Обоснование и разработка способа дезинтеграции минеральных частиц цемента с целью его активации и ресурсосбережения в подземном строительстве

Гончаров, Антон Валерьевич

Автореферат диссертации по теме "Обоснование и разработка способа дезинтеграции минеральных частиц цемента с целью его активации и ресурсосбережения в подземном строительстве"

На правах рукописи

485оэоо

Гончаров Антон Валерьевич

Обоснование и разработка способа дезинтеграции минеральных частиц цемента с целью его активации и ресурсосбережения в подземном строительстве

Специальности:

25.00.20. «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»;

25.00.22. «Геотехнология (подземная, открытая, строительная)»

-Зноя 2011

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

Москва 2011

4858963

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет» на кафедре «Строительство подземных сооружений и шахт»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Корчак Андрей Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Викторов Сергей Дмитриевич; кандидат технических наук Картузов Дмитрий Валерьевич.

Ведущая организация

ФГУП "Национальный научный центр горного производства "Институт горного дела им. А.А.Скочинского"

Защита состоится ____________2011 года в______часов на

заседании диссертационного совета Д-212.128.05 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д. 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан__________________________2011 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Мельник В.В.

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Развитие строительной индустрии является стратегической задачей для любой страны. Особо актуальной эта задача является в связи с активным освоением в последние годы подземного пространства мегаполисов. Строительство шахтных стволов, тоннелей, подземных сооружений при освоении подземного пространства мегаполисов в скальных породах зачастую сопряжено с наличием в них высоконапорных подземных вод. Даже незначительный приток подземных вод при подземном строительстве вызывает большие проблемы. Одним из перспективных способов предотвращения водопритока при подземном строительстве является цементация трещиноватых скальных пород.

Кроме предотвращения водопритока цементация трещиноватых водонасыщенных пород позволяет повысить степень устойчивости подземных сооружений.

Задачами строительства подземных сооружений в России активно занимаются видные ученые Н.С. Булычёв, Б.А. Картозия, Г.А. Катков, Д.В. Картузов, A.B. Корчак, В.Е. Меркин, А.Н. Панкратенко, А.Г. Протосеня, Б.И. Федунец, Г.С. Франкевич, A.A. Шилин, М.Н. Шуплик и др.

Прочность и надежность подземных бетонных и железобетонных сооружений зависят от марки применяемого цемента

В России производится в основном цемент марок ПЦ400, ПЦ500, ПЦ600.

Цемент марки ПЦ400 используют главным образом в гражданском и промышленном строительстве. Более высокомарочные цементы применяются при строительстве объектов атомной энергетики, в гидротехническом и подземном строительстве.

В среднем энергоемкость производства цемента в России составляет около 40 кВт-ч/т. Таким образом, в настоящее время для производства годового объема цемента в России (прогнозно это около 50 млн. тонн) затрачивается примерно 50-10б-40=2-109 кВт-ч электроэнергии. В денежном выражении эти энергозатраты составляют примерно 2-109кВт-ч-2,5 руб/кВт-чяб-Ю9 руб.

Из приведенных выше цифр следует, что в России производство цемента, особенно высокомарочного, является очень энергозатратным и дорогостоящим процессом. Во всем мире за последние десятилетия большое внимание уделяется вопросу повышения марочности цемента за счет его активации различными способами и техническими средствами.

Вопросами производства и промышленного применения активированных цементов занимались такие известные советские ученые, как Ю.М. Бутг, С.М. Рояк, Г'.М. Рущук, Б.Г. Скрамтаев, М.И. Стрелков, А.Е. Шейкин, В.Н. Юнг и многие другие.

Активность цемента зависит от множества факторов. Основным фактором, влияющим на активность цемента, являются показатели удельной поверхности его минеральных частиц. Чем выше эти показатели, тем выше активность цемента.

Увеличение удельной поверхности минеральных частиц цемента при их дезинтеграции всего на 2,8% (с 283 до 291 м2/кг) повышает его активность на 5%.

Увеличение активности цемента на 5% позволяет получать строительные растворы и бетоны, прочность которых в первые сутки нормального твердения увеличивается до 45%.

Таким образом, относительно небольшое увеличение активности цемента дает ощутимый прирост прочности бетонных и железобетонных конструкций в подземном строительстве.

Для решения задачи активации минеральных частиц цемента при их дезинтеграции необходимо знать физику и энергетику процесса разрушения минералов и горных пород под действием различных физических полей. Вопросами разрушения горных пород и минералов в России занимаются ученые: В.В. Адушкин, В.А. Белин, С.Д. Викторов, С.А. Гончаров, О.М. Гридин, А.П. Дмитриев, С.Н. Журков, В.М. Закалинский, М.Г. Зильбершмидг, Н.Н. Казаков, Г.Г. Каркашадзе, Г.М. Крюков, Б.Н. Кутузов, В.Ф. Нистратов, А.И. Потапов, Ю.И. Протасов, Н.Я. Репин, В.П. Тарасенко, С.Е. Чирков и др.

Для активации цемента применяют измельчители - дезинтеграторы, для которых характерны большая энергоемкость и себестоимость активации.

Так, расход электроэнергии, затрачиваемой на 5% -ную активацию одной тонны цемента измельчителем - дезинтегратором, составляет 4,3 кВт-ч/т.

Еще одним действенным способом увеличения активности цемента без существенного изменения его дисперсности является изменение формы минеральных зёрен цемента при его помоле. Так, минеральные частицы цемента осколочной формы с острыми углами и сильно развитой конфигурацией взаимодействует с водой более интенсивно, чем минеральные частицы цемента округлённой, галькообразной формы.

Соответственно, и скорость твердения портландцемента с осколочной формой минеральных частиц выше, чем с округлённой. Получение минеральных частиц осколочной формы проблематично для существующей техники измельчения цемента.

Из вышеизложенного следует, что тема диссертационной работы «Обоснование и разработка способа дезинтеграции минеральных частиц цемента с целью его активации и ресурсосбережения в подземном строительстве» является актуальной.

Цель диссертационного исследования заключается в разработке способа активации цемента на основе его малоэнергоемкой импульсной электромагнитной обработки, обеспечивающей разрушение частиц цемента за счет растягивающих и сдвиговых напряжений, получение цементных частиц осколочной (рваной) формы с высокой удельной поверхностью, что, в свою очередь, обеспечивает высокую адгезионную активность бетонной смеси при набрызгбетонировании, повышение прочности подземных бетонных (железобетонных) конструкций и качество цементации трещиноватых водонасыщенных скальных пород в подземном строительстве.

Идея работы заключается в активации низкомарочных типов цемента для получения более высокомарочных путем их импульсной электромагнитной обработки перед изготовлением на их основе цементационного раствора, а

2

также железобетонных конструкций и набрызгбетона в подземном строительстве.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Установлена аналитическая зависимость изменения электростатического потенциала минеральных частиц цемента от их размера.

2. Изучен механизм разрушения минеральных частиц цемента под действием импульсного электромагнитного поля. При этом установлено, что напряженность электрического поля должна быть порядка (1+2)-105 В/м.

3. Установлено, что адгезия минеральных частиц цемента в бетонных растворах с бетонной поверхностью осуществляется за счет капиллярной и электростатической составляющих. В момент нанесения раствора на бетонную поверхность капиллярная составляющая адгезии равна (0,1-=-0,2)-105 Па. Электростатическая составляющая адгезии в этот момент равна (4-5-5)-105 Па. По мере схватывания бетона капиллярная составляющая стремится к нулю, а электростатическая - к величине (24-^25)-105 Па.

4. Экспериментально установлено, что активация цемента за счет дезинтеграции минеральных частиц при импульсной электромагнитной обработке позволяет увеличить его удельную поверхность: для цемента ПЦ 400 на 21%, для цемента ПЦ 500 - на 13%. Импульсная электромагнитная обработка позволяет повысить выход цементного камня для цемента ПЦ 400 на 12,7%, а для цемента ПЦ 500 - на 10%. При этом прочность пескоцементных образцов, изготовленных на основе активированного цемента, увеличивается. Для образцов на основе цемента марки ПЦ 400 это увеличение составляет примерно 20%, для изделий на основе цемента марки ПЦ 500 - до 6%, для образцов на основе цемента марки ПЦ 600 - 3-^-4%.

5. Экспериментально установлено, что активация цемента за счет дезинтеграции минеральных частиц при импульсной электромагнитной обработке позволяет увеличить адгезию пескоцементных образцов с бетонной поверхностью на 28-е сутки на 14% для ПЦ 400, на 11% - для ПЦ 500 и на 3,3%-для ПЦ 600.

Увеличение адгезии пескоцементного раствора, изготовленного на основе цемента подвергнутого импульсной электромагнитной обработке, с бетонной поверхностью при набрызгбетонировании в подземном строительстве составляет: для ПЦ 400 - 9,1%, для ПЦ 500 - 5%, для ПЦ 600 - 4,6%.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждаются:

- использованием фундаментальных законов о строении кристаллической решетки минералов, основ механики разрушения горных пород и законов электродинамики;

- использованием стандартных методов и оборудования для экспериментального определения прочностных и адгезионных свойств пескоцементных образцов и растворов;

- необходимым и достаточным количеством проведенных экспериментов.

Новизна исследований:

- впервые установлено, что минеральные частицы при дезинтеграции изменяют свой электростатический потенциал;

- впервые изучен механизм дезинтеграции минеральных частиц под действием импульсного электромагнитного поля;

- впервые изучен механизм капиллярной и электростатической составляющих адгезии пескоцементных растворов к бетонной поверхности.

