Определение тонкости помола цемента

Цель работы:освоить методику определения тонкости помола и удельной поверхности цемента, определить соответствие требованиям ГОСТ 10178-85 тонкости помола исследуемого цемента.

Теоретические сведения

Портландцемент – продукт, получаемый измельчением клинкера и гипса, добавляемого для регулирования сроков схватывания.

Цементный порошок в основном состоит из зерен размером от 5…10 до 30…40 мкм.

Дисперсность портландцемента обычно характеризуют тонкостью помола, удельной поверхностью и гранулометрическим (фракционным) составом.

Тонкость помола цемента определяется методом ситового анализа. При ситовом анализе используются сита с проволочными сетками по ГОСТ 6613-86 (см. прил.). Номера сит нормированы и соответствуют размеру стороны ячейки в свету в миллиметрах и, таким образом, характеризуют максимальный размер просеянных частиц. Если сторона ячейки равна 0,08 мм, то сито имеет номер 008. В обозначении номера сита запятая после нуля не ставится. Сито № 008 имеет 5476 отв./см².

Тонкость помола портландцемента – количество материала, прошедшего через сито с сеткой № 008, выраженное в процентах от массы просеиваемой пробы. (Можно также определять тонкость помола портландцемента остатком на сите с сеткой № 008 в процентах от массы просеиваемой пробы.)

По ГОСТ 10178-85 (см. прил.) тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой № 008 проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы.

Удельная поверхность – это суммарная поверхность всех частиц, содержащихся в единице массы (1 кг) цемента. Удельная поверхность порошка определяется на приборах различной конструкции (В.В. Товарова, ПСХ, ПМЦ, Блейна и др.).

Для определения удельной поверхности материала используется метод воздухопроницаемости, имеющий два варианта:

1. Фильтрация воздуха через слой порошка при атмосферном давлении. Метод Козени–Кармана, приборное оформление Товарова. Предел измерения 40…1000 м²/кг.

2. Фильтрация воздуха через слой порошка при разрежении. Метод Дерягина. Предел измерения 250…5000 м²/кг.

В настоящее время обычные портландцементы измельчают до остатка на сите с сеткой № 008 5…8 мас. %, цементы же быстротвердеющие до остатка 2…4% и меньше. При этом удельная поверхность соответственно достигает 250…300 и 350…450 м²/кг и более. Грубый помол ухудшает строительные свойства цемента, снижает прочностные показатели в связи с тем, что грубые частицы размером более 80 мкм взаимодействуют с водой очень медленно.

С увеличением тонкости помола повышается прочность и скорость твердения цемента, но лишь до удельной поверхности 700…800 м²/кг.

Сверх этого предела наблюдается обычно ухудшение прочностных показателей затвердевшего цемента. Это объясняется тем, что сверхтонкий помол портландцемента приводит к следующему:

– повышает водопотребность портландцемента, что влечет за собой обратный эффект – понижение прочности;

– вызывает чрезмерное ускорение сроков схватывания, увеличение тепловыделения, повышение величины усадочных деформаций и связанную с этим большую склонность к трещинообразованию;

– снижает активность цемента при хранении, так как при тонком помоле ускоряется поглощение цементом влаги и углекислоты из окружающей атмосферы.

Повышение тонкости помола цемента приводит к снижению производительности мельниц и к большому перерасходу электроэнергии. Увеличение тонкости помола цемента требует введения повышенного количества гипса как регулятора сроков схватывания.

Размалываемость клинкера зависит от его минералогического состава, режима охлаждения и продолжительности хранения.

Наиболее трудно размалываются клинкеры с высоким содержанием белита и алюмоферрита, что связано с высокой твердостью их кристаллов. Плохая размалываемость белита связана также с повышенным налипанием материала на мелющие тела. Гранулы клинкера тем прочнее, чем больше при спекании образуется расплава, поэтому хорошо размалывается клинкер с повышенным значением силикатного модуля. При увеличении глиноземного модуля прочность гранул клинкера падает.

Более высокое содержание стекловидной фазы и небольшие размеры кристаллов клинкерных минералов повышают размалываемость быстро охлажденного клинкера по сравнению с охлажденным медленно.

На размалываемость клинкера также влияет продолжительность его хранения. Свежий клинкер труднее размолоть, чем клинкер, хранившийся около 2…3 недель. Поэтому клинкер выдерживают на складе, что обеспечивает гашение свободной извести, частичный переход β-C₂S в γ-C₂S, сопровождающийся саморассыпанием клинкера, и кристаллизацию (зарухание) клинкерного стекла.

Задание 1. Определение тонкости помола портландцемента методом ситового анализа

Приборы и реактивы

Исследуемый цемент; сито с сеткой № 09; сито с сеткой № 008; прибор для механического или пневматического просеивания цемента; технические весы с разновесами.

Порядок выполнения работы

Подготовку пробы цемента для испытания выполняют по ГОСТ 310.1-76 (см. прил.). Пробы цемента доставляют в лабораторию в плотно закрывающейся таре, защищающей цемент от увлажнения и загрязнения посторонними примесями, и до испытания хранят в сухом помещении. Испытания следует проводить в помещении с температурой воздуха °C и относительной влажностью не менее 50%. Температура воздуха и влажность должны ежедневно отмечаться в рабочем журнале. Перед испытанием каждую пробу просеивают через сито с сеткой № 09. Остаток на сите взвешивают и отбрасывают. Массу остатка в процентах, а также его характеристику (наличие комков, кусков дерева, металла и др.) заносят в рабочий журнал. После просеивания пробу цемента перемешивают.

Определение тонкости помола и удельной поверхности портландцемента производят в соответствии с ГОСТ 310.2-76 (см. прил.).

