Способы производства цемента, свойства, твердение, коррозия цементного камня и меры защиты от нее
Портландцементом называют порошкообразный материал, полученный в результате совместного помола клинкера, продукта спекания известково-глинистой смеси при температуре 1400 – 1500оС, гипса и минеральных добавок
Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80%).
Портландцемент - продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой (3-5 %) гипса.
Клинкер представляет собой зернистый материал (в виде порошка или гранул), полученный обжигом до спекания (при 1450оС) сырьевой смеси, состоящей в основном из карбоната кальция (различных видов известняков) и алюмосиликатов (глин, мергеля, доменного шлака и др.).
Основные свойства портландцемента обусловливаются составом клинкера.
Качество клинкера определяет все свойства портландцемента; добавки же, вводимые в цемент, лишь регулирует его свойства. Качество клинкера зависит от его химического и минерального состава, тщательности подготовки сырьевой массы, условий проведения ее обжига и режима охлаждения.
Сырье для получения портландцемента.
В качестве сырья при производстве портландцемента карбонатно-глинистую горную породу чистые известняки и глину в соотношении 3 : 1, а также карбонатно-глинистую горную породу - мергели, с корректировкой состава до заданного.
В большинстве случаев необходимое сочетание пород получается искусственным путем.
В этом случае в качестве карбонатных пород используются:
- известняки,
- мел,
- известковые ракушечники;
в качестве глинистых
- глины,
- глинистые сланцы,
- лёссы,
- доменные шлаки;
кроме того, в состав сырьевой смеси вводятся различные корректирующие добавки, например гипс.
Гипс необходим для регулирования сроков схватывания.
С увеличением количества гипса увеличиваются (замедляются) сроки схватывания. Однако максимальное количество вводимого гипса регламентируется химическим составом портландцемента.
Производство портландцемента.
Производство портландцемента состоит из следующих процессов:
- добычи сырья (известняк, глина или мергель) и доставки его на завод;
- подготовки сырья и смеси (измельчение сырьевых материалов и приготовление из них однородной смеси заданного состава);
- обжига смеси (подготовленной массы при температуре 1400 – 1500оС до спекания) - получения клинкера;
- измельчения клинкера (охлаждение и помола) с добавками (небольшим количеством гипса и добавок) - получения цемента.
Учеными установлено, что при дополнительном вводе в сырьевую смесь хлорсодержащих добавок, например, хлорида кальция, температура спекания смеси снижается до 1000 – 1200оС. Такая технология была названа низкотемпературной, или солевой.
По характеру подготовки сырья и приготовления полученный алинитовый цемент обладает всеми теми же свойствами, что и рядовой портландцемент. Однако повышенное содержание ионов хлора вызывает опасность коррозии арматуры, снизить которую можно или за счет защиты арматуры красочными составами, или введением специальных добавок, ингибиторов коррозии стали, в бетон.
По характеру подготовки сырья и приготовления смеси различают мокрый и сухой способы изготовления цемента.
При мокром способе (помол и смешивание сырья проводят в присутствии воды до получения однородного 60% шлама) сырье дробят и размалывают без дополнительной подсушки. Весьма часто помол осуществляют с добавлением воды, глину размешивают в специальных емкостях - болтушках. Смесь готовят тщательным перемешиванием жидких молотых смесей в шламбассейнах.
В этом случае подготовленная смесь - цементный шлам - содержит до 40 % и более воды.
При сухом способе (материалы измельчают, подсушивают и смешивают в сухом виде) тонкое измельчение исходного сырья - помол - осуществляют в сухом состоянии. Тщательное смешивание производят в специальных смесителях.
В строительстве наиболее распространен мокрый способ, при котором удается достичь хорошей гомогенности сырьевой смеси, что в конечном итоге обусловливает получение цемента с более высокими и стабильными качествами. В связи с созданием оборудования, обеспечивающего хорошую гомогенизацию в смеси тонкомолотых порошков, сухой способ как более экономичный (не требующий теплоты на испарение воды) и, следовательно, перспективный находит все большее применение.
