Технологія виробництва портландцементу

Властивості портландцементу

Дійсна густина r_ц портландцементу становить 3100-3300 кг/м³ і залежить від мінералогічного складу. Насипна густина r_онц=1050-1380 кг/м³, залежить від часу вилежування, ступеня помелу. Активність цементу, оцінювана за міцністю при стиску R_ст половинок зразків-балочок 4·4·16 см, розчину складу 1:3:0. 4 (відповідно, цемент, пісок із Мк=2.5, вода за масою) у віці 28 діб водного збереження при t=20°C - залежить від мінералогічного складу клінкеру, ступеня помелу.

Швидкість наростання міцності залежить від температури, вологості, мінералогічного складу і тонкості помелу. Зі збільшенням тонкості помелу і температури збереження в межах 20-80°C міцність зростає.

Морозостійкість і корозійна стійкість портландцементу залежать від водоцементного відношення (В/Ц) і мінералогічного складу. Чим менше В/Ц, тим стійкість вище, тому що пористість менше. Найменш морозостійкі і корозієстійкі цементи з підвищеним вмістом алюмосилікатів кальцію і лугів. Морозостійкість збільшують уведенням поверхнево-активних або повітровтягувальних добавок.

Тонкість помелу цементу за залишком на ситі 008 не більш як 15%, що в абсолютних значеннях відповідає - (250-300 м²/кг). Нормальна густота портландцементу 25-35%.

Сировина для виробництва портландцементу складається з 70-78% CaCO3 і 22-30% глинистої речовини. Гірські породи такого складу (мергелі) зустрічаються рідко. Тому для готування сировинної суміші (шихта) використовують 2 і більше компоненти (вапняк, мергель, глина, діатоміт, глинозем, доменні шлаки, нефеліновий шлам).

Технологічний процес виробництва складається з таких основних операцій: видобуток компонентів, підготування сировинних матеріалів і коригувальних добавок, готування сировинної суміші, висушування, випалювання, помел клінкеру з гіпсом, а іноді з добавками.

Залежно від готування сировинної суміші розрізняють два основних способи виробництва портландцементу: мокрий і сухий. При мокрому способі сировинні матеріали подрібнюють і змішують з водою, суміш у вигляді вихідного шламу W=30-40% висушують і випалюють в обертових печах; при сухому способі матеріали подрібнюють, змішують з водою (W=4-8%) і випалюють. Останнім часом почали застосовувати комбінований спосіб виготовлення сировинної суміші, за яким сировинну суміш виготовляють за мокрим способом, потім збезводнюють і готують гранули, що випалюють за сухим способом.

Кожний із способів має свої недоліки і переваги.

Розвитку сухого способу перешкоджає низька і неоднорідна якість клінкеру, проблеми пилюки на всіх стадіях переробки.

У даний час найбільш передовим і перспективним є спосіб одержання портландцементу - шляхом випалювання клінкеру в сольовому розчині хлоридів. При цьому способі реакційне середовище в печі випалювання (силікатний розплав t =1500 °С) замінене сольовим розплавом на основі CaCl₂ (t=1150°С). Головна перевага - істотне зниження енерговитрат при випалюванні. Недоліком є низька корозійна стійкість арматури в бетоні на цьому цементі.

6.7. Спеціальні види портландцементу

До спеціальних відносять такі види портландцементу: портландцемент швидкотверднучий – ШТЦ (особливошвидкотверднучий – ОШТЦ, надшвидкотверднучий - НШТЦ); шлакопортландцемент; швидкотверднучий шлакопортландцемент;; білі і кольорові портландцементи; сульфатостійкий; дорожній; спеціальний; гідрофобний; пуцолановий тощо.

Швидкотверднучий портландцемент одержують із сировини, що містить мінімальну кількість шкідливих домішок (MgО, SO₃, ін.). У ньому підвищений вміст C₃S і C₃A. Вміст активних мінеральних добавок не перевищує 10%. Тонкість помелу не менше 3500 см²/г. Міцнісні показники для марок повинні відповідати таким даним:

Границя міцності при стиску, у МПа, через 3 доби для марки М400 - 25; марки М500 - 28.

Шлакопортландцемент містить 20-80% гранульованого доменного або электротермофосфорного шлаку, частина шлаку (до 10%) може бути замінена на активні мінеральні добавки або золи ТЕС.

Швидкотверднучий шлакопортландцемент, одержують при більш тонкому помелі цементу і при меншому вмісті шлаку (до 50%). Міцність при стиску марки М400 у віці 3 діб - 20 МПа.

