Производство цемента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пуццолановым портландцементом называют вяжущее, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера нормированного минерального состава (ГОСТ 22266-76 с изм.), кислой активной минеральной добавки (ОСТ 21-9-81) и двуводного гипса (ГОСТ 4013-82). Содержание трехкальциевого алюмината в клинкере для производства этого цемента должно быть не более 8%

В этом цементе допускается следующее содержание активных минеральных добавок: осадочного происхождения - не менее 21 и не более 30%; вулканического происхождения, обожженной глины, глиежа или топливной золы - не менее 25 и не более 40%.

Гипс вводят в пуццолановый портландцемент для регулирования сроков схватывания. Содержание его зависит от качества портландцементного клинкера и не должно превышать 3,5% в пересчете на S03.

Для пуццоланового портландцемента целесообразнее всего применять кислые минеральные добавки повышенной активности. Использование малоактивных добавок вызывает необходимость увеличения их содержания в цементе для полного связывания выделяющейся при гидратации клинкера Са(ОН) 2. В ряде случаев это нежелательно, так как неизбежно значительное снижение прочности пуццолаиового портландцемента, особенно в первые сроки твердения.

При помоле пуццоланового портландцемента, по соглашению между поставщиком и потребителем, допускается введение пластифицирующей или гидрофобизирующей добавки.

Пуццолановый портландцемент изготовляют обычно на цементных заводах с полным технологическим циклом, т.е. там, где получают портландцементный клинкер. Такие заводы отличаются от заводов, вырабатывающих портландцемент, наличием в цехе помола отделения, предназначаемого для дробления и сушки добавок.

После дробления и сушки активные минеральные добавки подают в отдельный бункер перед мельницей. Отсюда они через дозатор-питатель поступают в мельницу, где размалываются совместно с клинкером и гипсом. При этом производительность многокамерных шаровых мельниц вследствие более легкой размалываемости гидравлических добавок осадочного происхождения обычно на 5-10% выше, чем при помоле портландцемента. Раздельный помол клинкера и добавок менее выгоден, так как трудно добиться их хорошего смешения и получить однородный продукт.

Учитывая, что перевозить портландцементиый клинкер и немолотые активные (гидравлические) добавки удобнее и дешевле, чем готовый цемент, в местах значительного потребления пуццоланового портландцемента (например, на строительстве крупных гидротехнических сооружений) часто экономически целесообразно организовывать его производство на специальных дробилы-помольных установках. Иногда при этом используют местные активные добавки, что позволяет дополнительно снизить стоимость готового цемента.

Так как многие активные минеральные добавки (особенно диатомиты, трепелы) отличаются высокой влажностью и вязкостью, их следует дробить в молотковых самоочищающихся дробилках. Для дробления мягких добавок с высокой влажностью применяют также валковые дробилки с зубчатыми или рифлеными валками; Для дробления более плотных материалов - щековые и молотковые дробилки. Минеральные добавки измельчают до кусков размером не более 10-15 мм при одновременной их сушке в дробилке дымовыми газами. Мелкокусковые материалы сушат в аппаратах, работающих по принципу псевдоожиженного слоя и характеризующихся высокой эффективностью, или в менее экономичных сушильных барабанах. Клинкер и гипс дробят на тех же установках, что и при изготовлении портландцемента.

После дробления клинкер, минеральную добавку и гипс направляют в соответствующие расходные бункера, откуда в строго установленном соотношении они равномерно и непрерывно поступают в шаровую мельницу. Для помола применяют обычно трубные мельницы, работающие по открытому или замкнутому циклу. Для ускорения процесса помола цемента можно вводить не более 1% специальных добавок (поверхностно-активные, уголь и др.), не ухудшающих качество цемента. Пуццолановый портландцемент размалывают до остатка на сите №008 не менее 85%

При схватывании и твердении пуццоланового портландцемента протекают процессы гидратации клинкерной составляющей и взаимодействия продуктов гидратации с активной минеральной добавкой. В начальный период преимущественное развитие получают гидролиз и гидратация клинкерных зерен. В результате этих первичных процессов образуются гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция.

Наличие активной пуццолановой добавки качественно не меняет характера взаимодействия клинкерных минералов с водой. Однако скорость гидролиза и гидратации C3S, C2S и других минералов возрастает. Это объясняется, прежде всего, тем, что в тесте из пуццоланового портландцемента на единицу массы клинкера приходится больше воды, чем в тесте из портландцемента. Таким образом, происходит более быстрая гидратация зерен клинкера. Кроме того, активная добавка, связывая гидроксид кальция в нерастворимые соединения, снижает его концентрацию в водном растворе твердеющей цементной массы и тем ускоряет гидролиз содержащихся в клинкере силикатов кальция.