Научное значение работы заключается:

- в установлении закономерности изменения электростатического потенциала минеральных частиц в зависимости от их размера при дезинтеграции;

в теоретическом обосновании механизма разрушения минеральных частиц цемента под действием импульсного электромагнитного поля;

- в установлении закономерности увеличения удельной поверхности цемента при его импульсной электромагнитной обработке;

- в установлении закономерностей изменения капиллярной и электростатической составляющих адгезии минеральных частиц цемента между собой и с бетонной поверхностью, при набрызгбетонировании в подземном строительстве.

Практическое значение работы состоит в разработке способа активации цемента под действием импульсного электромагнитного поля, позволяющего обеспечить приготовление цементационных растворов на основе низкомарочных и, естественно, более дешевых цементов, увеличить прочность бетонных и железобетонных изделий на его основе, увеличить адгезию бетонных растворов к бетонной поверхности при набрызгбетонировании подземных сооружений и качество цементации трещиноватых водонасыщенных скальных пород в подземном строительстве.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработана инструкция по применению ресурсосберегающей технологии изготовления бетонных растворов, а также предложена технология цементации трещиноватых водонасыщенных скальных пород в подземном строительстве на основе низкомарочных цементов при их импульсной электромагнитной обработке.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной конференции «Неделя горняка» в МГТУ в январе 2011 года и на научном семинаре кафедры «Строительство подземных сооружений и шахт» МГТУ.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 статьях в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав и заключения, содержит 29 рисунков, 23 таблицы, список литературы из 140 источников и 5 приложений.

Основное содержание работы

В первой главе показано, что бетон и железобетон - это основные материалы, применяемые в подземном строительстве для долговечного поддержания в устойчивом состоянии подземных сооружений.

В бетонных и железобетонных конструкциях, применяемых в подземном строительстве, в гораздо большей степени, по сравнению с гражданским строительством, происходит старение этих конструкций в связи с наличием внешней агрессивной среды. Железобетон в подземном строительстве главным образом применяется там, где подземные конструкции и сооружения испытывают растягивающие напряжения.

Прочность бетонных и железобетонных конструкций и сооружений в наибольшей степени зависит от прочности цементного камня. В свою очередь, прочность цементного камня в большой степени зависит от состава цемента, качества его обжига, тонкости помола и количества воды, взятой для затворения.

В качестве заполнителя для бетонных и железобетонных конструкций в подземном строительстве применяют каменный материал из прочных и устойчивых к агрессивным средам горных пород.

Основным фактором, определяющим прочность и долговечность бетонных и железобетонных подземных сооружений, является качество цемента, его способность соединять (склеивать) композитные материалы бетона.

Наибольшее распространение в промышленном строительстве, и в первую очередь в подземном строительстве, получил портландцемент.

Его получают путем обжига при температуре 1400-1500° С природного сырья в виде мергелей и искусственной смеси известняка с глиной и другими материалами.

При обжиге этого сырья получается стекловидная масса, которая называется клинкером. Типичный клинкер имеет следующий химический состав: 67% СаО, 22% ЗЮ2, 5% А1203, 3% Ре203 и 3% других компонентов и содержит главные фазы: алит, белит, алюминаты и алюмоферрит.

Основным фактором, определяющим активность цемента, является показатель его удельной поверхности.

Увеличение удельной поверхности портландцемента на 1500+2500 см2/г приводит к его активации и, как следствие, к росту прочности образцов на его основе в 1,2-5-1,3 раза, по сравнению с прочностью образцов на основе цементов обычной тонкости помола. Применение домола цемента до удельной поверхности 5000+6000 см2/г повышает прочность бетона на его основе по сравнению с применением товарного цемента с удельной поверхностью 3000 см2/г при одинаковом расходе цемента на 1 м3 бетона на 50+80% в первые сутки твердения (1+3 суток) и на 36% — через 28 суток.

Расход электроэнергии на доизмельчение одной тонны цемента с целью его 5-ти процентной активации измельчителем-дезинтегратором составляет примерно 5 кВт-ч, что весьма энергоемко.

В этой же главе на основании известных сведений дано описание физико - химических процессов, происходящих с момента затворения цемента водой до образования цементного камня. При затворении цемента водой основные фазы цемента образуют продукты гидратации, которые постепенно затвердевают, превращаясь в цементный камень. Чем тоньше помол цемента, тем более интенсивно происходит процесс гидратации его минеральных частиц,

что в конечном итоге приводит к большей прочности бетонных конструкций и сооружений.

Таким образом, при одинаковом химическом и минеральном составе цемента основными факторами, определяющими степень его активации, являются тонкость помола его минеральных частиц и, как следствие, -величина удельной поверхности, а также форма этих частиц.

Существующие в настоящее время способы активации цемента путем механического его измельчения весьма энергозатратны и дорогостоящи.

В России в настоящее время энергоемкость получения цемента марки ПЦ 400 составляет 32,3 кВт-ч/т, марки ПЦ 500 - 38,5 кВт-ч/т, а марки ПЦ 600 - 42,3 кВт-ч/т.

Из приведенных цифр следует, что для увеличения марочности цемента на 100 единиц необходимо затратить электроэнергии примерно 5 кВт-ч/т, что весьма энергозатратно.

В связи с изложенным для достижения поставленной в диссертации цели необходимо решить следующие задачи:

1. Установить электростатический потенциал минералов, входящих в состав цемента, в зависимости от их размера.

2. Исследовать механизм разрушения минеральных частиц цемента под действием импульсного электромагнитного поля, определить необходимые для этого параметры и оценить при этом изменение удельной поверхности.

3. Исследовать механизм и параметры адгезии пескоцементных смесей к бетонной поверхности на момент их нанесения на эту поверхность и на 3-й, 7-е и 28-е сутки схватывания с поверхностью.

4. Экспериментальным путем установить влияние активации цемента при его импульсной электромагнитной обработке на прочность пескоцементных образцов, изготовленных на его основе.

5. Экспериментальным путем оценить влияние активации цемента после его импульсной электромагнитной обработки на величину адгезии пескоцементных смесей, изготовленных на его основе, к бетонной поверхности на момент нанесения, а также на 3-й, 7-е и 28-е сутки.

6. Оценить величину ресурсосберегающих факторов при использовании импульсной электромагнитной обработки цемента в технологии подземного строительства.

Во второй главе приведены результаты исследования электростатики минеральных частиц цемента при их измельчении. Для этого была рассмотрена кристаллическая структура основных минералов цемента: оксида кремния, оксида кальция и оксида железа.

Оксид кремния.

Из кристаллографии известно, что элементарный кристаллит (ячейка) (БЮг) представляет собой тетраэдр, в центре которого находится катион а в вершинах - анионы О2". Четырехвалентный катион притягивает по одному электрону от каждого из четырех двухвалентных анионов кислорода. В обособленном кремнийкислородном тетраэдре (рис. 1а) на четыре положительных заряда катиона кремния приходится восемь отрицательных зарядов анионов кислорода. Таким образом, обособленный кремнийкислородный тетраэдр имеет нескомпенсированный отрицательный

6

заряд, равный минус 4. В нем отношение положительных зарядов катионов кремния к отрицательным зарядам анионов кислорода равно 4/8=0,5.

Под зарядом будем понимать количество недостающих или избыточных электронов на внешней орбите соответствующих ионов. При их недостатке будет иметь положительный заряд, при избытке - отрицательный.

В горизонтальной плоскости кремнийкислородные тетраэдры соединяются между собой через вершины, образуя гексагональные ячейки тетраэдрического типа (рис. 16). Гексагональные ячейки тетраэдрического типа в горизонтальной плоскости объединяются между собой через внешние вершины тетраэдров, образуя в горизонтальной плоскости сетки (рис. 1 в,г,д,е). В центре горизонтальной сетки находится центральная гексагональная ячейка тетраэдрического типа. Вокруг неё формируются кругами все остальные гексагональные ячейки тетраэдрического типа.

Условимся называть центральную гексагональную ячейку тетраэдрического типа первым рядом. Все последующие гексагональные ячейки тетраэдрического типа, расположенные кругами вокруг центральной ячейки, условимся называть 2-м, 3-м, 4-м и т.д. круговыми рядами.

Количество катионов 8^+в одноэтажной сетке из гексагональных ячеек тетраэдрического типа равно:

^+=6Х, (1)

где Х- количество гексагональных ячеек тетраэдрического типа в одноэтажной сетке.

Обозначим количество круговых рядов в сетке из гексагональных ячеек тетраэдрического типа через «У», а количество гексагональных ячеек тетраэдрического типа в сетке через «X». При этом ряду чисел У= 1,2,3,4,5 и т.д. согласно рис. 1 соответствует ряд чисел Х=1,7,19,37,61 и т.д.

На основании полуэмпирического метода можно показать, что связь между X и У в указанных рядах чисел подчиняются уравнению

Х=ЗУ2-ЗУ+1. (2)

В соответствии с рис. 1, применяя полуэмпирический метод, установлено, что количество анионов О^ в одноэтажной сетке из гексагональных ячеек

тетраэдрического типа зависит от их количества «X» и количества круговых рядов «У» следующим образом:

0^=12Х+6У2 . (3)

Л , г\

Количества катионов и анионов О^" в зависимости от количества

круговых рядов «У» в одноэтажной сетке, состоящей из гексагональных ячеек тетраэдрического типа, с учетом (2) имеют вид:

81^+=6(3 У2-ЗУ+1)=18 У2-18У+6; О?" =12(3 У2 -ЗУ+1)+бУ2=42У2 -36У+12.

