Определение влияния 10% добавки золы на гидравлическую активность цемента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»

ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Кафедра ТЦКМ

ОТЧЕТ

по учебной научно-исследовательской работе

Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ 10% ДОБАВКИ ЗОЛЫ НА ГИДРАВЛИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ЦЕМЕНТА»

Выполнил студент

группы ЭР-41

Будникова В.С.

Приняла:

Морозова И.А

Белгород 2014



Содержание

1. Химический состав сырьевых компонентов

2. Определение влажности, потерь при прокаливании и РФА сырьевых компонентов и добавки

3. Расчет состава сырьевой смеси и клинкера

4. Приготовление сырьевой смеси

5. Формование таблеток для обжига сырьевой смеси

6. Обжиг клинкера

7. Определение СаО_своб. в клинкере и его РФА

8. Получение цемента путем помола клинкера, гипса и добавки

9. Определение прочности цемента при сжатии в возрасте 2, 7 и 28 суток

Заключение



1. Химический состав сырьевых компонентов

Для приготовления сырьевой смеси клинкера использовались:

Мел «Уразовского месторождения»

ППП	SiО2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	Cl-	K2O	P2O5	MnO	?
43,43	1,20	0,20	0,09	55,1	0,19	0,02	0,06	0,01	0,03	0,02	100,35

Глина «Белгородского цементного завода»

ППП	SiО2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	Na2O	K2O	TiO2	?
8,88	65,17	12,43	4,64	3,23	1,27	0,08	0,61	1,90	0,80	99,01

В качестве железосодержащей добавки использовался шлам аглодоменный «Белгородского цементного завода»

ППП	SiО2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	Na2O	K2O	TiO2	?
11,44	6,81	1,25	67,89	9,03	1,48	1,26	0,11	0,27	0,16	99,70

Алюмосодержащей добавкой являлись бокситы «Белгородского цементного завода»

ППП	SiО2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	Na2O	K2O	TiO2	?
17,70	20,10	44,91	12,93	0,34	0,09	0,51	0,14	0,37	2,61	99,70

В качестве 10 %добавки в цемент использовалась зола.

2. Определение влажности, потерь при прокаливании и РФА сырьевых компонентов и добавки

Навеску сырьевого компонента 10 г отвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г в предварительно взвешенной фарфоровой (или металлической) чашке. После этого чашку с навеской шлама сушат при температуре 120 °C на закрытой электроплитке. Полноту сушки определяют, приближая к чашке холодное стекло. Если оно не запотевает, то высушивание закончено. Чашку снимают с электроплитки, охлаждают и взвешивают на технических весах с той же точностью.

Влажность рассчитывают по формуле:

где W - влажность материала, %;

m - масса исследуемого компонента, г;

m₁ - масса высушенного компонента, г.

1) мел:W * 100 = 1 %

2) глина: W= 5 %

3) шлам аглодоменный: W= 1 %

4) бокситы: W= 1 %

5) шлак ОЭМК: W= 2 %

Определение потерь при прокаливании производилось следующим образом:

Для этого пробу растирают в фарфоровой ступке до полного прохождения через сито № 008. Затем навеску массой ? 1 г помещают в предварительно прокаленный взвешенный фарфоровый тигель и нагревают в муфельной печи до температуры 10005 ⁰С, выдерживая при этом температуру в течение 1 часа. После прокаливания тигель с навеской охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Прокаливание повторяют при той же температуре до получения постоянной массы. Взвешивание проводят с погрешностью до 0,0005 г.

ППП в % вычисляют по формуле:



,%,

где m- масса пробы до прокаливания, г

m₁- масса пробы после прокаливания, г

Сырьевой компонент	Вес тигля, г	Вес тигля с навеской до прокаливания, г	Вес тигля с навеской после прокаливания, г	Масса навески до прокаливания (m), г	Масса навески после прокаливания (m1), г	ППП, %
Мел	12,0656	13,1265	12,6645	1,0609	0,5989	43,55
Глина	10,7381	11,6794	11,5885	0,9413	0,8504	9,66
Шлам агл.	19,6459	20,6790	20,5245	1,0331	0,8786	14,96
Бокситы	17,8489	18,9874	18,7710	1,1385	0,9221	19,01

Рентгенофазовый анализ мела

Рентгенофазовый анализ глины



Рентгенофазовый анализ боксита

Рентгенофазовый анализ шлама оглодоменного



Рентгенофазовый анализ золы

3. Расчет состава сырьевой смеси и клинкера

Расчёт 4-х компонентной сырьевой смеси

Исходные данные:

КН = 0.9 n = 2.2 p = 1.2



Компонент	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	R2O	ППП	Прочие	Сумма
мел	1.20	0.20	0.09	55.1	0.19	0.02	0.01	43.43	0.11	100.35
Глина	65.17	12.43	4.64	3.23	1.27	0.08	2.51	8.88	0.80	99.01
шлак аглодом.	6.81	1.25	67.89	9.03	1.48	1.26	0.38	11.44	0.16	99.7
бокситы	20.10	44.91	12.93	0.34	0.09	0.51	0.51	17.70	2.61	99.7