Реакции между продуктами гидратации клинкера и активными компонентами гидравлической добавки - вторичные процессы. Они заключаются прежде всего во взаимодействии Са(ОН)<, с активным кремнеземом добавки и образовании гидросиликатов с общей формулой CSH(B), по Р. Боггу или С-S-Н(1), по X. Тейлору: тСа(ОН) о+ +Si02aiu-+ftH20=mCaO. Si02-pH20.

В данном случае при обычных температурах в зависимости от концентрации оксида кальция в водной среде образуются соединения с основностью 0,8-1,5, т.е. (0,8-1,5) CaO-Si02-pH20. Как отмечалось ранее, возможно также образование гидрогеленита 2СаО-А1203Х XSiOa-8HaO.

Окончательный состав продуктов твердения пуццоланового портландцемента в значительной степени зависит от вида и состава активной добавки, ее содержания в пуццолановом портландцементе и условий твердения.

При наличии в пуццолановом портландцементе гипса образуется гидротрисульфоалюминат кальция ЗСаОХ XAl2O3-3CaSO4 - (30-32) H20. Его образование в начальной стадии взаимодействия клинкерных частичек с водой способствует замедлению схватывания цемента. В дальнейшем это соединение, по-видимому, разлагается с переходом трехсульфатной формы в односульфатную ЗСаО-А12Оз-Са504*12Н20 и с выделением гипса CaS04-2H20.

При гидратации пуццоланового портландцемента новообразования выделяются преимущественно в субмикроскопическом гелевидном состоянии, что отражается на технических свойствах цементного камня (повышенные показатели деформаций ползучести и усадки)

Ангидритовый цемент применяют для устройства бесшовных полов и подготовки под линолеум, для изготовления штукатурных и кладочных растворов различных марок, легких бетонов с неорганическими и органическими заполнителями, тяжелых бетонов, а также для получения искусственного мрамора. Конструкции и изделия на основе этого вяжущего нельзя использовать при относительной влажности воздуха более 60 - 70%.

Отделочный ангидритовый цемент получают одно-или двукратным обжигом маложелезистого гипсового камня совместно с активизаторами при 600-750°С и последующим тонким его помолом. Сырьем для него служит гипс, содержащий не менее 98,5% CaS04-2H20 и не более 0,05% оксида железа и 0,5% карбонатов.

Гипс вначале обжигают при 180-200°С, затем пропитывают раствором алюмокалпевых квасцов. Их берут в количестве 3-4,5% по массе гипса и предварительно растворяют в воде, нагретой до 80°С. В этом растворе гипс выдерживают 1-2 ч. Далее вторично обжигают при 650-700°С в течение 3-4 ч и измельчают до остатка 0-1% на сите №02 и не более 5-10% на сите №008.

Отделочный цемент можно готовить также обжигом двуводного гипса при 600-750°С с последующим затворением измельченного в порошок ангидрита растворами квасцов, буры и других солей из расчета 2-3% сухой соли по массе ангидрита. Но при прочих равных условиях такой цемент будет хуже цемента двукратного обжига.

Коэффициент отражения (степень белизны) цемента в порошке не менее 90% Из него готовят отделочные растворы, архитектурно-строительные изделия, а также искусственный мрамор в виде штукатурок и плит. Изделия обычно полируют, покрывают воском или парафином, что придает им блестящую поверхность и защищает от атмосферных воздействий.

Гидрофобный цемент

Гидрофобный цемент изготовляют путем введения небольших количеств специальных гидрофобных добавок (мылонафты, оленковой кислоты и др.) при помоле клинкера. При этом на цементных зернышках образуются тончайшие адсорбционные слои, как бы «намасливающие» каждое зернышко цемента, благодаря чему цемент приобретает ряд практически важных свойств.

В силу негигроскопичности гидрофобный цемент способен сохранять свою активность даже при длительном хранении во влажных условиях. При непосредственном кратковременном соприкосновении с водой гидрофобный цемент не комкуется. При перемешивании с водой в присутствии песка, щебня и других заполнителей адсорбционные слои, обволакивающие цементные частицы, как бы сдираются, и полученная смесь образует однородный, пластичный, нормально твердеющий строительный раствор или бетон. Гидрофобный цемент применяют в светлых цементных облицовках и штукатурках для уменьшения их запыляемости, для гидроизоляционных штукатурок, в бетонах для дорог.

Пластифицированный цемент

Пластифицированный цемент представляет собой обыкновенный силикатцемент, содержащий тот или иной пластификатор. Применение его дает удобообрабатываемые бетоны и растворы и позволяет экономить цемент до 8-10%. Увеличивает морозостойкость и водонепроницаемость бетона

Глиноземистым цементом называется быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, состоящее преимущественно из низкобсновных алюминатов кальция и получаемое тонким измельчением обожженной до плавления или спекания сырьевой смеси извести (известняка) и бокситов. По ГОСТ 969-77, в глиноземистый цемент можно вводить до 1% добавок, не ухудшающих его качество.

