Спосіб прогнозування активності клінкера

Спосіб визначення аісгивності портландцементного клінкера шляхом вимірювання термінів початку і завершення тужавіння, питомої поверхні цементного порошку та подальшого обчислення межі МІЦНОСТІ на стиск в будь-який термін Винахід відноситься до технології цементу, і може бути використаний для прогнозування активності портландцементного клінкеру або цементу Винахід також може бути використаним на підприємствах, які є споживачами товарного клінкеру і переробляють його на різноманітні види цементів Відомий спосіб визначення активності цемента у складі цементних розчинів, який складається з виготовлення зразків у формах та визначення їх МІЦНОСТІ 3 метою скорочення терміну визначення, спрощення методики випробуваній» та забезпечення змоги використання означеного способу для цементів різних марок та типів, зразки, одержані з цементного розчину, розміщують між пластинами конденсатора, підключеного до генератора високої частоти, та діють на зразки високочастотним електромагнітним полем з частотами 1-100МГц Вимірюють зміну частоти генератора з часом та за одержаними результатами графоаналітичним способом визначають активність цемента [Способ определения активности цемента Бердов Г И , Книгина Г И , Линник С И , Тимаков Ю В , А с 1053001, СССР Заявл 14 04 82, опубл БИ , 1983, №41 МКИ G 01 N 33/38] Означений спосіб використовує прискорення ХІМІЧНИХ процесів гідратації високочастотним електромагнітним полем Недоліком означеного способу є висока похибка при визначенні активності цементу, яка пояснюється тим, що розвиток ХІМІЧНИХ процесів гідратації не ідентичний істотним процесам гідратації цементних розчинів твердіння за допомогою математичного виразу, який відрізняється тим, що додатково вимірюють межу МІЦНОСТІ на стиск через добу твердіння та визначають фазовий склад клінкера, а межу МІЦНОСТІ на стиск у будь-який термін після доби визначають з рівняння RT =R 0 -[i-exp(-B1-x A 1 )J+A2-Lnx/x 0 , де х - термін твердіння, а В1, А1, А2, Ro та хо є коефіцієнтами, які обчислюють з використанням вимірюваних показників Відомий також спосіб, за яким прогнозують МІЦНІСТЬ зразків цементних розчинів для будь-якого терміну твердіння без руйнування твердіючих зразків [Пат 216540, ГДР Заявл 4 07 83, №2527006, опубл 12 12 84 МКИ G 01 N2 29/00] Спосіб використовує проходження ультразвуку крізь твердіючі зразки та залежність швидкості поширення ультразвукових хвиль крізь твердіючі зразки від терміну твердіння Згідно ЦЬОГО способу спочатку одержують математичні рівняння, які описують криві залежності швидкості поширення ультразвуку від терміну твердіння, а надалі, за їх допомогою визначають МІЦНІСТЬ зразків для будь-яких термінів твердіння відносно до стандартної МІЦНОСТІ у 28 добовий термін Недоліком описаного способу є невисока точність визначення МІЦНОСТІ твердіючих зразків, причиною якої є висока похибка при визначенні швидкості поширення ультразвуку у неоднородному середовищі, яким є твердіючий цементний або бетонний камінь Найбільш близьким до заявленого по суті та досягнутим результатам є спосіб прогнозування МІЦНОСТІ цементного каменя [Метод прогнозирования активности цемента и класса бетона Бердов Г И , Аронов Б Л , Линник СИ «Бетон и железобетон», 1987, №12, - С 4-5] Згідно цього способу прогнозування МІЦНОСТІ цементного каменя здійснюють на підставі попередніх досліджень показників взаємодії цемента з водою на початкових стадіях гідратації та на визначенні рівняннь матема СО о Ю 54034 тичного кореляційного звязку означених показників з МІЦНІСТЮ каменя Недоліком цього способа є невисока надійність одержуваних результатів Причиною цього є те, що процеси, які супроводжують твердіння цементного каменя на початкових стадіях, мало впливають на процеси твердіння на стадії кристалізаційного ЗМІЦНІННЯ Крім того, цей способ не враховує показників мінерального складу клінкера в цементі, що також знижує рівень вірогідності розрахункових значень МІЦНОСТІ цементного каменя В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу