 ч для 1, 2 и 3-го сортов составляет 0,27; 0,22 и 0,17 МПа соответственно.
Гипс не должен схватываться ранее, чем через 4 минуты после начала затворения гипсового теста. Полное схватывание не должно наступать ранее, чем через 6 минут, но не позднее, чем через 30 минут.
Строительный гипс отгружают навалом, в мешках, контейнерах и металлических бочках. Хранить его необходимо в закрытых сухих помещениях в штабелях высотой до 2 м. Пол в складских помещениях должен быть поднят над уровнем земли не менее чем на 30 см.
Гипс не рекомендуется долго хранить, так как в результате взаимодействия с парами воды, содержащимися в воздухе, его химическая активность постепенно снижается. Предельный срок хранения гипса - 3 месяца.
Авторы серии статей «Строительная лоция» сотрудники МП «ТЕХПРИБОР» Векслер М.В.
Липилин А.Б.