(4)

(5)

горизонтали (а,б,в,г,д,е) и по вертикали (ж).

Оксид кальция.

Элементарный кристаллит извести (СаО) представляет собой куб (рис. 2), в центре которого находится катион Са2+, а в вершинах куба находятся анионы кислорода. В обособленном кристаллите оксида кальция (рис. 2) на два положительных заряда катиона Са приходится 16 отрицательных зарядов анионов кислорода О .

Таким образом, обособленный кристаллит оксида кальция имеет нескомпенсированный отрицательный заряд, равный минус 14. Отношение положительных зарядов кальция к отрицательным зарядам кислорода в нем равно 2/16=1/8.

Кубические кристаллиты оксида кальция, аналогично оксиду кремния, соединяются между собой в горизонтальной плоскости, образуя гексагональные ячейки кубического типа. Гексагональные ячейки кубического типа объединяются между собой в горизонтальной плоскости через внешние вершины кубов, образуя сетки.

Как и в случае с сетками для 8Ю2, в одноэтажной сетке из гексагональных ячеек кубического типа для СаО количество катионов Са2+ и анионов О2" равно:

Са2 + =6Х;

О2" =36У2 + 12(Х - У).

6-

Са

(6) (7)

Рис. 2. Элементарный кристаллит СаО. С учетом (2) выражения (6) и (7) примут вид:

Са2+=6(ЗУ2-ЗУ + 1) = 18У2-18У + 6 ; = 36У2 + 1г[(ЗУ2 - ЗУ+) - у]= 72У2 - 48У +12.

(8) (9)

Оксид железа.

Элементарный кристаллит оксида железа Ре203 представляет собой

октаэдр (рис. 3), в центре которого располагается катион Ре-'4", а в вершинах октаэдра находятся анионы кислорода О2".

В обособленном кристаллите оксида железа на три положительных заряда катиона Рс3+приходится шесть отрицательных зарядов анионов О2". Таким образом, обособленный кристаллит оксида железа имеет нескомпенсированный отрицательный заряд, равный минус 9. Отношение положительных зарядов железа к отрицательным зарядам кислорода в нем равно 3/12=1/4.

Рис.3. Элементарный кристаллит РегОз.

В одноэтажной сетке из гексагональных ячеек октаэдрического типа для БегОз количество катионов Ре3+ и анионов О2" равно:

Ре3+ = 6Х; О2" = 18У2 -6У + 8Х.

(10) (П)

Выражения для оценки количества катионов Бе3+ и анионов О2" в одноэтажной сетке из гексагональных ячеек октаэдрического типа в зависимости от количества круговых рядов (У) имеют вид:

=6(ЗУ2 -ЗУ + 1) = 18У2 -18У + 6; (12)

О2" = 18У2 -6У + 8(ЗУ2 -ЗУ + 1) = 42У2 -30У + 8. (13)

Сетки, образованные из гексагональных ячеек тетраэдрического, кубического и октаэдрического типов, по высоте объединяются в этажи.

Количество катионов Са2+ и Ре3+ в частицах оксида кремния,

оксида железа и оксида кальция, сформированных из «п» этажей гексагональными сетками соответственно тетраэдрического, кубического и октаэдрического типов, можно рассчитывать по формулам:

Ы4п +=биХ=6л(ЗУ2 - ЗУ+1)=и(18У2-18У+6); (14)

Са2 + = 6лХ = 6л(ЗУ2 -ЗУ+1) = л(18У2 -18У + 6); (15)

= 6лХ = бл(ЗУ2 -ЗУ+ 1) = л(18У2 -18У + 6). (16)

Положительные заряды катионов +81п4+,+Сап2+,+Реп3+ частиц оксида кремния, оксида железа и оксида кальция в зависимости от их размеров (т.е. в зависимости от параметров «У» и «и») можно определить по формулам:

+8С=(Ч4).Я£*; (17)

+Са^=(+2)-Са2+; (18)

+Ре^=(+3)-Ре^+. (19)

Количество анионов О2" в частицах оксида кремния, оксида кальция и оксида железа, сформированных п - этажными гексагональными ячейками, можно рассчитывать по формулам:

- для оксида кремния

О2- = л(42У2 - 36У +12) - (^ • 6Х ■ 3) - ■ 6Х • 1); (20)

- для оксида кальция

О2- = л(72У2 - 48У +12) - ■ 6Х ■ 4); (21)

- для оксида железа

О2- = л(42У2 -ЗОУ + 8)- ■^■•6(ЗУ2-ЗУ + 1).1 = У2(ЗЗя + 9)-У(21и + 9) + 5л + 3. (22)

Отрицательные заряды анионов О в частицах оксида кремния, оксида железа и оксида кальция в зависимости от их размеров можно определить

путем умножения числа анионов согласно формулам (20), (21) и (22) на число (2).

Рассчитав положительные заряды катионов Si4+, Caz+ и Fe 1 по формулам (17), (18), и (19), а также отрицательные заряды О2" для оксида кремния, оксида кальция и оксида железа по формулам (20), (21) и (22), можно установить для них зависимость отношения отрицательных зарядов анионов к положительным зарядам катионов. В графическом виде такая зависимость приведена на рис.4.

Из указанных формул и рис. 4 следует, что это отношение с увеличением размера частиц цемента с нуля примерно до 0,02-Ю,03 мкм резко снижается, а далее при увеличении размера частиц стремится:

- для оксида кремния к 0,16666;

- для оксида кальция к 2;

- для оксида железа к 1,2222....

Из этого следует вывод: в бетонных смесях схватывание происходит не только за счет гидратации цементных частиц, но и за счет электростатического притяжения их между собой и к каменным материалам заполнителя.

В этой главе также исследован механизм развития микротрещин на поверхности минеральных частиц цемента, имеющих нескомпенсированный заряд, под подвергшийся импульсной электромагнитной обработке (ИЭМО).

При ИЭМО на острие микротрещины возникают растягивающие механические напряжения, которые приводят к её развитию, а в конечном итоге - к разрушению минеральной частицы цемента.

Энергоемкость разрушения твердых упругих тел растягивающими напряжениями примерно в 100 раз меньше, чем сжимающими напряжениями. Отсюда следует, что разрушение минеральных частиц цемента под действием ИЭМО будет примерно в 100 раз менее энергоемко, чем их разрушение сжимающими напряжениями в измельчителях - дезинтараторах.

% а

й S «

g I

0 о

4) С

§ *

S а

1 §

5 45 4 3,5 3 23 2 15 1 Q5 О

1

< \ т

• f 1 Fe^Oj

i ■ < >я ■«г Г L ™С > 5И «¡с 2» ш ж г мм -т т ш< 5

IN т т К 1 Si02

ад 01

02

оз

04

05

Об

07

Размер частицы, мкм

Рис. 4. Зависимость отношения отрицательных зарядов анионов к положительным зарядам катионов от размера минеральных частиц СаО, Ь^Оз, и

Нами получено выражение для оценки механических растягивающих напряжений (ар) на острие микротрещин минеральных частиц цемента под действием ИЭМО:

ар^+ЕП„ (23)

где - количественный заряд электронов на базальной поверхности гексагональной ячейки кристалла (для оксида кремния Л^=60е); 60 - это количество катионов и анионов в обособленной кремнийкислородной гексагональной ячейке тетраэдрического типа, е - заряд электрона, е=1,6-10"19К; е0 - диэлектрическая постоянная вакуума, £о=8,85-10"12Ф/м; Е - напряженность электрического поля при ИЭМО, В/м; П3 - плотность заряда на базальной поверхности кристалла, П3 =Лг3/5'б, К/м2; Бд- площадь базальной поверхности гексагональной ячейки кристалла, м2, для оксида кремния 5,в=758-Ю"20м2.

Зная, что для оксида кремния ар=2-107 Па, а также тот факт, что с учетом эффекта Гриффитса ор примерно в 100 меньше, чем без его учета, можно согласно (23) установить, что напряженность электрического поля при ИЭМО оксида кремния, необходимая для его разрушения, равна к

1,58-105 В/м.

Так как предел прочности на растяжение у других минеральных частиц цемента меньше, чем у оксида кремния, то естественно предположить, что они разрушаются под действием ИЭМО при наличии на их поверхности микротрещин при указанной напряженности электрического поля.

Из изложенного следует вывод: с целью активизации цемента за счет уменьшения размеров его частиц и увеличения при этом их удельной поверхности, а также с целью получения частиц цемента осколочной формы целесообразно применять для этого ИЭМО. Энергоемкость активизации цемента при этом будет не более 0,1 кВт-ч/т, что более чем на два порядка меньше, чем его активизация путем доизмельчения в мельницах-дезинтеграторах.

В третьей главе рассмотрена природа адгезионного взаимодействия минеральных частиц цемента с каменным материалом бетона, а также с бетонной поверхностью. Показано, что адгезия минеральных частиц цемента осуществляется за счет капиллярной и электростатической составляющих.

При этом капиллярная составляющая адгезии максимальна в бетонных растворах на момент их приготовления и укладки в бетонные или железобетонные конструкции и сооружения. Электростатическая составляющая адгезии при этом минимальна. При затвердевании бетона капиллярная составляющая адгезии стремится к нулю, а электростатическая - к своему максимуму.