визначення активності цементу шляхом зміни операцій визначення вирішальних показників зростання МІЦНОСТІ цементного каменя та використання математичного вираження, що моделює процес зростання МІЦНОСТІ каменя на підставі уяв про дві вирішальні стадії структуроутворення, що дозволяє досягти високої точності при визначенні стандартної МІЦНОСТІ каменя Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення активності клінкера, який включає операції вимірювання термінів початку і завершення тужавіння цементного тіста, питомої поверхні цементного порошку, додатково вимірюють межу МІЦНОСТІ на стиск через добу твердіння та визначають фазовий склад клінкеря, а межу МІЦНОСТІ на стиск у будь-який термін після доби визначають з рівняння RT=Ro*[1-exp(-B14A1)]+A2Lm;/To, (1) де х - термін твердіння, а В1, А1, А2, Ro та то є RT=RKoar(x)+RKPMCT(x),fle забезпечують коагуляційні R KO ar(x) Є МІЦНІСТЬ, ЯКу процеси, a R KP MCT(X) кристалізаційні процеси, що супроводжують твердіння цементного каменя Дослідження впливу різноманітних показників процесу твердіння на характеристики експериментальних кривих зростання МІЦНОСТІ З часом, виконані авторами, дозволили визначити, що коефіцієнти першого члену рівняння (1) пов'язані з термінами початку та завершення тужавіння та МІЦНОСТІ тіста у ці терміни Отже, для побудови математичної моделі твердіння цементного каменя з часом необхідно було визначити МІЦНІСТНІ характеристики твердіючого каменю у початковий термін твердіння До початкових термінів твердіння відносяться показники МІЦНОСТІ стандартних зразківбалочек, які вимірюють на початку та після завершення тужавіння цементного тіста Шляхом вимірювання деформацій означених зразків-балочек у терміни початку та завершення тужавіння цементного тіста з 45 типів цемента було визначено, що МІЦНІСТЬ зразків у термін хПОч (початку тужавіння) Rn04-0,128±0,052Mna, а МІЦНІСТЬ зразків у термін хЮн (завершення тужавіння) RKIH=0,268±0,172Mna Шляхом математичного аналізу кривих зростання МІЦНОСТІ цементного каменя з часом для багатьох досліджених цементів було виявлено, що залежність коефіцієнтів А1 та В1 від величин хПОч та Rn04 а також хЮн та RK|H виражається рівняннями (2)та(3) A1=[ln(lnR1/(R1-RKIH)-ln(lnR1/(R1-Rno4)]/(lnxKIH коефіцієнтами, які обчислюють з використанням вимірюваних показників Таким чином, суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є представлення процесу ЗМІЦНІННЯ каменя вираженням (1), яке математично відображає закономірності процесів ЗМІЦНІННЯ твердіючого каменя, та зв'язок коефіцієнтів вираження (1) з вимірюваними показниками - термінами початку і завершення тужавіння, питомою поверхнею в'яжучого порошку, фазовим складом клінкера та межою МІЦНОСТІ на стиск в , добовий термін твердіння Між суттєвими ознаками твинаходу, що заявляється, а досягнутим технічним результатом існує наступний причинно-слідчий зв'язок Згідно заявленому способу, для визначення межі МІЦНОСТІ на стиск у будь-який термін твердіння після доби використовується математичне вираження (1), яке точно описує криву залежності RT від х, терміну, вираженого в добах Рівняння (1) математично виражає фізико - ХІМІЧНІ процеси, що спричиняють зростання МІЦНОСТІ твердіючого каменя На першій стадії початкова МІЦНІСТЬ зразків забезпечуєтья процесами коагуляційного ЗМІЦНІННЯ, ЯКІ описує перша складова рівняння На другій стадії до цього додається кристалізаційне ЗМІЦНІННЯ Зростання МІЦНОСТІ з часом, яке забезпечується кристалізаційним ЗМІЦНІННЯМ, описує друга частина рівняння (1) 4 Спрощено рівняння (1) можна записати ІПХпоч) (2) B1=eb1, fleb1=ln(lnR1/(R1-Rno4))-A1*lnxno4(3) У рівняннях (2) та (3) ІпхПОч та Іпхюн є, ВІДПОВІДНО, натуральні логарифми, обчислені для термінів початку та завершення тужавіння цементного розчину (тіста) Там же R1 є межа МІЦНОСТІ на стиск для даного цементу, виміряна після 1 доби твердіння, a Rn04 та RKIH Є величини, що вважаються незмінними для всіх 5 клінкерів та портландцементів і, ВІДПОВІДНО, дорівнюють 0,128МПа та 0,268МПа Виконані нами дослідження дозволили спостерігати