Диссертация (1141513), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Так длябездобавочного ангидрита он составляет1294,8/ 1,1 = 4, 363.Для состава с содержанием добавки в количестве 1 %7, 454/ 2,308 = 3, 23.Для состава с содержанием добавки в количестве 2 %10,050/ 3,489 = 2,88.Кривыераспределенияисследованныхангидритовыхсоставовсущественно отличаются. Все три состава показывают большой объем частиц сдиаметром в области 40 мкм (μm). Самое высокое содержание этих частицотмечено для термического ангидрита, что является следствием процессовобжига и помола сырья при производстве вяжущего Пологая кривая меняетхарактер распределения частиц в диапазоне размеров от ~ 0,4 мкм до ~ 4 мкм(рисунок 4.1).
В результате переработки получают материал с относительнокрупными и пористыми частицами.Синтетическийангидритбездобавокимеетявноебимодальноераспределение с преимущественным содержанием зерен с диаметром в области2 мкм, что обусловлено химической реакцией при его получении иобразованием мелких частиц, и второй модой в области 40 мкм (μm).При введении добавок дифференциальная кривая рассева меняет свойхарактер, приближаясь к нормальному распределению со смещением пикараспределения в область более крупных частиц с увеличением количествадобавки (рисунок 4.2).Согласно рисунку 4.5 максимум распределенияв случае зерновогосостава ангидритового вяжущего с содержанием 2 % добавки соответствуетдиапазону 10-20 мкм – 27, 47 %.
Степень полидисперсности [211,212],рассчитанная для оптимального состава, составила 48, 54 ≈ 49.Смешиваниеилидомолобеспечиваютмаксимальноеколичествоактивных центров и соответственно высокую прочность, что подтверждаетсяэкспериментальными результатами.1304.4 Определение оптимального содержания модификаторовДляопределенияоптимальногосодержаниямодификатороввразрабатываемом ангидритовом вяжущем для производства закладочныхсмесей было использовано математическое планирование эксперимента.Принятые факторы (виды модификаторов) и уровни их варьированияприведены в таблице 4.6.
Выбор факторов и уровней их варьирования основанна результатах предварительных исследований.Таблица 4.6 – Факторы и уровни варьированияФакторыСодержание портландцементаПЦ500Д0, % от массывяжущегоСодержание K2SO4, % от массывяжущегоУровни варьирования0+1Обозначение-1Х12,03,55,0Х20,51,252,0Для получения математической модели был использован ортогональныйцентрально-композиционный план второго порядка, для которого N=9, α=1,a=2/3,Матрица планирования эксперимента и полученные результатыприведены в таблице 3.4.
В процессе экспериментальных исследованийпредполагалосьполучитьрядматематическихмоделей(уравнений),определяющих зависимости от принятых факторов и уровней их варьированияследующих свойств ангидритового вяжущего: прочности в возрасте 1 и 7 суток,начало схватывания модифицированного вяжущего.
Оптимизация составамодификатора по данным характеристикам обусловлена требованиями квяжущему для получения закладочных смесей:- начало схватывания не ранее 2 часов (время необходимое дляизготовления закладочной смеси и ее укладки);- прочность на 7, 28 и 180 сутки в пределах 0,3…3,0, 0,5…5 и 1…10 МПасоответственно.131Таблица 4.7 – Матрица планирования и результаты экспериментаТочкиплана123456789Факторыкодированныенатуральные в %ПЦ500Д K2SOX1X204+1+15,02,00+1-15,00,50-1+12,02,00-1-12,00,50+105,01,25-102,01,250+13,52,000-13,50,50003,51,25Выходные параметрыНачалоПрочност Прочностсхватываниь на 1ь на 7я (Н.С.),суткисуткимин(R1), МПа (R7), МПа702,38,51102,611,6654,413,31302,415,4952,912,3953,716,1704,314,11203,215,41003,717,0Коэффициенты квадратичных моделей определялись независимо друг отдруга по формуле:(1)Дисперсии коэффициентов рассчитывалась по формуле:(2)где s2{y} – дисперсия воспроизводимости.Оценка коэффициентов выполнялась по формулам:(3)(4)Оценкидисперсиикоэффициентовмоделейосуществляласьпоформулам:,,(5)(6)(7)132где– оценка дисперсии среднего значения функции отклика в u-й точкепланаЗначимостькаждогокоэффициентаоцениваласьпокритериюСтьюдента:,(8)где tp (f2) – критическое значение распределения Стьюдента, полученное изтаблицы приложения;Коэффициент bi считается значимым> tp(f2).Оценки дисперсии коэффициентов Si рассчитывались по формуле:(9)где s2- оценка дисперсии ошибок наблюдения, определяемая по формуле:(10)где- число повторяющихся экспериментов в центре;- полученное значение i-го эксперимента в центре;- среднее значение n0 экспериментов в центре.Адекватность экспериментальной модели проверялась по критериюФишера:,(11),где k- число коэффициентов, обладающих значимостью;(12)133- наблюдаемое значение i-го эксперимента;- полученное значение из экспериментальной функции в соответствиис i-ым экспериментом.Конечным результатом обработки данных эксперимента явилосьполучение математических моделей (уравнений регрессий) по количествуопределяемых характеристик со значимыми коэффициентами при выбранныхпеременных:С.Х.