Вокруг каждой минеральной частицы цемента при приготовлении бетонной смеси формируется диффузионный слой поверх адсорбционного слоя катионов. Таким образом, каждая частица цемента представляет собой мицеллу, состоящую из ядра (собственно цементной частицы), поверх которого формируется адсорбционный слой, а далее диффузионный слой. Заряд ядра мицеллы равен сумме зарядов адсорбционного и диффузионного слоев.

При взаимодействии цементной мицеллы вяжущего раствора с поверхностью бетонного изделия между ними возникают электростатические силы адгезии, которые можно рассчитать по формуле

где В - константа, В=10'28Н-м2; г - радиус цементной частицы, г ~ 2,5-10"5м; Ь -зазор между цементной частицей и поверхностью бетона; величина этого зазора при схватывании вяжущего раствора равна толщине зазора при сухом контакте, который равен Ь ~1,3-10"10 м.

Подставляя приведенные числовые значения в (24), получим электростатическую составляющую адгезионного взаимодействия одной минеральной частицы цемента с поверхностью бетонного изделия.

4 410-2«-2,5-10-5=4)7б4,10-3)Я (25)

3 (1,3.10'10)3

Если отнести полученную силу к миделевому сечению частицы, то получим электростатическую составляющую адгезии Аэ вяжущего раствора при его схватывании с бетонной поверхностью:

Аэ =-5^-= 4'764'10 1П =24,275-Ю5, Па. (26)

яг2 3,14-6,25-10

В момент нанесения вяжущего раствора на бетонную поверхность толщина водного зазора между этой поверхностью и частицей цемента будет равна толщине пленки физической связной воды, т.е. Ь=5-10"7 м. В этом случае согласно (24) сила электростатического взаимодействия будет равна

Р3 Лз,1410 28 •2>5'10 5 =83,73-ИГ15Я, (27)

3 125-10

а величина электростатической составляющей адгезии

А* = 83'73-10"15.п=4,26-10-5,Па. (28)

3,14-6,25-10~1и

По мере схватывашя вяжущего раствора с бетонной поверхностью электростатическая составляющая адгезии будет увеличиваться от Аэ до А3, т.е. с 4,26-10"5Па до 24,2755Па.

Сделаем оценку капиллярной составляющей адгезионного взаимодействия отдельной цементной частицы с плоской поверхностью бетонного изделия. Представим, что минеральная частица цемента имеет сферическую форму. Схема взаимодействия такой частицы с плоской поверхностью через слой жидкости толщиной Ь представлена на рис. 5

Чисто феноменологически, капиллярная составляющая адгезии минеральной частицы к плоской поверхности бетона согласно рис. 5 равна

гу

Рк=271Кса-Нф 2 Рк, 13

где с-поверхностное натяжение воды, о=72.5'10"3 Н/м; р1 и р2 - главные радиусы кривизны жидкостной манжеты; Рк - капиллярное давление, Па

Рк=а

/

1+Л 1Л Н)

(30)

Первое слагаемое в формуле (29) характеризует капиллярную составляющую адгезии, обусловленную поверхностным натяжением жидкости по периметру смачивания Б^. Второе слагаемое характеризует капиллярную составляющую адгезии, обусловленную капиллярным давлением по пятну смачивания.

Если бетонную поверхность считать полностью смачиваемой, что вполне допустимо, то угол 62 —> 0 (рис. 5). В этом случае

Рк=2ето(182|-1ё| + 2) . (31)

Максимальное значение Рк согласно (31) будет достигнуто в том случае, когда а=0 или При этом выражение в скобках формулы (31) будет равно

2, а капиллярная составляющая адгезии цементных частиц вяжущего раствора к плоскости бетонного изделия будет равна

Бк =4та. (32)

Подставляя в (32) значения и г=2,5-10", получим

Рк=4-3,14-2,5 ■ 10"5-72,5 ■ 10_=2,2765 ■ 10"5,Н.

Максимальная величина капиллярной составляющей адгезии при этом будет равна

. рк 2,2765 •1(Г5 Ак=—= —--— = 0,116-10 ,Па.

та 3,14-6,25-10~ш

Таким образом, суммарная составляющая электростатической и капиллярной адгезии цементных частиц вяжущего раствора к поверхности бетонного изделия в момент его нанесения будет равна

А = А'э + Ак = 4,26 -10"5 +0,116 -105 = 0,116 • 10\Па.

плоской твердой поверхностью при наличии жидкой фазы между иими(О1 - краевой угол смачивания минеральной частицы цемента; 62 - краевой угол смачивания поверхности бетона;г ~радиус минеральной частицы цемента; р1 - первый главный радиус кривизны окмдкостной манжеты, это радиус кривизны жидкостной манжеты в произвольной ее точке, он находится в плоскости листа; р2 - второй главный радиус кривизны жидкостной манжеты в этой же точке, он находится в плоскости, перпендикулярном листу; Кс -

радиус смачивания бетонной поверхности жидкостной манжетой)

При схватывании вяжущего раствора с поверхностью бетонного изделия капиллярная составляющая адгезии будет стремиться к нулю, а электростатическая будет равна согласно (26)

Аэ = 24,275-105, Па

Как следует из (26), величина электростатической составляющей адгезии частиц цемента вяжущего раствора к бетонной поверхности обратно пропорциональна квадрату радиуса цементных частиц. Из этого следует практическая рекомендация: для увеличения адгезии вяжущего раствора к бетонной поверхности необходимо обеспечить минимизацию размера цементных частиц.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований по оценке влияния ИЭМО цемента на увеличение его удельной поверхности, изменение выхода цементного камня при различном значении водоцементного отношения, на прочность пескоцементных образцов из него и их адгезию к бетонной поверхности, а также на адгезию к ней пескоцементного раствора.

На основании указанных экспериментальных исследований разработана инструкция по применению ресурсосберегающей технологии бетонных работ и предложена технология цементации трещиноватых водонасыщенных скальных пород в подземном строительстве на основе ИЭМО низкомарочного цемента.

В этой же главе приведены расчеты о возможной экономии арматуры в железобетонных конструкциях, изготовленных на основе цемента после его ИЭМО, без снижения прочности подземных сооружений.

ИЭМО цемента проводилось на установке ГАН-5000 комбинированным полем, включающим три импульса высокой и низкой частоты. Энергоемкость ИЭМО цемента не более 0,1 кВт-ч на тонну цемента.

Установка ГАН-5000 разработана и создана в научно-образовательном центре «Инновационные горные технологии», учрежденном Московским государственным горным университетом (МГГУ) и Институтом проблем комплексного освоения недр (ИПКОН).

Оценка влияния ИЭМО цемента на изменение его удельной поверхности и выход цементного камня проводились в ГУЛ "НИИМосстрой". Результаты изменения удельной поверхности представлены в таблице 1.

Таблица 1. Значение удельной поверхности цемента, смг/г.

ПЦ 400 "Щуровский цемент" - ПЦ 500 "Мальцовскин портландцемент"

Контролиый 3 имп. 6 имп. 9 имп. 12 имп. Контрольный 3 имп. 6 имп. 9 имп. 12 имп.

2654 2717 3200 3212 3221 3293 3303 3411 3630 3641

Как следует из таблицы 1, увеличение удельной поверхности при ИЭМО цемента составляет: для ПЦ 400 примерно 21%, для ПЦ 500 примерно 13%. Завершается увеличение удельной поверхности при 6-ти, 9-ти импульсах.

Увеличение выхода цементного камня после 3-х импульсов ИЭМО цемента максимально при водоцементном отношении равном 2 и составляет для ПЦ 400 - 12,7%, для ПЦ 500 -10%.

Испытания пескоцементных образцов на прочность на 3-й, 7-е и 28-е сутки осуществлялись в лаборатории ЗАО «Триада-Холдинг» по стандартной методике и на стандартной аппаратуре согласно ГОСТ 10180-90.

Для испытаний были приняты цементы: ПЦ400 ОАО «Щуровский цемент», ПЦ500 - ОАО «Воскресенский цементный завод» и ПЦ600 - ЗАО «Белгородский цемент».

Испытания проводились на образцах, изготовленных на основе цементов после их ИЭМО, и на контрольных образцах после 3-х, 7-и и 28-и суток твердения.

Испытания на прочность проводились на прессе БотН-Тев! и молотком Шмидта эда-ЗсЬпшк 2000Ж).

Контрольные и экспериментальные образцы изготовлялись при водоцементных отношениях (В/Ц) равных 0,35; 0,4; 0,5; 0,6.

Процентное значение увеличения прочности экспериментальных образцов по сравнению с контрольными приведено в таблице 2, где оэ -прочность экспериментальных образцов, <т„ - прочность контрольных образцов.

Анализ сведений, приведенных в таблице 2 показывает, что максимальный прирост прочности экспериментальных пескоцементных образцов по сравнению с контрольными образцами имеет место на 3-й и 7-е сутки затвердевания для всех марок цемента.