термін початку інтенсивного зростання МІЦНОСТІ твердіючої системи, яке відбувається після завершення тужавіння тіста, і відповідає терміну найбільш активного прискорення процесу коагуляційного ЗМІЦНІННЯ системи Виявлено, що термін початку найбільш інтенсивного коагуляційного ЗМІЦНІННЯ СИСТеМИ Хкоаг МОЖЄ буТИ ВИЗНЗЧЄНИЙ 33 формулою Ткоаг=[(А1-1)/(А1*В2)]1/А1(4) Визначивши хКОаг, можна обчислити максимальну МІЦНІСТЬ, яку для даного цементу може забезпечити коагуляційний механізм ЗМІЦНІННЯ RO Ro=2*R1*[1-exp(-B1*xKOar)](5) Вищеозначенні вираження цілком моделюють початкові стадії зростання МІЦНОСТІ твердіючої системи, коли в ній діють переважно коагуляційні процеси Якщо визначені Ro, А1, та В1, то фактично є визначеним RKOar(x), і тоді для кожного терміну розвитку процесу твердіння після 1 доби можна 54034 визначити приріст МІЦНОСТІ Ккрист(х), зпричинений кристалізаційними процесами Отже, функцію RKpHCT(x)=A2*Ln(x/xo)=R,-Ro*[1-exp(-B14A1)](6) можна визначити за допомогою експериментальної кривої зростання міцностіклінкера для різних термінів твердіння У координатах РкрИст(т)-І-Пт ця функціяє ЛІНІЙНОЮ, а А2 є чисельним коефіцієнтом при Lnx В такому разі, для кожного терміну х (доби), для якого відоме значення RT можна визначити RKPMCT(X), а за тим, обчислити величини А2 тах 0 Дослідження, спрямовані на визначення головних факторів, які впливають на термін початку кристалізаційного ЗМІЦНІННЯ ХО та величину коефіцієнту А2, дозволили дійти наступних висновків Термін початку кристалізаційного ЗМІЦНІННЯ визначається особливостями фазового складу клінкера, а саме, КІЛЬКІСТЮ та співвідношенням сілікатних фаз, які містяться у складі портландцементного клінкеру Залежність хо від % вмісту фаз C3S та p-C2S описується математичним вираженням (7) 2 2 C2S) +a5*C3S*p-C2S (7) Вираження (7) одержують методом множинної кореляції y=f(x1, х2), де хо(у) з % вмістом C3S (х1) та p-C2S (x2) Отже, у рівнянні (7) коефіцієнти ao-as є емпірічними і залежать від фазового складу клінкеру Ці коефіцієнти визначаються експериментально Для кожного підприємства, що виробляє цемент, озна чені коефіцієнти потребують корекції, яку виконують за допомогою серії клінкерів, для яких ВІДОМІ результати фізико-механічних випробувань У рівнянні (1) коефіцієнт А2 визначає швидкість зростання МІЦНОСТІ кристалізаційної структури твердіючого каменя Дослідження, проведені на багатьох цементах різних заводів-виробників, дозволили встановити залежність показника А2 від вмісту фази C3S у складі клінкера (%) та величини питомої поверхні порошку в'яжучого S (см2/г) Отже, коефіцієнт А2 можна обчислити за допомогою рівняння (8) А2= Ьо+ bi *C3S+ b2*S+b3*(C3S)2+ b4*S2+ b5*C3S*S (8) Вираження (8) одержують методом множинної кореляції А2 (у) з %вмістом C3S (х1) та значеннями питомої поверхні S (х2) У рівнянні (8) коефіцієнти bo-bs є емпірічними і залежать від фазового складу клінкеру та застосованого технологічного режиму помелу цемента Ці коефіцієнти визначаються експериментально Для кожного підприємства, що виробляє цемент, означені коефіцієнти потребують корекції, яку виконують за допомогою серії клінкерів, для яких ВІДОМІ результати фізико-механічних випробувань У порівняльній табл подаються результати експериментального визначення МІЦНОСТІ на стиск для досліджених клінкерів та розрахункові результати, одержані із використанням способу, що захищається Таблиця Порівняльні дані експериментальних (1) та розрахункових (2) даних Виробник клінкера Балцемент Дніпродзержинський Миколаївський Івано-Франківський Волиньцемент Амвросієвський (1) (2) (1) (2) П) (2) (1) (2) (1) (2) П) (2) 1 доба 11,9 12,4 8,5 6,8 13,7 14,6 13,8 13,9 8,8 9,4 16,1 14,5 Таким чином, на базі результатів стандартних фізико-механічних випробувань клінкеру, а саме, питомої поверхні S, термінів початку та закінчення тужавіння Хпоч та хЮн та МІЦНОСТІ на стиск у 1 добу, та додаткового визначення фазового складу клінкера, за допомогою рівняння (1) можна з високою точністю прогнозувати криву ЗМІЦНІННЯ цементного каменя у будь-які терміни