El hormigón de alto rendimiento surgió de los cambios en la distribución granulométrica debidos a la tecnología de molienda. En la sociedad moderna, es una poderosa herramienta para el desarrollo de la construcción. No sólo es un material de construcción esencial, sino también una pasta de cemento. La densidad de esta pasta varía en función del tamaño de las partículas y de las propiedades del cemento. En consecuencia, podemos alterar las características del cemento, como el tamaño de sus partículas, que es clave para cambiar su rendimiento. Sin embargo, la densidad de empaquetamiento de las partículas de cemento está directamente relacionada con el desarrollo de la tecnología moderna de molienda. Esta conexión dio lugar a experimentos sobre el tamaño de las partículas de cemento. Ahora estudiamos diferentes características de las partículas para que el cemento se adapte mejor a nuestras necesidades de construcción. Este esfuerzo representa nuestro afán de mejora y progreso.
01 Análisis de la distribución granulométrica del cemento
Seleccionamos cuatro nuevos procesos de molienda de cemento como temas de investigación:
Prensa de rodillos + separador en V + circuito abierto molino de bolas
Prensa de rodillos + separador en V + molino de bolas de circuito cerrado
Molino vertical como proceso final de molienda
Molino vertical + molino de bolas en circuito cerrado
Medimos la finura mediante análisis granulométrico y utilizamos la expresión Rosin-Rammler-Bennett para calcular el coeficiente de uniformidad y el tamaño de partícula característico. Esto nos ayudó a analizar la distribución del tamaño de las partículas. También utilizamos un analizador láser del tamaño de las partículas para realizar otras mediciones.
Los resultados de la investigación lo demuestran:
(1) La distribución de las partículas de cemento de estos cuatro procesos es más uniforme que la de los molinos de bolas de circuito abierto tradicionales. El proceso de prensa de rodillos + separador en V + molino de bolas de circuito abierto puede controlar la uniformidad mediante la colaboración entre los componentes. Otras pruebas demuestran que la distribución uniforme de las partículas ayuda a controlar la viscosidad y la durabilidad del cemento. Por lo tanto, permite controlar mejor el uso y la eficacia del cemento.
(2) Estos cuatro procesos mejoran la tasa de utilización eficaz del cemento. La molienda mecánica altera las propiedades del cemento, lo que confiere a estos procesos buenas perspectivas de utilización y desarrollo.
(3) Añadir un sistema de premolienda (prensa de rodillos + separador en V) a la molienda tradicional en molino de bolas reduce la diferencia en la distribución del tamaño de las partículas entre los sistemas de circuito abierto y cerrado. Clarifica las características del cemento y combina fórmulas antiguas y nuevas para obtener efectos más pronunciados. Esto mejora la vida útil y crea fuertes perspectivas de desarrollo.
(4) El producto de un molino vertical como proceso final de molienda tiene una distribución granulométrica similar a los sistemas que combinan una prensa de rodillos o un molino vertical con un molino de bolas.
02 Resultados de la investigación
Cuando se utiliza la molienda mixta, las cenizas volantes (que se muelen fácilmente) tienden a concentrarse en partículas más finas, mientras que la escoria (más difícil de moler) se concentra en partículas más gruesas. El resultado es una menor densidad de empaquetamiento del polvo seco. La molienda por separado produce un cemento con menor contenido en partículas gruesas y ligeramente insuficiente en partículas finas. El aumento de la superficie específica de los materiales mezclados afecta significativamente a la distribución de las partículas y aumenta la densidad de empacado del polvo seco.
Existe una buena correlación entre la distribución del tamaño de las partículas y la densidad de empaquetamiento en la pasta de cemento. A medida que aumenta el coeficiente de uniformidad de las partículas, la densidad de empaquetamiento en la pasta disminuye linealmente. En los sistemas de molienda mixta, la pasta con cenizas volantes tiene una densidad de empaquetamiento mayor, mientras que la pasta con escoria tiene una densidad de empaquetamiento menor. En la molienda separada, el aumento de la superficie específica de los materiales mezclados mejora significativamente la densidad de la pasta.
Cuando el contenido de material mezclado es fijo, una mayor densidad de empaquetamiento en la pasta conduce a una mayor resistencia. Comparación de los dos métodos de molienda:
Para el cemento con cenizas volantes molido por separado a 400 m²/kg de superficie específica, la resistencia es inferior a la molienda mixta con el mismo contenido.
Para el cemento con escoria, la molienda separada produce mejor resistencia que la molienda mixta.
Además, el cemento con cenizas volantes tiene peor compatibilidad con los aditivos que el cemento con escoria. A medida que aumenta el contenido de material mezclado, aumenta la demanda de agua para obtener una consistencia estándar, el tiempo de fraguado se prolonga considerablemente y disminuye el agua ligada químicamente a diferentes edades. En general, el cemento molido por separado tiene mejores propiedades mecánicas, y el cemento con escoria se comporta mejor que el cemento con cenizas volantes.
03 Aplicación del cemento molido en la vida cotidiana
El cemento es un material de construcción vital, pero su producción consume una cantidad significativa de energía. Hoy en día, con las prioridades de conservación de energía y reducción de emisiones, es crucial minimizar el uso de energía y obtener al mismo tiempo productos de alto rendimiento.