Обжиг клинкера.
Химический и минералогический состав клинкера
Обжиг подготовленного сырья сопровождается сложными физическими и физико-химическими процессами, в результате которых из исходным компонентов образуется спекшийся материал КЛИНКЕР, состоящий в основном из минералов:
Минеральный состав клинкера.
Основные минералы клинекера:
- алит,
- белит,
- трехкальциевый алюминат;
-алюмоферрит кальция.
- 3СаО*SiO2 (C3S) – трехкальциевый силикат – алит (45 – 60%);
- 2СаО*SiO2 (C2S) – двухкальциевый силикат – белит(10 – 30%);
- 3СаО*Al2O3 (C3A) – трехкальциевый алюминат – целит (5 – 12%);
- 4СаО*Al2O3*F2O3(C4AF) – четырехкальциевый алюмоферрит (10 – 20%) – стекловидная застывшая масса.
Химический состав клинкера определяется содержанием оксидов (% по массе), причем главные из них:
- СаО -63- 66,
- SiО2 - 21-24,
- А1203 - 4-8,
- Fe203 - 2-4;
их суммарное количество составляет 95-97%.
В небольших количествах в виде различных соединений могут входить MgO, S03, Na2О и К2О, а также ТiO2, Сг203, Р2О5. В процессе обжига, доводимого до спекания, главные оксиды образуют силикаты, алюминаты, алюмоферриты кальция в виде минералов кристаллической структуры, а некоторые из них входят в стекловидную фазу.
Алит 3CaO-Si02 (или C3S*) – самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и другие свойства портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45-60 °С.
Алитпредставляет собой твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2-4 %) MgO, А1203, Р205, Сг203 и других примесей, которые могут существенно влиять на структуру и свойства.
Белит2CaO-Si02 (или C2S) – второй по важности и содержанию (20-30%) силикатный минерал клинкера. Он медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительном твердении портландцемента. В интервале между нормальной температурой и 1500 °С существует пять кристаллических форм двухкальциевого силиката.
Белит в клинкере представляет собой твердый раствор В –двухкальциевого силиката (В – C2S) и небольшого количества (1-3%) А1203, Fe203, MgO, Сг203.
Обжиг смеси производится во вращающихся печах, представляющих собой металлические цилиндры, обложенные внутри огнеупорной футеровкой. Печь укладывают на специальные катки с небольшим уклоном к поверхности земли, за счет чего по мере вращения сырьевая смесь продвигается по печи от приподнятого конца к опущенному. Длина печи достигает 180 м, а иногда доходит до 250 м, диаметр – до 6 м. По мере продвижения смесь подсушивается, скатывается в шарики и под действием высокой температуры (1450…1500 °С) спекается в гранулы размером 5…20 мм и более. Затем гранулы охлаждаются сначала в печи, в зоне охлаждения, впоследствии – в специальных устройствах – холодильниках.
Существует и достаточно прогрессивный способ обжига клинкера. В печи силикатный расплав заменен расплавом на основе хлористого кальция. Существенно снижается температура обжига (1100 … 1150 °С), в 3 .. .4 раза облегчается помол, но в цементе появляется минерал – алинит, содержащий алюмохлоридсиликат кальция. Этот цемент быстрее твердеет в начальные сроки.
Остывший клинкер подвергают размолу чаще всего в шаровых мельницах, представляющих собой металлические цилиндры диаметром до 3,5 и длиной до 15 … 20 м, которые выложены изнутри бронированными плитами. Мельницы имеют 2 … 3 камеры, отделенные друг от друга металлическими перегородками с отверстиями для прохождения размалываемого материала.
Размол клинкера и постепенное продвижение размалываемого материала обеспечиваются при вращении за счет наклона мельницы. По выходе из шаровой мельницы портландцемент подают на склад в силосы, где он остывает и выдерживается некоторое время, достаточное для стабилизации.
Твердение и основные свойства портландцемента
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|