подальшого твердіння, наприклад, через 28 діб, коли визначається марочна МІЦНІСТЬ цементу Слід відзначити, що приклади, наведені у таблиці , стосуються портландцемента, що складаються з клінкеру та гіпсу, які одержані на базі клінкерів різних цементних підприємств, випалених з Показники МІЦНОСТІ на стиск, RT, МПа 2 доби 7 діб 14 діб 21,4 31,5 38,9 19,3 31,8 38,7 17,5 29,0 35,6 16,6 29,7 36,9 22,4 35,4 41,7 21,5 34,0 40,9 23,6 36,2 40,1 21,7 34,2 41,0 18,1 33,8 42,4 17,7 32,7 41,0 33,2 51,7 62,0 29,8 49,8 60,9 28 діб 45,1 45,5 45,6 44,3 46,2 47,8 47,2 47,9 47,6 49,3 69,3 71,9 різної сировини та в різних технологічних умовах Таким чином, у наведеному прикладі заявлений спосіб прогнозування зростання МІЦНОСТІ цементного каменя мав досить складні умови для перевірки його ДІЄВОСТІ Отже, використання заявленого способу для клінкерів, або цементів одного підприємства буде ще точнішим Практичне використання способу, що заявляється, пояснюється таким прикладом На підприємство надходить клінкер від різних виробників, з якого виробляють різноманітні цементи шляхом помелу та додавання мінеральних домішок різної КІЛЬКОСТІ та якості В таких обставинах конче необхідно заздале 54034 пдь знати показники МІЦНОСТІ клінкеру, для того, щоби вірно визначити технологічні міри для виготовлення цементів потрібних властивостей Для прогнозування фізико-механічних властивостей клінкерів заводів, які є постачальниками даного підприємства, виконують такі операції 1 Відбирають серію проб наявних клінкерів, з яких в лабораторних умовах готують портландцемента 2 Здійснюють фізико-механічні випробовування одержаних цементів і визначають час початку та завершення тужавіння хЛОч та хК|Н питому поверхню цементного порошку S, МІЦНІСТЬ на стиск у 1 добу (R1) та 2, 7, 14 і 28 діб Таким чином одержують експериментальні криві зростання МІЦНОСТІ на стиск в залежності від терміну твердіння 3 Визначають величини А1, В1, т к о а гта Ro, використовуючи формули (2-5) 4 Для кожного клінкера визначають RKpMCT(x)=A2*ln(x/xo) згідно формули (6) 5 Визначивши RKPMCT(X) обчислюють величини А2 та то для кожного клінкера 6 Для представницьких проб клінкерів визначають фазовий склад, а з нього вміст фаз C3S та P-C2S Для цього використовують або розрахунковий метод на базі ХІМІЧНОГО аналізу, або експериментальні методи фазового аналізу за допомогою петрографи, рентгенівської дифрактометрм або 14 спектрометрії 7 Використовуючи метод множинної кореляції, визначають коефіцієнти рівняннь (7) та (8) Знаючи то а також вміст фаз C3S та p-C2S, визначають коефіцієнти ао-а5, і одержують рівняння (7) Знаю 8 чи А2, вміст фази C3S у складі кожного клінкера та його питому поверхню S, обчислюють коефіцієнти Ьо-Ьб, користуючись рівнянням (8) Наприклад, для сери клінкерів, про які йдеться утабл , ВІДПОВІДНІ рівняння мали вигляд x0=69,75+0,063*C3S-7,22*p-C2S-108,36* 10 4 *(C3S)2+1050*10 4*(p-C2S)2+572*10 4*(C3S*p-C2S) та A2=336,1-8,11 *C3S-608,2*10 4*S+639 4*10 4 *(C3S)2+0,06*10 4*S2+3,29*10 4*(C3S*S) 8 Визначені експериментальні дані використовують для побудови математичної моделі зростання МІЦНОСТІ на стиск клінкерів досліджених цементних заводів, яка має вигляд рівняння R= Ro*[1 -exp(-B1 *xA1)]+A2*Lnx/x0, 9 Для пересічної партії клінкеру, що надходить з завода, чи клінкери використані при побудові означеної моделі, прогнозування зростання МІЦНОСТІ відбувається після визначення для нього термінів початку і завершення тужавіння, питомої поверхні цементного порошку S, межі МІЦНОСТІ на стиск через 1 добу та вмісту фаз C3S та p-C2S Одержана модель у вигляді рівняння RT=Ro*[1 -exp(-B1 *тА1)]+А2*І_пт/т0 разом з програмою обчислення її коефіцієнтів зберігається у пам'яті ЕОМ, куди оператор заносить лише параметри клінкера, для якого бажано спрогнозувати криву зростання МІЦНОСТІ ВІД 2 до 28 та будь-яких подальших діб твердіння За допомогою моделі та прикладної обчислювальної програми опертор може одержати прогноз у вигляді таблиці або кривої, відображеної на графіку ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24