Шлакопортландцемент має повільніше наростання міцності в перші терміни твердіння, зрівнюється або набирає велику міцність у більш тривалі терміни у порівнянні з відповідними портландцементами. Рекомендується при монолітному масивному бетонуванні, а також при тепловологовому й автоклавному способах виготовлення залізобетонних виробів. Має підвищену сульфато- і водостійкість.

Сульфатостійкий портландцемент - має підвищену стійкість до впливу водної і сульфатної агресії. Досягається нормованим мінералогічним складом C₃S не більш 50%; C₃A не більш 5% і сума C₃A+C₄AF не більш 22%. Випускається декількох видів: сульфатостойкий портландцемент із мінеральними добавками, сульфатостійкий шлакопортландцемент. Вимоги в основному ті самі.

Пуцолановий портландцемент - випускають марок М300 і М400. Його одержують шляхом спільного помелу клінкеру 70-55% і 25-40% активних мінеральних добавок і гіпсу. Клінкер не повинен містити понад 8% C₃A.

Білий портландцемент одержують із сировинних матеріалів, що мають мінімальну кількість барвних оксидів (Fe, Mg, Cr). Як паливо використовують газ або мазут. Помел цементу тонший. Залишок на ситі 008 не більше 12%.

Основна властивість білого цементу - ступінь білизни. За цією властивістю білий цемент випускають трьох сортів I, II, III. Ступінь білизни визначають за коефіцієнтом відбиття в % абсолютної шкали за допомогою фотометра ФМ-58. I сорт не менш як - 80, II- 75, III- 68%.

Кольорові портландцементи одержують, змішуючи білий цемент із барвним пігментом.

Червоні, жовті, коричневий цементи одержують із використанням оксидів заліза (охри, залізного сурику, гематиту), чорний - діоксиду марганцю, вуглецевих пігментів, зелений - оксиду хрому, флотаційнного пігменту, блакитний – кобальту, ультрамарину. Вимоги до пігментів: вони повинні бути луго- - і світлостійкими, не повинні містити домішок, що знижують морозостійкість і міцність цементного каменю.

Недоліками білого і кольорових цементів є дорожча технологія помелу, повільна швидкість твердіння, корозійна стійкість і велика усадка.

Пластифікований портландцемент - різновид портландцементу, що містить добавку - пластифікатор (ЛСТ) у кількості 0,15-0,25% за масою. Введення надлишкової кількості добавки погіршує якість цементу (розшаровуваність, дуже повільне твердіння, скидання міцності). Оптимальна кількість добавки знижує водопотребу і витрату цементу (10-15%), збільшує морозостійкість.

Гідрофобний портландцемент - характеризується зниженими мікроскопічністю і капілярним всмоктуванням, що дозволяє при тривалому збереженні у вологих умовах зберігати цементу активність і сипкість. Як гідрофобна добавка використовується милонафт (0,1-0,25%), асидол-милонафт (0,08-0,12%). Вид добавки й оптимальну кількість встановлюють експериментально для кожного виду бетону. Бетони і розчини, що виготовляються на гідрофобному цементі, мають підвищену пластичність, легкоукладність, водонепроникність і морозостійкість.

Властивості регламентуються ТУ 21-20-51-83. Тонкість помелу характеризується більш як 88% проходження часток крізь сито 008.

Дорожній портландцемент - призначений для виготовлення плит і покриттів, автомобільних доріг і аеродромів. Він має підвищену міцність при вигині, на удар і високу морозостійкість. Це досягається високим вмістом C₃S і C₄AF при C₃А<8%. Допускається вводити до 15% доменного гранульованого шлаку і пластифікуючі добавки.

Тампонажний портландцемент - призначений для цементування (бетонування) свердловин.

Портландцемент для виробництва азбестоцементних виробів не повинен містити активних мінеральних добавок. Мінералогічний склад: C₃S > 52%; 3<C₃А<8%. Тонкість помелу не менше 220 м²/кг і не більш як 320 м²/кг.

6.8. Шлак і шлаколужні цементи

Шлак - побічний продукт металургійних плавильних процесів, а також процесу спалювання твердого палива. Шлаки поділяють на металургійні, паливні і синтетичні. У свою чергу металургійні бувають доменні, мартенівські, бесемерівські, томасівські, електросталеплавильні тощо. Їх використовують для виробництва шлакопортландцементу, шлаколужних цементів і як заповнювачі в бетонах. Деякі види доменних та інших шлаків використовують для виготовлення шлакоситалів.