La distribución granulométrica del cemento es un factor clave que afecta a su rendimiento. Optimizar esta distribución permite que el cemento tenga un mejor rendimiento y satisface la demanda de producción de cemento de bajo consumo energético. Dos aspectos importantes son la distribución en diferentes rangos de tamaño de partícula y el empaquetamiento global de las partículas.
Este estudio exploró ambos aspectos. Basándonos en ello, optimizamos la distribución del tamaño de las partículas de cemento y propusimos un nuevo modelo para el empaquetamiento hermético inicial de las partículas de cemento. La investigación sobre el desarrollo de la resistencia a través de diferentes tamaños de partículas revela que la resistencia proviene del intercrecimiento, la conexión y la hidratación de las partículas de cemento y sus productos, creando resistencia a las fuerzas externas.
El tamaño de las partículas de cemento está directamente relacionado con la velocidad y el grado de hidratación. Los distintos tamaños se hidratan a velocidades muy diferentes. Entre todas las partículas, las comprendidas entre 3-32 μm dominan el desarrollo de la resistencia. La distribución dentro de este rango debe ser continua, con un contenido total no inferior a 65%. Investigaciones posteriores muestran que las partículas entre 16-24 μm son particularmente importantes - cuantas más, mejor.
Las partículas menores de 3 μm se hidratan muy rápidamente, algunas incluso durante la mezcla, por lo que sólo benefician a la resistencia inicial. Las partículas entre 32-60 μm tienen un grado de hidratación bajo, mientras que las partículas mayores de 60 μm tienen una actividad mínima y actúan sobre todo como relleno. Así, un mayor contenido por encima de 32 μm significa un menor aprovechamiento del clínker y un peor rendimiento del cemento.
El estudio del desarrollo de la fuerza revela:
Las partículas en el rango de (0, 3) μm desarrollan resistencia rápidamente pero no alcanzan la resistencia más alta a los 3 días. Su resistencia puede incluso encogerse a los 28 días. El contenido debe limitarse, idealmente por debajo de 10%.
Las partículas en el rango de (3, 16) μm proporcionan la mayor resistencia a los 3 días.
Las partículas en el rango de (16, 32) μm proporcionan la mayor resistencia a los 28 días.
En general, las partículas en el rango de (3, 32) μm son cruciales para el desarrollo de la resistencia - cuantas más, mejor. Las partículas en el rango de (32, 64) μm contribuyen poco a la resistencia temprana, pero su resistencia a largo plazo (después de 180 días) alcanza o incluso supera la del rango de (3, 32) μm. Para el desarrollo de la resistencia a largo plazo, este rango es esencial, idealmente no inferior a 10%.
Las partículas mayores de 64 μm desarrollan su fuerza muy lentamente. Su contenido debe restringirse, idealmente por debajo de 5%. El análisis teórico y los resultados experimentales confirman que la dimensión fractal es un parámetro característico factible para la distribución del tamaño de las partículas. Se correlaciona bien con otros parámetros.
En las condiciones experimentales dadas:
Con un índice de uniformidad n=1, al aumentar el tamaño de partícula característico X de 16μm a 32μm, la dimensión fractal D disminuyó de 2,50 a 2,27.
Con un tamaño de partícula característico X=29μm, al aumentar el índice de uniformidad n de 0,6 a 2,2, la dimensión fractal D disminuyó de 2,73 a 0,21.
Con un índice de uniformidad n=1, al aumentar la superficie específica S de 324 m²/kg a 405 m²/kg, la dimensión fractal D aumentó de 2,28 a 2,36.
La curva de Fuller, que describe el empaquetado óptimo, no puede cumplir los requisitos de distribución para diferentes rangos de tamaño de partícula. Da lugar a un exceso de polvo fino. Podemos sustituir las partículas finas inferiores a 16μm y las gruesas superiores a 45μm por aditivos activos como cenizas volantes o polvo de escoria. Esto aumenta el contenido del rango clave (16, 45) μm que más contribuye a la resistencia, optimizando la distribución granulométrica y ahorrando clínker de cemento.
Proponemos un nuevo modelo de empaquetamiento hermético inicial de partículas de cemento: el modelo LH. Su tamaño máximo de partícula es de 60μm, y el mínimo de 0,6μm. Las partículas menores de 3μm no deben superar los 5%, y las partículas en el rango de (3, 32) μm deben superar los 70%. La simulación por ordenador muestra que el modelo LH tiene una proporción de huecos de 27,9%. Cumple los requisitos de rendimiento a la vez que mantiene una baja porosidad.
04 Resumen
Con los avances en la tecnología de molienda, la calidad del cemento ha mejorado progresivamente. Las diferentes granulometrías del cemento determinan su aplicación. La ampliación de la gama de tamaños de partículas permite una utilización variada en función de la densidad, lo que impulsa el desarrollo del cemento hacia una nueva tendencia. Esto crea más oportunidades de avance, promueve la urbanización y acelera el progreso. En consecuencia, el desarrollo de la tecnología de molienda del cemento sigue siendo ampliamente adoptado y utilizado.
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