Глиноземистый цемент все чаще применяют в строительстве как в чистом виде, так и в качестве компонента расширяющихся, быстротвердеющих, огнеупорных и других специальных вяжущих веществ.

По предложению П.П. Будникова, можно получать ангидритоглиноземистый цемент с 25-30% ангидрита. Иногда в глиноземистый цемент вводят до 20-30% кислого доменного гранулированного шлака. Это способствует улучшению некоторых технических свойств глиноземистого цемента (уменьшению экзотермии, усадки и др.), а также снижает его стоимость. Разновидностью глиноземистого цемента является также глиноземисто-белитовый цемент.

Химический состав глиноземистых цементов подвержен значительным колебаниям. Так, содержание основных оксидов колеблется в следующих пределах, %: А1203 -30-50; СаО - 35-45; SiO, -5-10; Fe203 - 5-15.

Минеральный состав глиноземистых цементов представлен преимущественно низкоосновными алюминатами кальция СаО-А1203 и СаО-2А1203, которые и обусловливают его свойства как быстротвердеющего вяжущего вещества. При этом главная роль принадлежит однокаль-циевому алюминату СА; количество 12СаО-7А1203 и СА2 в обычных цементах невелико; первый из них присутствует в высокоизвестковых цементах, второй - в малоизвестковых, используемых в производстве огнеупорных бетонов и изделий.

Однокальциевый алюминат в смеси с водой гидрати-руется и, твердея, дает камень высокой прочности. Двенадцатикальциевый семиалюминат, который иногда представляют формулой 5СаО-ЗА1203, в смеси с водой быстро схватывается и твердеет. Прочность его достигает вначале значительной величины, а с течением времени снижается. Однокальциевый двухалюминат, содержащийся в обычных цементах примерно в пределах 20 - 30°/о, при твердении характеризуется высокой прочностью, но нарастающей относительно медленно.

Обычно в глиноземистых цементах содержится небольшое количество p-C2S, характеризующегося, как известно, медленным твердением, а также геленит 2СаО Al203-Si02, практически не взаимодействующий с водой при обычных температурах. Эти компоненты ухудшают вяжущие свойства глиноземистого цемента, и особенности гелеыит, который связывая глинозем з инертное вещество, уменьшает содержание активных алюминатов кальция в вяжущем, поэтому содержание SiCh» сырье должно ограничиваться минимальными пределами (до 4-5%).

Оксиды железа в глиноземистых цементах представлены обычно в виде твердых растворов от C,; A2F до C2F. Нежелательно присутствие CaO-Fe203 и свободных оксидов железа, не обладающих вяжущими свойствами.

Наконец, в глиноземистом цементе присутствует небольшое количество оксида магния, обычно в виде магнезиальной шпинели MgO-Al203, а иногда периклаза MgO или окерманита 2Ca0-Mg0-2SiQ2. При образовании шпинели качество цемента ухудшается, так как оксид алюминия связывается в неактивное соединение. Нежелательно также присутствие щелочных и сернистых соединений, ухудшающих свойства цемента.

Глиноземистый цемент должен иметь тонкость помола, характеризуемую остатком на сите №008 не более 10%, Марки глиноземистого цемента, определяемые по ГОСТ 310.4-81, через 3 сут 400, 500;, 600. Сроки схватывания глиноземистого цемента: начало-не ранее 30 мин, конец - не позднее 12 ч.

Бетоны на глиноземистом цементе морозостойки и более стойки по сравнению с портландцементом против выщелачивающей коррозии, а также к растворам сульфата кальция и магния, морской и болотной воде, растворам сахара, животным и растительным маслам. Однако глиноземистый цемент быстро разрушается даже слабыми растворами солей аммония и щелочей. Его нельзя применять в щелочных средах и смешивать с известью или портландцементом.

Учитывая дефицитность сырья (бокситов,) и значительную стоимость глиноземистого цемента, его выпускают в сравнительно небольших количествах (менее I% от общего выпуска цемента), а применяют при возведении бетонных конструкций, которые необходимо быстро ввести в эксплуатацию, для срочных аварийных и ремонтных работ, а также для тампонирования нефтяных и газовых скважин, футеровки шахтных колодцев и туннелей и т.п.

На основе глиноземистого цемента в смеси с жаростойкими заполнителями изготовляют бетоны, которые хорошо сопротивляются действию высоких температур (1000°С и выше). Глиноземистый цемент используют также для получения расширяющихся цементов.

