стройматериалы оптом и в розницу

Диспергирование твердых тел

В зависимости от структуры измельчаемых материалов, тонкости помола и вида помольного агрегата на процесс помола клинкера и добавок расходуется до 40% общего энергобаланса при производстве цемента, или 35—40 кВт-ч/т.

Риттингер (1867 г.) и Кик (1885 г.) сделали первые попытки научно обоснованного анализа процесса измельчения. Более поздние работы рассматривают этот процесс с позиций физики и физической химии, с учетом изменения механических свойств твердых тел под влиянием взаимодействия с жидкостями и газами.

В процессе измельчения происходят два явления: разрушение частиц внешней силой и самопроизвольная агрегация. Указанные процессы существенным образом зависят от природы внешней среды и условий ее взаимодействия с частицами.

Важнейшую роль в интенсификации процессов измельчения сыграли работы П. А. Ребиндера, получившие мировое признание. Адсорбционный эффект уменьшения прочности заключается в понижении поверхностной энергии и расклинивающем действии ПАВ, вызывающего развитие микро- и макротрещин, дислокаций и других дефектов твердого тела. Адсорбционное понижение прочности происходит только при одновременном приложении на твердое тело механических воздействий. Молекулы ПАВ, проникая в устья микрощелей и микротрещин, препятствуют их смыканию при снятии нагрузки, при этом наибольший эффект достигается при мономолекулярном адсорбционном слое. Кроме того, ПАВ устраняют явления агрегирования и налипания, имеющие место в процессе помола.

Согласно теории Лэнгмюра, на поверхности раздела твердое тело — газ в сторону твердой фазы обращены гидроксильные, карбоксильные и другие аналогичные группы, а в сторону газообразной — углеводородные радикалы. При малой концентрации молекулы ПАВ располагаются параллельно или наклонно поверхности. При полном насыщении поверхностного слоя молекулы располагаются перпендикулярно. Возникновение второго слоя приводит к агрегированию молекул и снижению эффективности ПАВ.

Адсорбционное понижение прочности усиливается при химическом взаимодействии ПАВ с измельчаемым материалом. Химическая связь полярных групп добавки с атомами щелочноземельных металлов на поверхности цемента приводит к образованию ориентированного слоя радикалами наружу, что усиливает адсорбционное понижение прочности и увеличивает гидрофобность цементов.

Для интенсификации процессов помола клинкера и получения специальных цементов используются две группы веществ: гидрофилизующие и гидрофобизующие. К первой группе относится сульфитно-спиртовая барда и се производные, ко второй — мылонафт, асидол-мылонафт, абнстат натрия, кремнийорганические жидкости и др. Устойчивость пленок указанных веществ на поверхности частиц цемента обусловливает гидрофобность последних.

Поверхностно-активные вещества, вводимые в цемент, повышают молекулярное сродство частиц к окружающей среде, способствуя развитию адсорбционных оболочек среды на поверхности частиц. Добавки ПАВ, сорбируясь на исходной и конечной фазах, проявляют себя различным образом. Модифицирование цемента путем введения ПАВ представляет большой интерес. ПАВ изменяют структуру новообразований в процессе твердения, позволяют управлять строительно-техническими свойствами твердеющего цементного камня.

Способность ПАВ изменять структуру и свойства цементного камня установлена П. А. Ребиндером еще в 1937 г. ПАВ, адсорбируясь на зародышах новообразований, тормозят их рост. Образуется гораздо большее количество центров кристаллизации, что в совокупности с замедленной скоростью роста кристаллов способствует получению более мелкокристаллической структуры. Замедление процессов гидратации минералов цемента в результате адсорбции ПАВ приводит к смещению температурного максимума (увеличение продолжительности и снижение скорости подъема температуры).

Так как величина адсорбции различна для разных граней кристаллов, то и степень замедления роста для них неодинакова. В связи с этим наблюдается преимущественный рост кристаллов по определенным направлениям.

Образуются вытянутые, иглообразные кристаллы. Например, введение небольших количеств добавки ССБ при гидратации С₃А приводит к образованию длинных игольчатых кристаллов вместо обычных гексагональных симметричных пластинок. Образование кристаллов иглообразной формы способствует переплетению коагуляционной структуры гидрата С₃А, что заметно влияет на рост прочности цементного камня. Необходимо иметь в виду, что па процесс образования гидросиликатов и гидроалюминатов значительное воздействие оказывает природа применяемого ПАВ.