Таблица 2. Процентное увеличение прочности экспериментальных образцов по сравнению с контрольными. ______

Производитель и марка цемента Отношение аУ ок, %

На 3 сутки На 7 сутки На 28 сутки

ОАО «Щуровский цемент», ПЦ 400 0,35 2,2 21,5 20

0,4 23 28,4 20,9

0,5 20,6 20,9 18,96

0,6 20,4 19,7 19,9

ОАО «Воскресенский цементный завод», ПЦ 500 0,35 22,2 15,3 2,6

0,4 19,3 19,4 6,0

0,5 16,0 13,7 2,7

0,6 15,6 9,1 1,35

ЗАО «Белгородский цемент», ПЦ 600 0,35 13,5 11,8 3,5

0,4 22,1 19,65 0,95

0,5 13,5 9,4 3,8

0,6 22,8 11,15 2,9

На 3-й и 7-е сутки затвердевания для щуровского цемента ПЦ 400 прирост прочности экспериментальных образцов по сравнению с контрольными достигает в среднем 20+25%. Для Воскресенского цемента марки ПЦ 500 этот прирост составляет в среднем 15+20%, а для белгородского цемента марки ПЦ 600 - порядка 12-45%. Для щуровского цемента ПЦ 400 на 28-е сутки затвердевания прирост прочности экспериментальных образцов по сравнению с контрольными составляет примерно 20%, для образцов на основе Воскресенского цемента ПЦ 500 прирост составляет до 6%, а для белгородского цемента ПЦ 600 этот прирост прочности в среднем составляет 3+4%.

Для всех марок цемента прирост прочности экспериментальных образцов по сравнению с контрольными имеет место на 28-е сутки затвердевания при водоцементном отношении равном 0,35+0,4.

Для проведения испытаний на адгезию пескоцементных образцов к бетонной поверхности были взяты 6 видов цементов от различных производителей:

- ЗАО «Михайловцемент», пос. Огсгябрьский, Михайловский р-н, Рязанская обл., ЦЕМ11/А-Ш 32,5Б (ПЦ400).

- ООО «Строймонтаж МС», г. Коломна, Пирочинское шоссе, д. 15, ПЦ400 ДО;

-ОАО «Щуровский цемент», г. Коломна, ул. Цементников, д. 1 ПЦ400 ДО;

-ОАО «Щуровский цемент», г. Коломна, ул. Цементников, д. 1 ПЦ500;

-ЗАО «Мальцовский портландцемент», Брянская обл., г. Фокино, ул. Цементников, д. 1, ЦЕМ 11/А-Ш 42,5Н (ПЦ500);

-ЗАО «Белгородский цемент» г. Белгород, ул. Сумская, площадь Цемзавода, ПЦ600.

Испытанию подверглись контрольные пескоцементные образцы, изготовленные на основе необработанного импульсным полем цемента и пескоцементные образцы, изготовленные на основе цемента после его

17

импульсной электромагнитной обработки (3 импульса) в день замеса пескоцементной смеси и цемента после его ИЭМО за 72 часа до замеса.

Испытания на адгезию проводились согласно ГОСТу 31356-2007 «Смеси сухие строительные на цементном вяжущем. Методы испытаний» в лабораторных условиях ЗАО «Триада-Холдинг».

Из экспериментальной и контрольной партии цемента были изготовлены пескоцементные смеси с водоцементным (В/Ц) отношением 0,4, для приготовления которых использовали воду ГОСТ 23732.

Испытания на адгезию образцов к бетонной поверхности на 3-й,7-е и 28-е сутки проводились в лаборатории ЗАО «Триада-Холдинг» по стандартной методике с помощью установки БУЛА 216 путем отрыва образца от бетонной поверхности.

Анализ результата испытаний образцов, изготовленных на основе цемента марки ПЦ400 в день его ИЭМО, по сравнению с контрольными образцами составляет: после 3-х суток затвердевания в среднем 26,3%; после 7-ми суток -32,3%; после 28-ми суток - 14%.

Для образцов на основе цемента марки ПЦ500 указанное увеличение адгезии составляет: после 3-х суток затвердевания - 9,5%; после 7-ми суток -16,5%;после 28-ми суток - 11,3%.

Для образцов на основе цемента марки ПЦ600 указанное увеличение адгезии составляет: после 3-х суток-4%; после 7-ми суток -2,5%; после 28-ми суток-3,3%.

Увеличение адгезии экспериментальных образцов, изготовленных на основе цемента ПЦ400 спустя 72 часа после его ИЭМО, по сравнению с контрольными образцами составляет: после 3-х суток затвердевания - 27,6%; после 7-ми суток - 32%; после 28-ми суток - 11,5%.

Для образцов на основе цемента марки ПЦ500 указанное увеличение адгезии составляет: после 3-х суток затвердевания - 10,7%; после 7-ми суток -14,2%; после 28-ми суток - 7,9%.

Для образцов на основе цемента марки ПЦ600 адгезия экспериментальных и контрольных образцов практически одинакова.

Анализ приведенных цифр свидетельствует о том, что максимальное увеличение адгезии экспериментальных пескоцементных образцов к бетонной поверхности по сравнению с адгезией контрольных образцов наблюдается после 7-ми суток затвердевания.

Для определения адгезии пескоцементного раствора к бетонной поверхности была спроектирована и изготовлена установка.

Установка представляет собой прямоугольное металлическое основание (0,3x0,1 м) с прикрепленными перпендикулярно основанию опорами, на вершинах которых закреплены шкивы. Через эти шкивы пропущена нить, которая соединяет с одной стороны контейнер для воды, а с другой стороны цилиндр для пескоцементной смеси, диаметром 59 мм.

Для проведения испытаний были взяты 3 вида цементов от различных производителей:

- ЗАО «Михайловцемент», ЦЕМ П/А-Ш 32,5Б (ПЦ400);

- ООО «Строймонтаж МС», ПЦ400 ДО;

- ОАО «Щуровский цемент», ПЦ400ДО.

18

Испытания на адгезию пескоцементного раствора к бетонной поверхности проводились в 3 этапа:

- 1 этап - контрольные пескоцементные смеси, замешанные с использованием необработанного цемента;

- 2 этап - пескоцементная смесь с использованием ИЭМО непосредственно перед замесом смеси;

- 3 этап - пескоцементная смесь с использованием ИЭМО за 72 часа перед замесом цемента.

Каждый этап представлял собой серию испытаний по 10 подходов.

После приведения в контакт бетонного диска с пескоцементным раствором, находящимся в цилиндре, в контейнер для воды из мерного стакана наливалась вода до момента отрыва бетонного диска от пескоцементной смеси.

Зная вес диска и его площадь, вес контейнера для воды и вес влитой в него воды, определяли силу отрыва диска от пескоцементной смеси и на основании этих сведений определяли адгезию диска к пескоцемеитному раствору.

Результаты испытаний приведены в таблице № 3, где А! - адгезия без ИЭМО, А2 - адгезия при замесе раствора сразу после ИЭМО цемента, А3 -адгезия при замесе раствора после 72 часов с момента ИЭМО цемента.

Анализ таблицы 3 свидетельствует о том, что адгезия пескоцементного раствора к бетонной поверхности не зависит от промежутка времени между ИЭМО цемента и замесом раствора. Это свидетельствует о том, что обратимых процессов после ИЭМО цемента не существует.

Таблица 3. Адгезия (А) раствора к бетонной поверхности, МПа

Этап испытаний ОАО "Щуровскнн цемент" ПЦ 400 ООО "Строймонтаж МС"ПЦ400 ■ ЗАО "Михайлспцемс1гг"' ПЦ 400

1 0,140 0,127 0,131

2 0,161 0,134 0,4

3 0,158 0,133 0,136

Увеличение адгезии экспериментального раствора на основе цемента ПЦ 400 по сравнению с контрольным раствором достигает 15%.

Увеличение адгезии экспериментального раствора, изготовленного на основе цемента ПЦ 500, по сравнению с контрольным раствором составляет в среднем 5%, а для раствора, изготовленного на основе цемента ПЦ 600, - 4,6%.

Приведенные результаты экспериментальных исследований показали, что ИЭМО цемента является эффективным и очень малоэнергоемким способом активации цемента. При этом степень активации цемента в большей степени проявляется для цемента с уменьшением его марочности.

В этой же главе сделан расчет возможного снижения расхода арматуры в железобетонных трубах, применяемых для микротоннелирования, изготовленных на основе цемента, подвергнутого ИЭМО.

Результаты расчета выполнены по методике согласно СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения

арматуры. М., 2005» для различных классов бетона при сохранении одинаковой прочности железобетонных труб. Результаты расчета приведены в таблице 4.

Таблица 4. Расход арматуры для различных классов бетонов при заданной прочности.

Класс бетона взо ШК В40 В50 ЩЬЗ'У: В60

Предел прочности на сжатие, МПа 22 25,5 29 32 36 39,5 43

Расход арматуры, кг/м3 5,2 4,8 4 3,5 3 2,7 2,5

Из анализа таблицы 4 следует, что для предыдущего класса бетона с целью приобретения им прочности последующего класса бетона, когда прочность бетона увеличивается от предыдущего класса к последующему в среднем на 10-42%, расход арматуры для железобетонных труб необходимо увеличивать в среднем на 12-^-13%.

При этом из экспериментальных исследований по влиянию ИЭМО на прочность пескоцементных образцов известно, что прочность образцов на основе цемента марки ПЦ 400 с применением ИЭМО увеличивается на 28-е сутки примерно на 20%.

Таким образом, адаптируя методику расчета расхода арматуры для различных классов бетона к расчету арматуры для железобетонных конструкций на основе цемента, подвергнутого ИЭМО, можно утверждать, что расход арматуры при этом можно сократить примерно на 18-К20%, без снижения прочности железобетонных конструкций и сооружений.

Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обоснования и разработки ресурсосберегающего способа активации цемента путем дезинтеграции его частиц при импульсной электромагнитной обработке, позволяющего увеличить его удельную поверхность и тем самым улучшить качество цементации трещиноватых водонасыгценных скальных пород, повысить адгезию растворов на его основе при набрызгбетонировании в подземном строительстве, а также прочность и надежность подземных сооружений.