Паливні шлаки застосовують як заповнювачі для бетонів і розчинів шлакозолоцементів.

Шлаколужні цементи являють собою гідравлічні в'яжучі речовини, одержувані шляхом спільного помелу гранульованого шлаку з лужним компонентом або замішування меленого шлаку розчинами сполук лужних металів: натрію і калію.

Як лужний компонент застосовуються сполуки лужних металів.

Терміни тужавлення цих цементів залежать від природи лужного компонента, його концентрації, хімічного складу шлаку і ступеня склуватості.

Недоліком шлаколужного в'яжучого є “високоутворення”, як наслідок надлишку лугу й утворення на поверхні кристалів Na₂SO₄. Для зв'язування лугу вводять глини в природному або випаленому стані.

Відповідно до технічних умов шлаколужний цемент випускається марок 400, 500, 600, 700, 800, 900 і 1000.

Випускається декоративний шлаколужний цемент марок 200, 300 і 400.

Використовуються шлаколужні цементи для готування бетонів і розчинів із заданими властивостями, спроможними працювати в більш агресивних середовищах, ніж бетони на портландцементі.

6.9. Глиноземисті цементи

Глиноземистий цемент - швидкотверднуче високоміцне в'яжуче, одержуване шляхом тонкого здрібнювання клінкеру, що містить переважно низькоосновні алюмінати кальцію (CA; CA₂; C₂AS). Одержують клінкер спіканням сировинної суміші вапняку (СаСО₃) і бокситу (Al₂O_{3 *} nH₂O) при температурі 1300°С-1400°С. Боксити є цінною сировиною для одержання алюмінію, тому вартість глиноземистого цементу висока, а його випуск обмежений. Розроблено спосіб виплавки чавуну і шлаку, що утворює клінкер глиноземистого цементу, у доменній печі.

Через структурні переходи, температура твердіння глиноземистого цементу не повинна бути вище 25°С. При температурах 15-20°С глиноземистий цемент надзвичайно швидко набирає міцність. Марки глиноземистого цементу, у віці 3 доби: 400, 500, 600. Портландцемент має цю міцність у віці 28 діб.

При настільки швидкому твердінні глиноземистий цемент має нормальні терміни тужавлення: п.туж. - 30 хв., к.туж. - 10 год. Він має велике тепловиділення (250-370 кДж/кг), має високу корозійну стійкість у сульфатній, морській і вуглекислій водах.

Глиноземистий цемент застосовують у спеціальних спорудженнях, при нагальних ремонтних і відбудовних роботах, для виготовлення жаростійких бетонів і розчинів. Він необхідний компонент розширних, напружувальних цементів.

Розширні цементи, мають контрольоване розширення, що у щільних умовах викликає самоущільнення цементного каменю і бетону.

Ці цементи є багатокомпонентними, непроникні не тільки для води, але і для нафтопродуктів.

Водонепроникний розширний цемент, складається з глиноземистого цементу (70%), гіпсу (20%), високоосновного гідроалюмінату кальцію (10%).

Гіпсоглиноземистий розширний цемент – високоглиноземистий клінкер 70%, двоводний гіпс (30%). Розширюється при твердінні у воді.

Розширний портландцемент - складається з портландцементного клінкеру (58-63%); глиноземистого шлаку (5-7%); гіпсу (7-10%); доменного гранульованого шлаку (23-28%). Розширний портландцемент, відрізняється швидким твердінням, високою щільністю і водонепроникністю цементного каменю.

6.10. Речовини автоклавного твердіння

В’яжучі речовини автоклавного твердіння набирають міцність і водостійкість при витримці 2-20 годин в автоклаві (середовище насиченої водяної пари при температурі 174,5-200°С і тиску пари 0,9-1,3 МПа).

Це тонкомелені порошки, що містять дві головні частини: вапно (СаО) і кремнеземний компонент (SiO2).

За складом вихідних матеріалів їх підрозділяють, за П.І. Боженовим, на такі групи в’яжучих автоклавного твердіння: а) силікатні - складені з вапна і кварцового піску; б) шлакові - складені з металургійних або паливних шлаків;

в) зольні - складені із зол різноманітного походження: від спалювання твердого мінерального палива; зол горючих сланців.

Переважна більшість заводів використовує вапняно-піщані суміші. Для умов Донбасу автоклавні матеріали мають величезне значення, тому що дозволяють утилізувати величезну кількість промислових відходів, виготовляючи потрібну високоякісну продукцію.

Дата добавления: 2014-01-07