Результат расчёта химического состава сырьевой смеси и клинкера

Компонент	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	R2O	ППП	Прочие	Сумма
мел	0.91	0.15	0.07	41.81	0.14	0.02	0.01	32.95	0.08	76.14
Глина	12.72	2.43	0.91	0.63	0.25	0.02	0.49	1.73	0.16	19.34
шлак аглодом.	0.17	0.03	1.70	0.23	0.04	0.03	0.01	0.29	0.00	2.50
бокситы	0.41	0.92	0.26	0.01	0.00	0.01	0.01	0.36	0.05	2.03
Состав сырьевой смеси в %	14.21	3.53	2.94	42.68	0.43	0.08	0.52	35.33	0.29	100
Состав Клинкера в %	21.97	5.46	4.55	66,00	0.66	0.12	0.80		0.45	100
Расход натурального топлива 0.12 кг/т кл.	Зольность топлива 100%

Соотношение компонентов

Наименование	мел	Глина	шлак аглодом.	бокситы	Всего
Сырьевая смесь	76.14	19.33	2.49	2.03	100
Клинкер	66.78	27.21	3.41	2.58	100

Модульные характеристики

Сырьевая смесь	КН = 0.90	n = 2.20	p = 1.20
Клинкер	КН = 0.90	n = 2.19	p = 1.20

Минералогический состав клинкера

C3S	C2S	C3A	C4AF	MgO	Сумма
58.44	18.92	6.75	13.83	0.66	98.60

Технологические характеристики клинкера

Гидравлический модуль	2.06	Коэффициент спекаемости	0.54
Калориметрический модуль	1.99	Индекс обжигаемости	2.84

ТЭК - 1757 кДж/кг кл (420 ккал/кг кл)

4. Приготовление сырьевой смеси

Исходя из расчета процентного количества сырьевой смеси для приготовления 200 г сырьевой смеси предварительно влажные сырьевые компоненты высушивались, затем истирались в фарфоровой ступке. Для с/смеси истиралось и отвешивалось на технических весах:

1- мела -152,28 г цемент добавка прочность качество

2- глины - 38,66 г

3- шлама аглодоменного - 4,98 г

4 -бокситов - 4,06 г

После чего сырьевые компоненты объединяются и тщательно перемешиваются (усредняются) в фарфоровой ступке в течение 20 минут.

5. Формование таблеток для обжига сырьевой смеси

После того как приготовили сырьевую смесь отбиралась навеска в количестве 15 г и далее формовалась таблетка ш 3 см на прессе. Общее количество таблеток из данной смеси составило 13 шт.

6. Обжиг клинкера

Обжиг всех 13 таблеток проводился при температуре 1450 ⁰С с выдержкой 30 минут. При термическом воздействии в сырьевой смеси происходит разложение глинистого и карбонатного компонентов, протекают реакции образования минералов клинкера в твердой фазе, а при появлении расплава, т.е. в присутствии жидкой фазы, образуется основной клинкерный минерал - трехкальциевый силикат.

В результате обжига образуется качественно новый продукт - клинкер, качество которого зависит от полноты усвоения сырьевой смесью свободного оксида кальция и минерального состава.

7. Определение СаО_своб. в клинкере и его РФА

Взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г навеску массой 0,1 г тонко растертого в агатовой ступке и пропущенного через сито с сеткой № 0063 (10 000 отв./см²) клинкера. Навеску помещают в сухую коническую колбу объемом 150 мл, содержащую 10 мл этилово-глицеринового растворителя. Этилово-глицериновый растворитель представляет собой смесь безводного глицерина, абсолютного этилового спирта, хлористого бария и 1%-го спиртового раствора фенолфталеина, являющегося индикатором. Колбу присоединяют с помощью пробки к обратному холодильнику.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержимое колбы, периодически встряхивая, кипятят над электрической плиткой. Скорость появления розового окрашивания раствора зависит от количества содержащейся в цементе свободной извести. Если после получасового непрерывного кипячения окраска не появилась, можно считать, что СаО_св в пробе отсутствует.

При появлении розовой окраски раствора через 10…15 мин кипячения колбу отсоединяют от холодильника и титруют ее содержимое 0,1 н. спиртовым раствором бензойной кислоты до исчезновения розового окрашивания. Снова присоединяют колбу к обратному холодильнику и кипятят раствор. Нагревание и титрование повторяют до тех пор, пока не прекратится появление розовой окраски после 15...20 мин кипячения. Тогда титрование можно считать законченным.

Содержание свободной извести CaO_св в процентах подсчитывают по следующей формуле:

,%

где V - объем раствора бензойной кислоты, пошедшей на титрование, мл;

Т - титр бензойной кислоты, т.е. количество СаО, соответствующее 1 мл 0,1 н. раствора бензойной кислоты, г/мл;

G - сухая навеска исследуемого клинкера, г.