Основные научные выводы и практические результаты, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Установлены аналитические зависимости изменения положительного заряда катионов и отрицательного заряда анионов основных частиц, составляющих фазы цемента (8Ю2, СаО и Ре203) в зависимости от их размеров.

При увеличении размера частиц цемента от наноразмеров до 0,02-Ю,03 мкм отношение отрицательного заряда анионов к положительному заряду катионов резко уменьшается.

Для СаО это отношение уменьшается от 8 до 2, для Ье20з - от 4 до 1,222, для 8Ю2 - от 2 до 0,166. При дальнейшем увеличении размеров частиц цемента указанные отношения остаются практически постоянными.

2. При импульсной электромагнитной обработке (ИЭМО) цемента его частицы БЮг, имеющие на поверхности микротрещины, будут разрушаться под действием растягивающих напряжений на острие микротрещин при напряженности электрического поля порядка (1+2)-103 В/м. Так как все остальные частицы, входящие в состав цемента, имеют предел прочности на растяжение меньше, чем у БЮг, то при указанной напряженности электрического поля они также разрушатся, что приведет к активации цемента за счет диспергирования его частиц и увеличения удельной поверхности.

3. Получены аналитические зависимости для оценки капиллярной и электростатической составляющих адгезии цементных растворов в момент их нанесения на бетонную поверхность и на конец их твердения. В момент нанесения раствора на бетонную поверхность капиллярная составляющая адгезии примерно равна (0,1+0,15)-105 Па, а электростатическая - порядка (4+4,5)-10"5 Па. На конец твердения бетонного раствора капиллярная составляющая адгезии к бетонной поверхности стремится к нулю, а электростатическая - к величине (24+25)-105 Па.

4. Проведены экспериментальные исследования по влиянию ИЭМО цемента на увеличение его удельной поверхности и изменение выхода цементного камня при различных значениях водоцементного отношения, а также на прочность и адгезию пескоцементных образцов к бетонной поверхности на 3-й, 7-е и 28-е сутки. Увеличение удельной поверхности цемента при его ИЭМО составляет: для ПЦ 400 - 21%, для ПЦ 500 - 13%. Увеличение выхода цементного камня после ИЭМО цемента максимально при водоцементном отношении, равном 2, и равно: для ПЦ 400 - 12,7%, для ПЦ 500 -10%.

Прочность пескоцементных экспериментальных образцов на 28 сутки по сравнению с контрольными увеличивается: для образцов на основе ПЦ 400 примерно на 20%, на основе ПЦ 500 - на 6%, на основе ПЦ 600 - на 3,5%.

Адгезия экспериментальных пескоцементных образцов к бетонной поверхности при замесе раствора в день ИЭМО цемента по сравнению с контрольными на 28-е сутки увеличивается: для образцов на основе ПЦ 400 на 14%, на основе ПЦ 500 - на 11%, на основе ПЦ 600 - на 3,3%.

Адгезия экспериментальных образцов к бетонной поверхности при замесе раствора по истечению 72-х часов после ИЭМО цемента по сравнению с контрольными образцами на 28-е сутки составляет: для образцов на основе цемента ПЦ 400 - 11,5%, для образцов на основе ПЦ 500-7,9%, для образцов на основе ПЦ 600 увеличение адгезии практически не наблюдается.

Увеличение адгезии экспериментального раствора при его нанесении на бетонную поверхность по сравнению с контрольным раствором составляет: для раствора на основе ПЦ 400 -9,1%, на основе ПЦ 500-5%, на основе ПЦ 6004,6%.

5. Разработана инструкция по импульсной электромагнитной обработке низкомарочного цемента с целью приготовления на его основе бетонных растворов, обеспечивающих повышение прочности бетонных и железобетонных конструкций подземных сооружений.

21

6. Предложена технология цементации трещиноватых водонасыщенных скальных пород на основе низкомарочного цемента, подвергнутого импульсной электромагнитной обработке.

Основные положения диссертации опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:

1. Гончаров A.B. Увеличение удельной поверхности частиц цемента при его обработке импульсным электромагнитным полем. // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2007г. -№ 3. -С. 51-56.

2. Гончаров A.B. Экспериментальная оценка влияния магнитно-импульсной обработки цемента на прочность образцов пескоцементной смеси. // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2007г. -№5. -С.77-80.

3. Гончаров A.B. Механизм и параметры разрушения частиц цемента при его обработке импульсным электромагнитным полем. // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2008г. -№3. -С.174-177.

4. Корчак A.B., Гончаров A.B. Оценка параметров адгезии при набрызгбетонировании в подземном строительстве. // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2008г. -№б. -С.5-8.

5. Баклашов И.В., Гончаров A.B. Обоснование нормативного расхода арматурной стали в железобетонных конструкциях в зависимости от марки бетона. // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2010г. —№3. -С.39-43.

6. Гончаров A.B. Исследование влияния импульсной электромагнитной обработки цемента на прочность образцов, изготовленных на его основе, // Горный журнал. -2011г. -№4. -С. 75-76.

7. Гончаров A.B. Влияние импульсной электромагнитной обработки цемента на адгезию строительного раствора. // Горный журнал. -2011 г. -№7. -С. 51-52.

Подписано в печать 28.09.2011г. Формат 60x90/16

Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 983

ОИУП МГГУ, Москва, Ленинский пр., 6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Гончаров, Антон Валерьевич

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Цемент и его активация при измельчении.

1.1.Бето н.

1.2. Цемент.

1.3. Анализ способов активации цемента.

1.4. Современное представление о физико-химических процессах, происходящих с момента затворения цемента водой до образования цементного камня.

1.5. Выводы по главе 1. Цель и задачи исследований.

Глава 2. Исследование электростатики минеральных частиц цемента при их измельчении.1.

2.1 Кристаллическая структура минеральных частиц цемента.

2.2. Оценка величины и знака нескомпенсированного заряда минеральных частиц цемента в зависимости от их размера.

2.3. Оценка возможности активации цемента при дезинтеграции его минеральных частиц под действием импульсного электромагнитного поля.

2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3. Исследование адгезионных процессов в бетонных растворах.

3.1. Физическая сущность адгезионных процессов.

3.2. Качественная характеристика электростатического состояния минеральных частиц цемента.

3.3. Электростатическое взаимодействие минеральных частиц цемента с поверхностью бетона.

3.4. Капиллярная составляющая адгезии цемепнтных частиц бетонного раствора с поверхностью бетонных изделий.

3.5. Выводы по главе 3.

Глава 4. Экспериментальные исследования по влиянию импульсной электромагнитной обработки (ИЭМО) цемента на прочностные и адгезионные свойства пескоцементных образцов и растворов на его основе к бетонной поверхности.

4.1 Установка для импульсной электромагнитной обработки (ИЭМО) цемента.

4.2 Определение влияния ИЭМО цемента на изменение его удельной поверхности и выход цементного камня.

4.3 Методика изготовления пескоцементных образцов для испытания их на прочность.

4.4 Испытания пескоцементных образцов на прочность и их результаты.

4.5 Методика и результаты проведения испытания на адгезию пескоцементных образцов к бетонной поверхности.

4.6 Методика, аппаратура и результаты проведения испытания на адгезию пескоцементного раствора к бетонной поверхности.

4.7. Исследование влияния магнитно-импульсной обработки цемента на экономию арматурной стали в железобетонных конструкциях.

4.8 Инструкция по применению ресурсосберегающей технологии бетонных работ на основе импульсной электромагнитной обработки цемента.

4.9 Технология цементации трещиноватых водонасыщенных скальных пород с использованием ИЭМО цемента при строительстве подземных сооружений.

4.10 Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование и разработка способа дезинтеграции минеральных частиц цемента с целью его активации и ресурсосбережения в подземном строительстве"

Актуальность исследования. Развитие строительной индустрии является стратегической задачей для любой страны. Особо актуальной эта задача является в связи с активным освоением в последние годы подземного пространства мегаполисов. Строительство шахтных стволов, тоннелей, подземных сооружений при освоении подземного пространства мегаполисов в скальных породах зачастую сопряжено с наличием в них высоконапорных подземных вод. Даже незначительный приток подземных вод при подземном строительстве вызывает большие проблемы. Одним из перспективных способов предотвращения водопритока при подземном строительстве является цементация трещиноватых скальных пород.

Кроме предотвращения водопритока цементация трещиноватых водонасыщенных пород позволяет повысить степень устойчивости подземных сооружений.

Задачами строительства подземных сооружений в России активно занимаются видные ученые Н.С. Булычёв, Б.А. Картозия, Г.А. Катков, Д.В. Картузов, A.B. Корчак, В.Е. Меркин, А.Н. Панкратенко, А.Г. Протосеня, Б.И. Федунец, Г.С. Франкевич, A.A. Шилин, М.Н. Шуплик и др.

Прочность и надежность подземных бетонных и железобетонных сооружений зависят от марки применяемого цемента. В России производится в основном цемент марок ПЦ400, ПЦ500, ПЦ600. Цемент марки ПЦ400 используют главным образом в гражданском и промышленном строительстве. Более высокомарочные цементы применяются при строительстве объектов атомной энергетики, в гидротехническом и подземном строительстве.

