Введение к работе
Актуальность проблемы.
В настоящее время в связи с реализацией приоритетного национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» в промышленности строительных материалов остро стоит задача, связанная с энергосбережением в производстве цемента, затраты на электроэнергию при помоле которого в среднем составляют около 10-11%, а на ряде предприятий достигают 15% от общих затрат в себестоимости цемента. В мировой цементной промышленности весьма широко используются химические добавки, интенсифицирующие помол и улучшающие строительно-технические свойства цементов. В настоящее время применяют различные добавки, модифицирующие поверхность цемента для получения ВНВ, ТМЦ, а также другие добавки, которые вводят при помоле клинкера, что приводит к изменению поверхностного слоя частиц цемента. Используемые добавки являются дорогостоящими и синтезируются из отходов химических производств или на основе химических соединений. Одним из наиболее распространенных интенсифи-каторов помола является триэтаноламин, получение которого осуществляется в две стадии по реакции аммиака и оксида этилена при высоком давлении и повышенной температуре и последующей ректификации, что оказывает влияние на его себестоимость. Исходя из этого, актуальной является задача расширения ассортимента высокоэффективных добавок, не требующих сложного технологического процесса их получения и позволяющих интенсифицировать процесс помола цемента. Применение подобного типа добавок позволит получить значительную экономию энергии и повысить качество цемента.
Работа проводилась в соответствии с г/б НИР № 1.1.09. в рамках АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» на тему «Регулирование аг-регативной устойчивости и реологических свойств концентрированных минеральных суспензий гиперпластификаторами», и в соответствии с г/б НИР № 1.1.07. «Разработка фундаментальных основ получения композиционных вяжущих с использованием наносистем».
Цель работы.
Целью данной работы явилась интенсификация процесса помола цемента с использованием добавки на основе отхода производства резорцина. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-разработать технологию получения интенсификатора помола цемента (ДР-3) на основе отхода производства резорцина;
-исследовать поверхностно-активные и адсорбционные свойства добавки в сравнении с используемыми в цементной промышленности на различных границах раздела фаз и выявить закономерности, обуславливающие ее влияние на процесс помола цемента;
-установить механизм взаимодействия добавки на границе раздела фаз в
процессе измельчения силикатных минералов клинкера и ее влияние на интенсификацию процесса помола цемента;
-изучить реологические характеристики цементных суспензий и физико-механические свойства цементов и композиций на их основе, получаемых при совместном помоле клинкера с добавкой на основе отхода резорцина;
-определить экономическую эффективность применения получаемой добавки.
Научная новизна работы.
Разработана эффективная технология производства интенсификатора помола цемента, заключающаяся в его получении при низких температурах и атмосферном давлении. Отличительными свойствами добавки является ее структура, содержащая ароматические кольца в своем составе.
Выявлен механизм влияния добавки на диспергацию цементных частиц в процессе помола. Добавка снижает поверхностное натяжение на границе раздела твердое тело - газ за счет большего изменения краевого угла смачивания на пластине с модифицированной поверхностью и химически адсорбируется на активных центрах поверхности, которые преимущественно представлены ионами кальция.
Установлены закономерности процесса влияния предлагаемой добавки на интенсификацию процесса помола цемента, заключающиеся в том, что максимальная степень измельчения цемента достигается при концентрации добавки ДР-3 0,04% масс, соответствующей заполнению мономолекулярного адсорбционного слоя, и не зависит от фазового состава вяжущего при переходе от белита к алиту. Добавка в большой степени способствует повышению степени измельчения трудноразмалываемой белитовой фазы.
Практическое значение работы.
-эффективность применения предлагаемой добавки ДР-3 для помола цемента подтверждается увеличением его удельной поверхности более чем на 30% при оптимальной концентрации добавки 0,04% масс, а также сокращением времени помола цемента и расхода электроэнергии на 12%;
-коллоидно-химические свойства добавки ДР-3 и ее влияние на измельчение силикатных фаз обуславливают повышение размалываемости клинкера и улучшают реологические свойства цементных суспензий, что приводит к уменьшению водопотребности цемента на 12% и повышает прочность цемента на 17%;
-при использовании ДР-3 в шлакопортландцементах и цементах с активными минеральными добавками увеличение прочности составляет 13-14%;
-экономическая эффективность использования добавки ДР-3 при помоле цемента составит 35,14 млн. руб. на 1 млн. тонн цемента.
На защиту выносятся:
-технология получения интенсификатора помола цемента на основе отхода производства резорцина;
-взаимосвязь между поверхностно-активными свойствами добавок-интенсификаторов помола и измельчением цемента;
-влияние добавки из отхода производства резорцина на особенности реологических характеристик цементных суспензий и свойства цементсодержа-щих композиций;
-пластифицирующие свойства добавки на основе отхода резорцина в бетонных смесях.
Внедрение результатов работы.
-теоретические положения диссертационной работы и ее практические результаты используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 240304.65 по дисциплинам «Технология цемента», «Технология вяжущих и композиционных материалов».
Апробация работы.
Основные результаты работы были доложены на конференциях: «3 (XI) международное совещание по химии и технологии цемента» (Москва, 2009); ««Simpozijum о istrazivanijima і primeni savremenih dostignuca u nasem gradevinarstvu» u okvira XXIV Kongresa Drastva za ispitivanje і istrazivanje materijala і konstrukcija» (Дивичбаре, Сербия, 2008); «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (Пенза, 2008); международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» (Белгород, 2010); «1st Conference of synergy of architecture and civil engineering SINARG 2010» (Ниш, Сербия, 2010).
Публикации.
Основные положения диссертационной работы изложены в 8 печатных изданиях, в том числе 2 в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов, изложена на 153 страницах основного машинописного текста, содержит 39 рисунков и 50 таблиц, список используемой литературы 140 наименований.