Отвешивают 50 г цемента на технических весах и высыпают его на сито с сеткой № 008. Закрыв сито крышкой, устанавливают его в прибор для механического или пневматического просеивания. Через 5…7 мин от начала просеивания останавливают прибор, осторожно снимают донышко и высыпают из него прошедший через сито цемент, прочищают сетку с нижней стороны мягкой кистью, вставляют донышко и продолжают просеивание.

Просеивание считают законченным, если при контрольном просеивании сквозь сито проходит не более 0,05 г цемента. Контрольное просеивание выполняют вручную при снятом донышке на бумаге в течение минуты.

Тонкость помола цемента определяют как количество материала, прошедшего через сито с сеткой № 008 (или остаток на сите с сеткой № 008), в процентах к первоначальной массе просеиваемой пробы с точностью до 0,1%. Допускается производить ручное просеивание.

Результаты испытаний заносят в табл. 14.

Таблица 14

Результаты определения тонкости помола портландцемента

Навеска материала, г	Остаток на сите с сеткой № 008	Количество материала, прошедшего через сито с сеткой № 008
г	%	г	%

Задание 2. Определение удельной поверхности цемента

Приборы и реактивы

Цемент; поверхностемер ПМЦ-500; технические весы с разновесами; секундомер; фильтровальная бумага.

Порядок выполнения работы

Определение удельной поверхности порошкообразных материалов при помощи прибора ПМЦ-500 (рис. 9) основано на использовании уравнения Козени–Кармана, устанавливающего зависимость удельной поверхности от скорости фильтрации воздуха через слой дисперсного материала фиксированной высоты при прочих известных параметрах (плотность испытуемого материала, температура и влажность окружающей среды, постоянная прибора, масса навески).

Перед проведением измерений необходимо проверить герметичность прибора следующим образом.

Плотно закрыть кювету сверху резиновой пробкой, открыть кран, создать разрежение в измерительной системе с помощью резиновой груши, после чего закрыть кран. Снижение уровня жидкости в манометре в течение 30 мин не должно быть более 2 мм. В противном случае необходимо найти причину утечки и устранить неисправность.

трубка

шкала

кювета

порошок

секундомер

кисть

манометр

фильтр

резиновая

нониус

шкала

поршень

кран б

термометр

груша

Рис. 9. Поверхностемер ПМЦ-500

Величина навески материала рассчитывается следующим образом:

,

где m – масса материала, г; ρ – плотность материала, г/см³.

Для цемента ρ = 3 г/см³, m = 10 г.

Взвесить на технических весах с точностью до 0,01 г пробу цемента массой m. Положить в кювету кружок фильтровальной бумаги, на него – навеску порошка. Легким постукиванием разровнять слой, покрыть сверху вторым кружком фильтровальной бумаги и уплотнить поршнем при равномерном нажатии на него рукой. С помощью нониуса на планке поршня и шкалы на внешней поверхности кюветы измерить высоту слоя материала L (см).

Удалить поршень из кюветы, открыть кран и при помощи резиновой груши создать разрежение под слоем испытуемого материала. Разрежение должно быть таким, чтобы жидкость в манометре поднялась до уровня верхней колбы манометра.

Закрыть кран. Измерить по секундомеру время T (с) прохождения мениска жидкости в манометре между двумя рисками на шкале (при быстром снижении столба жидкости между рисками 3–4, при медленном – между рисками 1–2).

Измерить температуру воздуха t (°С) при помощи термометра в помещении, где проводится испытание.

По измеренным значениям высоты слоя материала L и температуры воздуха t найти в табл. 15 значение величины M.

Таблица 15

Значение величины M

Высота слоя материала L, см	Температура воздуха t, °C
1,03
1,04
1,05
1,06
1,07
1,08
1,09
1,10
1,11
1,12
1,13
1,14
1,15
1,16
1,17

Окончание табл. 15

1,18
1,19
1,20
1,21
1,22
1,23
1,24
1,25
1,26
1,27
1,28
1,29
1,30
1,31
1,32
1,33
1,34
1,35
1,36
1,37
1,38
1,39
1,40

Расчет удельной поверхности цемента выполняется по формуле:

,

где S – удельная поверхность цемента, м²/кг; К – постоянная прибора для той пары рисок, между которыми наблюдалось падение столба жидкости за время Т (значение К содержится в паспорте прибора); m – масса материала, г.

По полученным результатам охарактеризовать соответствие тонкости помола исследуемого цемента требованиям ГОСТ 10178-85.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется портландцементом?

2. По каким показателям оценивают дисперсность цемента?

3. В чем выражается тонкость помола цемента?

4. Требования ГОСТ 10178-85 к тонкости помола цемента.

5. Что такое удельная поверхность цемента? В каких единицах выражается удельная поверхность цемента?

6. Какой метод анализа и какое сито применяют для определения тонкости помола цемента? Что обозначает номер сита?

7. До какой тонкости помола и удельной поверхности измельчают в настоящее время обычный и быстротвердеющий портландцементы на цементных заводах?

8. Влияние тонкости помола на свойства цемента.

9. Почему не следует добиваться сверхтонкого помола цемента?

10. Факторы, влияющие на размалываемость клинкера.

11. Каким образом осуществляется подготовка пробы цемента к испытаниям? Как производится ситовой анализ цемента?

12. Какие приборы используют для определения удельной поверхности цемента?

13. На чем основан метод определения удельной поверхности порошкообразных материалов?

14. Каким образом проверяется герметичность поверхностемера?

15. Как определяется удельная поверхность цемента? Принцип работы поверхностемера ПМЦ-500.

Лабораторная работа № 7