В среднем энергоемкость производства цемента в России составляет около 40 кВт-ч/т. Таким образом, в настоящее время для производства годового объема цемента в России (прогнозно это около 50 млн. тонн) затрачивается примерно 50-106-40=2-109 кВт-ч электроэнергии. В денежном выражении эти энергозатраты составляют примерно 2-109кВт-ч-2,5 руб/кВт-ч~5-109 руб.

Из приведенных выше цифр следует, что в России производство цемента, особенно высокомарочного, является очень энергозатратным и дорогостоящим процессом. Во всем мире за последние десятилетия большое внимание уделяется вопросу повышения марочности цемента за счет его активации различными способами и техническими средствами.

Вопросами производства и промышленного применения активированных цементов занимались такие известные советские ученые, как Ю.М. Бутт, С.М. Рояк, Г.М. Рущук, Б.Г. Скрамтаев, М.И. Стрелков, А.Е. Шейкин, В.Н. Юнг и многие другие.

Активность цемента зависит от множества факторов. Основным фактором, влияющим на активность цемента, являются показатели удельной поверхности его минеральных частиц. Чем выше эти показатели, тем выше активность цемента.

Увеличение удельной поверхности минеральных частиц цемента при их Л дезинтеграции всего на 2,8% (с 283 до 291 м /кг) повышает его активность на 5%.

Увеличение активности цемента на 5% позволяет получать строительные растворы и бетоны, прочность которых в первые сутки нормального твердения увеличивается до 45%.

Таким образом, относительно небольшое увеличение активности цемента дает ощутимый прирост прочности бетонных и железобетонных конструкций в подземном строительстве.

Для решения задачи активации минеральных частиц цемента при их дезинтеграции необходимо знать физику и энергетику процесса разрушения минералов и горных пород под действием различных физических полей. Вопросами разрушения горных пород и минералов в России занимаются ученые: В.В. Адушкин, В.А. Белин, С.Д. Викторов, С.А. Гончаров, О.М. Гридин, А.П. Дмитриев, С.Н. Журков, В.М. Закалинский, М.Г. Зильбершмидт, H.H. Казаков, Г.Г. Каркашадзе, Г.М. Крюков, Б.Н. Кутузов, В.Ф. Нистратов, А.И. Потапов, Ю.И. Протасов, Н.Я. Репин, В.П. Тарасенко, С.Е. Чирков и др.

Для активации цемента применяют измельчители - дезинтеграторы, для которых характерны большая энергоемкость и себестоимость активации.

Так, расход электроэнергии, затрачиваемой на 5% -ную активацию одной тонны цемента измельчителем - дезинтегратором, составляет 4,3 кВт-ч/т.

Еще одним действенным способом увеличения активности цемента без существенного изменения его дисперсности является изменение формы минеральных зёрен цемента при его помоле. Так, минеральные частицы цемента осколочной формы с острыми углами и сильно развитой конфигурацией взаимодействует с водой более интенсивно, чем минеральные частицы цемента округлённой, галькообразной формы.

Соответственно, и скорость твердения портландцемента с осколочной формой минеральных частиц выше, чем с округлённой. Получение минеральных частиц осколочной формы проблематично для существующей техники измельчения цемента.

Из вышеизложенного следует, что тема диссертационной работы «Обоснование и разработка способа дезинтеграции минеральных частиц цемента с целью его активации и ресурсосбережения в подземном строительстве» является актуальной.

Цель диссертационного исследования заключается в разработке способа активации цемента на основе его малоэнергоемкой импульсной электромагнитной обработки, обеспечивающей разрушение частиц цемента за счет растягивающих и сдвиговых напряжений, получение цементных частиц осколочной (рваной) формы с высокой удельной поверхностью, что, в свою очередь, обеспечивает высокую адгезионную активность бетонной смеси при набрызгбетонировании, повышение прочности подземных бетонных (железобетонных) конструкций и качество цементации трещиноватых водонасыщенных скальных пород в подземном строительстве.

Идея работы заключается в активации низкомарочных типов цемента для получения более высокомарочных путем их импульсной электромагнитной обработки перед изготовлением на их основе цементационного раствора, а также железобетонных конструкций и набрызгбетона в подземном строительстве.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Установлена аналитическая зависимость изменения электростатического потенциала минеральных частиц цемента от их размера.

2. Изучен механизм разрушения минеральных частиц цемента под действием импульсного электромагнитного поля. При этом установлено, что напряженность электрического поля должна быть порядка (1-г2)-105 В/м.

3. Установлено, что адгезия минеральных частиц цемента в бетонных растворах с бетонной поверхностью осуществляется за счет капиллярной и электростатической составляющих. В момент нанесения раствора на бетонную поверхность капиллярная составляющая адгезии равна (0,1-г0,2)-105 Па. Электростатическая составляющая адгезии в этот момент равна (4-^5)-105 Па. По мере схватывания бетона капиллярная составляющая стремится к нулю, а электростатическая - к величине (24-г25)-105 Па.

4. Экспериментально установлено, что активация цемента за счет дезинтеграции минеральных частиц при импульсной электромагнитной обработке позволяет увеличить его удельную поверхность: для цемента ПЦ 400 на 21%, для цемента ПЦ 500 - на 13%. Импульсная электромагнитная обработка позволяет повысить выход цементного камня для цемента ПЦ 400 на 12,7%, а для цемента ПЦ 500 - на 10%. При этом прочность пескоцементных образцов, изготовленных на основе активированного цемента, увеличивается. Для образцов на основе цемента марки ПЦ 400 это увеличение составляет примерно 20%, для изделий на основе цемента марки ПЦ 500 - до 6%, для образцов на основе цемента марки ПЦ 600 - З-И-%.

5. Экспериментально установлено, что активация цемента за счет дезинтеграции минеральных частиц при импульсной электромагнитной обработке позволяет увеличить адгезию пескоцементных образцов с бетонной поверхностью на 28-е сутки на 14% для ПЦ 400, на 11% - для ПЦ 500 и на 3,3% - для ПЦ 600.

Увеличение адгезии пескоцементного раствора, изготовленного на основе цемента подвергнутого импульсной электромагнитной обработке, с бетонной поверхностью при набрызгбетонировании в подземном строительстве составляет: для ПЦ 400-9,1%, для ПЦ 500- 5%, для ПЦ 600 - 4,6%.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждаются:

- использованием фундаментальных законов о строении кристаллической решетки минералов, основ механики разрушения горных пород и законов электродинамики;

- использованием стандартных методов и оборудования для экспериментального определения прочностных и адгезионных свойств пескоцементных образцов и растворов;

- необходимым и достаточным количеством проведенных экспериментов.

Новизна исследований: впервые установлено, что минеральные частицы при дезинтеграции изменяют свой электростатический потенциал; впервые изучен механизм дезинтеграции минеральных частиц под действием импульсного электромагнитного поля; впервые изучен механизм капиллярной и электростатической составляющих адгезии пескоцементных растворов к бетонной поверхности.

Научное значение работы заключается: в установлении закономерности изменения электростатического потенциала минеральных частиц в зависимости от их размера при дезинтеграции; в теоретическом обосновании механизма разрушения минеральных частиц цемента под действием импульсного электромагнитного поля; в установлении закономерности увеличения удельной поверхности цемента при его импульсной электромагнитной обработке; в установлении закономерностей изменения капиллярной и электростатической составляющих адгезии минеральных частиц цемента между собой и с бетонной поверхностью, при набрызгбетонировании в подземном строительстве.

Практическое значение работы состоит в разработке способа активации цемента под действием импульсного электромагнитного поля, позволяющего обеспечить приготовление цементационных растворов на основе низкомарочных и, естественно, более дешевых цементов, увеличить прочность бетонных и железобетонных изделий на его основе, увеличить адгезию бетонных растворов к бетонной поверхности при набрызгбетонировании подземных сооружений и качество цементации трещиноватых водонасыщенных скальных пород в подземном строительстве.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработана инструкция по применению ресурсосберегающей технологии изготовления бетонных растворов, а также предложена технология цементации трещиноватых водонасыщенных скальных пород в подземном строительстве на основе низкомарочных цементов при их импульсной электромагнитной обработке.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной конференции «Неделя горняка» в МГГУ в январе 2011 года и на научном семинаре кафедры «Строительство подземных сооружений и шахт» МГГУ.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 статьях в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав и заключения, содержит 29 рисунков, 23 таблицы, список литературы из 140 источников и 5 приложений.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Гончаров, Антон Валерьевич

4.10 Выводы по главе 4

1. При ИЭМО цемента увеличивается удельная поверхность его частиц за счет их разрушения растягивающими напряжениями. С увеличением количества импульсов удельная поверхность цемента увеличивается по экспоненциальному закону, примерно на 21% для ПЦ 400, на 13% для ПЦ 500 и завершается ее увеличение при 6-г9 импульсах.

2. Импульсная электромагнитная обработка цемента с напряженностью электрического поля (1-г1,5)-105 В/м позволяет увеличить прочность пескоцементных образцов, изготовленных на его основе. Максимальный прирост прочности экспериментальных образцов наблюдается на 3 и 7 сутки затвердевания. Для экспериментальных образцов на основе цемента марки ПЦ 400 этот прирост по сравнению с контрольными образцами на 3 и 7 сутки составляет 20-^25%, для образцов на основе цемента марки ПЦ 500, этот прирост состовляет 15-г20%, а для образцов на основе цемента марки ПЦ 600 - 124-15%.