Романцементом называют продукт тонкого помола обожженных не до спекания чистых и доломитизированиых мергелей, содержащих не менее 25% глинистых примесей. В романцемент для регулирования его свойств можно вводить до 5% гипса различных модификаций, а также до 15% активных минеральных добавок.

Сырьем для производства романцемента служат мергели - природная смесь углекислого кальция и глин. Наиболее желательны мергели с таким соотношением между известняковой и глинистой частями, при котором в процессе обжига не до спекания получается продукт, не содержащий свободного оксида кальция. В романцементе весь оксид кальция должен быть связан в силикаты, алюминаты и ферриты кальция, Этого обычно достигают при применении мергелей со сравнительно невысоким содержанием в них углекислого кальция, характеризующихся гидравлическим модулем 1,1-1,7.

Кроме химического состава сырья на качество романцемента в значительной мере влияют структура мергелей, характер и равномерность распределения в них различных примесей, дисперсность кварцевых и других включений.

Производство романцемента в основном заключается в добыче мергеля, его дроблений на куски требуемого размера, обжиге и последующем помоле обожженного материала.

Обжиг при малом содержании в сырье углекислого магния ведут при 1000-1100 0С, магнезиальные мергели обжигают при 800 - 900°С. Более высокая температура может вызывать пережог MgO и неравномерное изменение конечного продукта в объеме. При обжиге - мергеля происходит диссоциация углекислого кальция и магния, при этом активно проходят реакции в твердом состоянии. В результате оксид кальция почти полностью связывается в силикат кальция C2S, алюмосиликат C2AS, алюминаты кальция СЛ и С5А3, феррит C2F и алюмоферрит кальция QAF, придающие романцементу способность к гидравлическому твердению.

Обжиг ведут в основном в шахтных и во вращающихся печах. Расход условного топлива на обжиг в шахтных пересыпных печах 12-14% по массе получаемого продукта.

В романцементе нормального обжига обычно нет свободного оксида кальция или он содержится в незначительном количестве (до 2-3%).

Романцемент следует измельчать до прохождения через сито №02 не менее 90% материала и через сито №008 не менее 75% по массе просеиваемой пробы. Рациональнее измельчать продукт до прохода через сито №008 не менее 93-95% материала для улучшения вяжущих свойств.

Твердение романцемента обусловлено гидратацией тех соединений, которые образовались при обжиге. При этом возникают гидросиликаты кальция группы CSH(B) при отношении СаО: SiО2 в пределах 1,2-1,5, трехкальциевый гидроалюмиыат СзАНа, двух- и трех-кальциевый гидроферрит' C2FH».

Гипс в романцементе взаимодействует с алюминатами кальция и переводит их в эттрингит ЗСаО-А12Оз, ЗСаБО^-ЗШаО.

Истинная плотность романцемента 2,6- 3 г/см3. Плотность в рыхлом состоянии 800-1000 кг/м3, в уплотненном - 1000-1300 кг/м3.

По стандарту начало схватывания должно наступать не ранее 20 мии, а конец схватывания не позднее 24 ч после затворения водой.

Равномерность изменения объема при твердении романцемента определяют, выдерживая образцы-лепешки в парах кипящей воды, а также испытанием их в автоклаве.

По стандарту романцемент выпускают марок 25, 50, 100 и 150. Марки определяют по значению предела прочности при сжатии кубов, изготовленных из жесткого раствора состава 1: 3 (по массе) и испытываемых через 28 сут комбинированного хранения (7 сут во влажной среде и 21 сут в воде).

Строительные растворы и бетоны на романцементе отличаются от полученных на гидравлической извести более высокой стойкостью при эксплуатации во влажных условиях и при попеременном увлажнении и высушивании.

Применяют романцемент для изготовления бетонов низких марок и растворов, используемых при возведении наземных и подземных частей зданий, а также в производстве стеновых камней и мелких блоков, особенно методом пропаривания.

Список использованной литературы

пуццолановый строительный гипс портландцемент

1. Волженский, А.В. Минеральные вяжущие вещества: Учебник для вузов: 4-е изд., перераб. и доп. / А.В. Волженский. - М.; М.: Стройиздат, 1986. - 464 с.

2. 6. Буров Ю. С, Колокольников В.С. Лабораторный практикум по курсу «Минеральные вяжущие вещества». М.: Стройиздат, 1974, с. 180.

3. 27. Пащенко А.А., Сербии В.П., Старчевская В.А. Вяжущие материалы. Киев: Вища школа, 1975, с. 440.

4. Воробьев В.А., Комар А.Г. Строительные материалы Учеб. для вузов. - М.: Стройиздат, 1971. - 496 с., ил.

Размещено на Allbest.ru