= 117,52– 25,3·X2 + 6,25·X1·X2 – 3,7·X12 –19,7·X22,(13)R1 = 3,89 – 0,45·X1 + 0,47·X2 – 0,58·X1·X2 – 0,68·X12 – 0,23·X22,(14)R7 = 16,9 – 2,07·X1 – 1,08·X2 – 0,25·X1·X2 – 2,63·X12 – 2,08·X22(15)На основании графического построения полученных математическихмоделей, приведённых на рисунках 1 и 2 для начала схватывания вяжущего ипрочности в возрасте 7 суток, установлено, что оптимальный составмодификатораангидритовоговяжущегообеспечивающийсоответствиетребованиям, предъявляемым к вяжущему для закладочных смесей, содержитПЦ500Д0 в количестве 2,5 % от массы вяжущего и K2SO4 - 1 %.
Вяжущее сданным модификатором было принято в качестве базового при проведениидальнейших исследований.134Рисунок 4.6 – Зависимость начала схватывания вяжущего от содержанияпортландцемента и сульфата калияРисунок 4.7 – Зависимость прочности при сжатии вяжущего в возрасте 7суток от содержания портландцемента и сульфата калия1354.5 Исследование влияния тонкости помола на физико-техническиехарактеристики модифицированного вяжущегоДля определения оптимальной удельной поверхности вяжущего былипроведены испытания, в которых синтетический ангидрит с добавкамисовместно мололся в вибромельнице до удельной поверхности от 350 до550м2/кг. Для полученных образцов вяжущего определялись сроки схватыванияи прочность в возрасте 7 суток.Основные показатели ангидритового вяжущего после совместного помолас добавками приведены в таблицах 4.8,4.9,4.10.Таблица 4.8 – Результаты испытаний домолотого (35 минут) ангидритовоговяжущего№Наименование показателяп/п1Максимальный остаток на сите с размером ячеек всвету 02 мм,%2Удельная поверхность, см2/г3Водопотребность, %4Сроки схватывания гипсового теста5Проба №10, 20360040начало1 час 50 минконец2 часа 45 минПрочность образцов - кубиков (30×30×30), МПапри сжатии суточная4,4при сжатии 7 суточная10,16рН гипсового теста7Истинная плотность, г/см372,7136Таблица 4.9 – Результаты испытаний домолотого (45 минут) ангидритовоговяжущего№Наименование показателяп/п1Максимальный остаток на сите с размером ячеек всвету 02 мм,%2Удельная поверхность, см2/г3Водопотребность, %4Сроки схватывания гипсового теста5Проба №10, 20450052начало2 час 35 минконецне определялсяПрочность образцов:кубиков (30×30×30), МПапри сжатии суточная/ 7 суточная3,53/7,87балочек размером (40×40×160), МПапри изгибе суточная/ 7 суточная0,9/2,1при сжатии суточная/ 7 суточная8,0/15,86рН гипсового теста7Истинная плотность, г/см372,7Как видно из таблиц 4.8, 4.9, 4.10 помол ангидритового вяжущегооптимизирует характеристики исходной пробы.Таблица 4.10 – Результаты испытаний домолотого (1 час) ангидритовоговяжущего№п/п1Наименование показателяМаксимальный остаток на сите с размером ячеек всвету 02 мм,%2Удельная поверхность, см2/г3Водопотребность, %Проба №10, 20550050137Продолжение таблицы 4.1045Сроки схватывания гипсового тестаначало3 часа 05 минконецне определялсяПрочность образцов:кубиков (30×30×30), МПапри сжатии суточная/ 7 суточная4,3/12,5балочек размером (40×40×160), МПапри изгибе суточная/ 7 суточная1,2/3,5при сжатии суточная/ 7 суточная4,9/12,46рН гипсового теста7Истинная плотность, г/см372,7На третьем этапе испытаний был произведен домол вяжущего ииспользование добавок-ускорителей твердения ангидрита.Основные показатели ангидритового вяжущего после совместного помолас добавками приведены в таблице 4.11.Таблица 4.11 – Результаты испытаний домолотого (45 минут) ангидритовоговяжущего№Наименование показателяп/п1Максимальный остаток на сите с размером ячеек всвету 02 мм,%2Удельная поверхность, см2/г3Водопотребность, %4Сроки схватывания гипсового теста5Проба №10, 20450062начало1 час 10 минконец1 час 50 минбалочек размером (40×40×160), МПапри изгибе суточная/ 7 суточная0,6/1,9при сжатии суточная/ 7 суточная9,7/13,9138Продолжение таблицы 4.116рН гипсового теста7Истинная плотность, г/см372,7Как видно из таблице 4.11.