СаО_св.= =1,72 %

Рентгенофазовый анализ клинкера



8. Получение цемента путем помола клинкера, гипса и добавки

После того как обожгли таблетки и получили клинкер проводили его растирание в железной ступке до полного его прохождения через сито 063, затем помещали клинкер в мельницу и измельчали в течение 15 мин до удельной поверхности 30010 м²/кг.

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.



Рис. 9. Поверхностемер ПМЦ-500

Величина навески материала рассчитывается следующим образом:

,

где m - масса материала, г; с - плотность материала, г/см³.

Для цемента с = 3 г/см³, m = 10 г.

Взвесить на технических весах с точностью до 0,01 г пробу 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 таблице значение величины M.

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.

S=(14,3*463*v10,5)/100 = 288,6 м²/кг

После того как определили удельную поверхность клинкера взвесили на технических весах общее количество клинкера, гипса и добавки, которое составило:

-клинкера 87,02% (масса 97,7 г),

-гипса 4,28% ( масса 4,8 г),

-золы 8,70% (масса 9,77 г).

Далее клинкер, гипс и зола усредняли в фарфоровой ступке в течение 20 минут.

9. Определение прочности цемента при сжатии в возрасте 2, 7 и 28 суток

Испытание цемента на прочность при сжатии проводится в малых образцах. Перед работой следует собрать форму, регулируя гайками и стержнями так, чтобы строго соблюдалось кубическая форма всех 12 ячеек. Пластины перегородки должны быть плотно подогнаны и не шататься. Форму необходимо смазать тонким слоем машинного масла. После того, как форма собрана, можно приступить к приготовлению цементного теста. Для приготовления 12 образцов размерами 1,4х1,4х1,4 см достаточно 75-80 г цемента.

Раствор готовят в фарфоровой чашке, для затворения берут воду в количестве 25 % от веса сухого цемента. Воду заливают в один прием и перемешивают массу пестиком до однородной консистенции в течение 5 минут. Нормальная густота цементного теста составила 29 % при добавлении 5,8 мл воды. Форму следует заполняют быстро, с помощью ножа, но не уплотнять им. Заполняют форму с избытком, чтобы объем всех ячеек был заполнен. После заполнения всех ячеек форма встряхивается на столике 30 раз. После встряхивания излишек теста срезают влажным ножом и зачищают поверхность вровень с краями формы.

Образцы в формах хранятся в течение 244 часа в атмосфере насыщенной водяных паров. Затем образцы осторожно расформовывают, маркируют и укладывают в ванну с водой, таким образом чтобы они не сталкивались друг с другом.

Предел прочности при сжатии каждого образца определяют как частное от деления величины разрушающего груза (кгс) на площадь грани образца (см²). Величина разрушаемого груза определяется умножением показания манометра по шкале на цену деления, соответствующего интервала шкалы.

Предел прочности при сжатии определяют по формуле:

где Р - предел прочности при сжатии; МПа

П- показания манометра;

Ц- цена деления манометра;

S - площадь образца, см²

3 суток:

1) S = 1,37*1,36 = 1,863 см² , Р = (27*16,5)/(1,863*9,81) =24,38 МПа

2) S = 1,35*1,43 = 1,931 см² , Р = (25*16,5)/(1,931*9,81) =21,78 МПа

Р_ср.=23,08 МПа

7 суток:

3) S = 1,39*1,4 = 1,946 см² , Р = (38,5*16,5)/(1,946*9,81) =33,27 МПа

4) S = 1,38*1,4 = 1,932 см² , Р = (39,5*16,5)/(1,932*9,81) =34,38 МПа

5) S = 1,31*1,31 = 1,716 см² , Р = (39*16,5)/(1,716*9,81) =38,22 МПа

Р_ср.=35,29 МПа

28 суток:

1). S = 1,38*1,38 = 1,904 см² , Р = (56*16,5)/(1,904*9,81) =49,47 МПа

2). S = 1,41*1,39 = 1,960 см² , Р = (62*16,5)/(1,960*9,81) =53,20 МПа

3). S = 1,39*1,4 = 1,946 см² , Р = (62*16,5)/(1,946*9,81) =53,59 МПа

6) S = 1,4*1,4 = 1,960 см² , Р = (58*16,5)/(1,960*9,81) = 49,77 МПа

7) S = 1,38*1,4 = 1,932 см² , Р = (54*16,5)/(1,932*9,81) =47,01 МПа

Р_ср.=50,61 МПа

Диаграмма результатов испытаний



Заключение

С увеличением количества активной минеральной добавки в клинкере предел прочности при сжатии образца увеличивается.

При добавлении 5 % золы Рср в трехсуточном возрасте 17,83 Мпа, а при добавлении 10 % - 23,08 Мпа.

В семисуточном возрасте Рср образца с пятипроцентной добавкой 33,71 Мпа, а образца с 10% добавкой - 35,29 Мпа.

В возрасте 28 суток Рср образца с 5 % добавкой 53,47 Мпа, а Рср образца с 10 % добавкой увеличивается до 54 Мпа.

Из этого можно сделать вывод, что увеличение активной минеральной добавки в клинкере положительно влияет на предел прочности при сжатии и на качество цемента.

Размещено на Allbest.ru

...