На 28 сутки затвердевания прирост прочности экспериментальных образцов на основе цемента марки ПЦ 400 составляет, по сравнению с контрольными образцами примерно 20%, для образцов на основе цемента марки ПЦ 500 прирост составляет до 6%, а для образцов на основе цемента марки ПЦ 600 - 3-г4%.

3. Увеличение адгезии экспериментальных образцов, изготовленных на основе цемента марки ПЦ 400 в день его ИЭМО по сравнению с контрольными образцами составляет:

- после 3-х суток затвердевания в среднем 26,3%;

- после 7-ми суток - 32,3%;

- после 28-ми суток - 14%.

Для образцов на основе цемента марки ПЦ 500 указанное увеличение адгезии составляет:

- после 3-х суток затвердевания в среднем 9.5%;

- после 7-ми суток - 16.5%;

- после 28-ми суток - 11.3%.

Для образцов на основе цемента марки ПЦ 600 указанное увеличение адгезии составляет:

- после 3-х суток затвердевания в среднем 4%;

- после 7-ми суток - 2,5%;

- после 28-ми суток - 3,3%.

4. Увеличение адгезии экспериментальных образцов, изготовленных на основе цемента марки ПЦ 400 спустя 72 часа после его ИЭМО по сравнению с контрольными образцами, составляет:

- после 3-х суток затвердевания в среднем 27,5%;

- после 7-ми суток - 32%;

- после 28-ми суток - 11.5%.

Для образцов на основе цемента марки ПЦ 500 указанное увеличение адгезии составляет:

- после 3-х суток затвердевания в среднем 10,7%;

- после 7-ми суток - 14,2%;

- после 28-ми суток - 7,9%.

Для образцов на основе цемента марки ПЦ 600 адгезия экспериментальных и контрольных образцов практически одинакова.

Анализ приведенных цифр свидетельствует о том, что максимальное увеличение адгезии экспериментальных пескоцементных образцов к бетонной поверхности по сравнению с адгезией контрольных образцов наблюдается после 7 суток затвердевания.

5. Разработана и создана экспериментальная установка для определения адгезии пескоцементного раствора к бетонной поверхности.

6. Адгезия экспериментального раствора, изготовленного на основе цемента марки ПЦ 400 и обработанного ИЭМО в день его замеса, по сравнению с контрольным раствором увеличивается в среднем на 9,1%, а увеличения адгезии экспериментального раствора на основе цемента марки ПЦ 400 спустя 72 часа после его ИЭМО в среднем составляет 7,1%.

Увеличение адгезии экспериментального раствора изготовленного на основе цемента марки ПЦ 500, по сравнению с контрольным раствором составляет в среднем 5%, а для раствора, изготовленного на основе цемента марки ПЦ 600 - 4,64%.

Заключение

Диссертация является научно - квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обоснования и разработки ресурсосберегающего способа активации цемента путем дезинтеграции его частиц при импульсной электромагнитной обработке, позволяющем увеличить его удельную поверхность и тем самым улучшить качество цементации трещиноватых водонасыщенных скальных пород, и повысить адгезию растворов на его основе при набрызгбетонировании в подземном строительстве, прочность и надежность подземных сооружений. Основные научные выводы и практические результаты, полученные автором, заключаются в следующем:

1. Установлены аналитические зависимости изменения положительного заряда катионов и отрицательного заряда анионов основных частиц, составляющих фазы цемента (8Ю2, СаО и Ре203), в зависимости от их размеров.

При увеличении размера частиц цемента от нано до 0,02+0,03 мкм отношение отрицательного заряда анионов к положительному заряду катионов резко уменьшается.

Для СаО это отношение уменьшается от 8 до 2, для Ре2Оз от 4 до 1,222, для 8Ю2 от 2 до 0,166. При дальнейшем увеличении размеров частиц цемента указанные отношения остаются практически постоянными.

2. При импульсной электромагнитной обработке цемента (ИЭМО) его частицы 8Ю2, имеющие на поверхности микротрещины, будут разрушаться под действием растягивающих напряжений на острие микротрещин при напряженности электрического поля порядка (1+2)Т05 В/м. Так как все остальные частицы, входящие в состав цемента, имеют предел прочности на растяжение меньше чем у 8Ю2, то при указанной напряженности электрического поля они также разрушатся, что приведет к активации цемента за счет диспергирования его частиц и увеличения удельной поверхности.

3. Получены аналитические зависимости для оценки капиллярной и электростатической составляющих адгезии цементных растворов в момент их нанесения на бетонную поверхность и на конец их твердения. В момент нанесения раствора на бетонную поверхность капиллярная составляющая адгезии примерно равна (0,1+0,15)Т05 Па, а электростатическая - порядка (4+4,5)-10"5 Па. На конец твердения бетонного раствора капиллярная составляющая адгезии к бетонной поверхности стремится к нулю, а электростатическая к величине (24+25)-105 Па.

4. Проведены экспериментальные исследования по влиянию ИЭМО цемента на увеличение его удельной поверхности и изменеие выхода цементного камня при различных значениях водоцементного отношения, а так же на прочность и адгезию пескоцементных образцов к бетонной поверхности на 3, 7 и 28 сутки. Увеличение удельной поверхности цемента при его ИЭМО составляет: для ПЦ 400 - 21%, для ПЦ 500 - 13%. Увеличение выхода цементного камня после ИЭМО цемента максимально при водоцементном отношении равном 2 и равно: для ПЦ 400 - 12,7%, для ПЦ 500-10%.

Прочность пескоцементных экспериментальных образцов на 28 сутки по сравнению с контрольными увеличивается: для образцов на основе ПЦ400 примерно на 20%, на основе ПЦ500 на 6%, на основе ПЦ600 на 3,5%.

Адгезия, экспериментальных пескоцементных образцов к бетонной поверхности при замесе раствора в день ИЭМО цемента по сравнению с контрольными на 28 сутки увеличивается: для образцов на основе ПЦ400 на 14%, на основе ПЦ500 на 11%, на основе ПЦ600 на 3,3%.

Адгезия экспериментальных образцов к бетонной поверхности при замесе раствора по истечению 72 часов после ИЭМО цемента по сравнению с контрольными образцами на 28 сутки составляет: для образцов на основе цемента ПЦ400 - 11,5%, для образцов на основе ПЦ500-7,9%, для образцов на основе ПЦ600 увеличение адгезии практически не наблюдается.

Увеличение адгезии экспериментального раствора при его нанесении на бетонную поверхность по сравнению с контрольным раствором составляет: для раствора на основе ПЦ400 -9,1%, на основе ПЦ500-5%, на основе ПЦ600-4,6%.

5. Разработана инструкция по импульсной электромагнитной обработке низкомарочного цемента с целью приготовления на его основе бетонных растворов, обеспечивающих повышение прочности бетонных и железобетонных конструкций подземных сооружений.

Предложена технология цементации трещиноватых водонасыщенных скальных пород на основе низкомарочного цемента, подвергнутого импульсной электромагнитной обработке.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Гончаров, Антон Валерьевич, Москва

1. Адушкин В.В., Спивак A.A. Подземные взрывы. — М.: Наука, 2007.

2. Акунов В.И. Современное состояние и тенденции совершенствования молотковых дробилок и мельниц // Строительные и дорожные машины. -1995. -№> 1.-С.11-13.

3. Акунов В.И. Струйные мельницы // 2-е изд. М.: Машиностроение, 1967. -ISBN.

4. Андреев Е.Б., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. -М.: Недра, 1980. -ISBN.

5. Андреев Е.Б., Товаров В.В., Перов В.А. Закономерности измельчения и исчисления характеристик гранулометрического состава. М.: Металлургиздат, 1959. - ISBN.

6. Артамонов A.B., Гаркави М., Кушка В.Н. Гранулометрический состав портландцементов центробежно-ударного измельчения // Цемент и его применение. 2007. - № 2. -С.67-69.

7. Артамонова М.В., Рябухин А.И., Савенков В.Г. Практикум по общей технологии силикатов. М.: Стройиздат, 1996. -ISBN.

8. Баклашов И.В:, Гончаров A.B. Обоснование нормативного расхода арматурной стали в железобетонных конструкциях в зависимости от марки бетона. ГИАБ. -№3. -2010. -С.39-43.

9. Банит Ф.Г., Несвижский O.A. Механическое оборудование цементных заводов. М.: Машиностроение, 1975. - ISBN.

10. Банит Ф.Г., Малыгин А.Д. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов. М.: Стройиздат, 1979. -ISBN.

11. Бапат Д.Д. Повышение качества цемента с использованием современных процессов помола // Цемент и его применение. -1999. № 2. - С.8-10.

12. Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. -М.: Машиностроение, 1981. ISBN.

13. Белин В.А. и др. Результаты разработки и полигонных испытаний нового поколения гранулитов, обеспечивающих повышение безопасности и эффективности взрывных работ, выпуск №103/60. -М.: ЗАО "МВК по взрывному делу при АГН".- 2010.- С. 117-123.

14. Берк Г., Фишер Х.А., Вайбадт К.Х. Опыт эксплуатации первой мельницы LM 56.3+3 в Турции // Цемент. Известь. Гипс. -№ 1. -2008. -С.36-40.

15. Биннер И., Ассмус Р., Щеголев Е.В. Технология измельчения и классификации шлака // Цемент и его применение. -№ 5. -2006. -С. 31-36.

16. Богданов В.Н., Несмеянов Н.П., Пироцкий В.З., Морозов А.И. Механическое оборудование предприятий строительных материалов -Белгород.: БелГТАСМ, 1998.17.