совместный помол ангидритового вяжущего сдобавками оптимизирует характеристики исходной пробы №1.На четвертом этапе испытаний был произведен домол вяжущего ииспользование добавок-ускорителей твердения ангидрита.Основные показатели ангидритового вяжущего после совместного помолас добавками приведены в таблице 4.12.Таблица 4.12 – Результаты испытаний домолотого (45 минут)ангидритового вяжущего№Наименование показателяп/п1Максимальный остаток на сите с размером ячеек всвету 02 мм,%2Удельная поверхность, см2/г3Водопотребность, %4Сроки схватывания гипсового теста5Проба №20, 20450051начало2 час 35 минконецне определялсяПрочность образцов:кубиков (30×30×30), МПа3,2/12,7при сжатии суточная/ 7 суточнаябалочек размером (40×40×160), МПапри изгибе суточная/ 7 суточная1,04/2,96при сжатии суточная/ 7 суточная10,5/24,56рН гипсового теста7Истинная плотность, г/см372,7На пятом этапе испытаний был произведен домол вяжущего ииспользование добавок-ускорителей твердения ангидрита.139Основные показатели ангидритового вяжущего после совместного помолас добавками приведены в таблице 4.13.Таблица 4.13 – Результаты испытаний домолотого (45 минут)ангидритового вяжущего№Наименование показателяп/п1Максимальный остаток на сите с размером ячеек всвету 02 мм,%2Удельная поверхность, см2/г3Водопотребность, %4Сроки схватывания гипсового теста5Проба №20, 20455850начало40 минконец1 час 15 минПрочность образцов:кубиков (30×30×30), МПа4,6/15,6при сжатии суточная/ 7 суточнаябалочек размером (40×40×160), МПапри изгибе суточная/ 7 суточная1,07/3,01при сжатии суточная/ 7 суточная9,5/25,36рН гипсового теста7Истинная плотность, г/см372,7140Таблица 4.14 – Результаты испытаний вяжущих на основе синтетического ангидритаВводимаядобавкаИсходноесырьеУдельнаяповерхность,см2/гПЦ,%К2SO4,%Прочностьна сжатиеобразцовкубиков(30×30×30мм), МПа1 сут.
7 сут.Проба№1Проба№2СвойстваПрочность образцовбалочек размером(40×40×160 мм), МПа1 сут.из- сжагиб -тие-7 сут.из- сжагиб -тие-Водопотребность,%1540----3600 (домол35 мин.)4500 (домол45 мин.)5500 (домол1 час)4500 (домол45 мин.)1720514,410,1----40513,537,870,98,02,115,852514,312,51,24,93,512,450524,29,70,69,71,913,962---------4500 (домол45 мин.)4500 (домол45 мин.)513,212,71,04 10,5 2,96 24,551524,615,61,07509,53,01 25,3-Сроки схватыванияМакси-Истин-мальныйнаярНостатокплот-пока-на ситеность,зательначалоконец02, %г/см3--152,6941 час 50 2 часа 45мин.мин.2 час 35 не опремин.делялся3 часа 05 не опремин.делялся1 час 10 1 час 50мин.мин.-202,77202,77202,77202,77152,6942 час 35мин.40 мин.202,77202,77не определялся1 час 15мин.На основании проведенных исследований установлено, что оптимальнаяудельная поверхность, при которой свойства модифицированного вяжущегообеспечат получение закладочных смесей с требуемыми характеристиками,равна 450 м2/кг.4.6 Исследование выбора пластификатора для модифицированногоангидритового вяжущегоДлявяжущихопределениянаосновехарактеристиками,возможностисинтетическогобылипроведеныполученияангидритамодифицированныхсболеедополнительныевысокимиисследования.Дополнительная модификация вяжущего осуществлялась путем введенияпластифицирующей добавки Melment F10 (данная добавка была выбрана наосновании сравнительных испытаний по критерию максимальной прочностимодифицированного вяжущего с водопотребностью 28..30 % в возрасте 7суток, таблица 4.15).Как регулятор сроков схватывания и твердения модифицированноговяжущего применялся Laolin 1 (модификатор схватывания гипсового ицементного вяжущего, повышающий колоидизацию растворов в начальныймомент контакта с водой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
