Физико-химические процессы, объясняющие получение клинкера во вращающейся печи.

Обжиг шлама осуществляется во вращающейся печи - это большой цилиндр под углом. Смесь продвигается вниз. Условно печь разделяется на 6 температурных зон:

1. Зона испарения (t до 200^оС)

2. Зона подогрева (t до 500-600^оС) - выгорание органики, дегидратация глинистых минералов (удаление хим. связанной воды), разложение глины

3. Зона кальцемирования (t=1200^оС)

Разлагается СaCo₃ (эндотермический процесс)

4. Зона экзотермических реакций (t=1300^оС) - СаО и оксиды, разложившиеся из глины (S, А, F) вступают в хим. реакции

5. Зона спекания - происходит частичное расплавление массы (небольшая доля) и в расплаве известь полностью усваивается оксидами глины с образованием четырех главных минералов клинкера: C₃S C₂S C₃A C₄AF

6. Зона охлаждения (t=1000^оС)

Из трубы по путям клинкер попадает в холодильник, где подвергается резкому охлаждению.

!!! В клинкере не должно остаться СаО!!!

После холодильникаà отлеживатся на складе (магазинирование)à структуры минералов становятся устойчивыми

 

Минеральный состав портландцементного клинкера, характеристики клинкерных минералов и их влияние на свойства портландцемента.

Минеральный состав клинкера:

1) 3СаО*SiO₂ (С₃S) – трехкальциевый силикат (алит) - в составе цементов 45-60%

Свойство: быстрота твердения

2) 2CaO*SiO₂ (С₂S) – двухкальциевый силикат (белит) – в составе цемента 15-40%

Свойство: медленный набор прочности в раннем возрасте, в позднем – сравнивается и даже превосходит алит

3) 3СаО*Al₂O₃ (С₃А) - трехкальциевый алюминат - в составе цемента 5-15%

Свойство: умеренная скорость набора прочности

4) 4СаО*Al₂O₃*Fe₂O₃ (С₄AF) - четырехкальциевый алюмоферит - в составе цемента 10-20%

Все клинкерные минералы характерисуются экзотермическими реакциями водой. По количеству выделяемого тепла их можно расставить в убывающем порядке:

C₃F (867Дж/г) > C₃S (502Дж/г) > C₄AF (419Дж/г) > C₂S (206Дж/г)

 

Получение портландцемента, назначение и действие добавки гипса, вводимой при помоле клинкера.

Гипс добавляется для регулирования сроков схватывания, для замедления схватывания цемента.

3CaO*Al₂O₃ + H₂O = 3CaO*Al₂O₃*6H₂O (+Q) – гидратация (присоединение воды), очень интенсивно.

Добавка гипса хорошо реагирует с:

3CaO*Al₂O₃ + CaSO₄*2H₂O + H₂O = 3CaO*Al₂O₃*3CaSO₄*32H₂O (эттрингит)

Эттрингит препятствует доступу воды («броня»)

 

Технические свойства портландцемента.

- это тонкодисперсный порошок.

Свойства:

1) нормальная густота цементного теста - определяется с помощью прибора Вика, пестик не должен доходить до пластинки на 5-7мм

2) тонкость помола – характеризуется остатком на сите 0, 08, выраженном в % - не должно быть > 15%

3) сроки схватывания – определяются с помощью прибора Вика

начало – не раньше 45 минут

конец – не позже 10 часов

5) равномерность изменения объема – 3 часа кипятят в воде лепешки из теста, они не должны растрескаться

6) марка по прочности устанавливается изготовлением и испытанием балочек 4х4х16см на изгиб и на сжатие; они состоят из цементно-песчаного (1: 3) раствора; после суточного твердения над водой – 27 дней в воде

Марка: ПЦ400 – цифра – предел при сжатии в кг*с/см² (от 400 до 600)

!!! НЕДОСТАТОК – при твердении дает большие усадкиà трещины;

дорого

 

Твердение цементного теста. Состав и строение цементного камня.

Процессы, происходящие при твердении:

1) 3CaO*SiO₂+H₂O=3CaO*2SiO₂*3H₂O+3Ca(OH)₂

(алит+вода=авфиллит+портландит)

2) 2CaO*SiO₂+4H₂O=3CaO*2SiO₂*3H₂O+Ca(OH)₂

3) Взаимодействие трехкальциевого алюмината с водой приводит к образованию гидроалюмината кальция (самая быстрая реакция)

3СаО*Al₂O₃+6H₂O=3CaO* Al₂O₃*6H₂O

4) При добавлении гипса обрузется эттрингит:

3СаО*Al₂O₃+3CaSO₄*6H₂O+26H₂O=3CaO*Al₂O₃*3CaSO₄*32H₂O

5) Четырехкальциевый алюмоферрит при взаимодействии с водой расщепляется не гидроалюминат и гидроферрит:

4СаО*Al₂O₃*Fe₂O₃+H₂O=3CaO*Al₂O₃*6H₂O+CaO* Fe₂O₃*nH₂O.

Цементный камень сосоит из:

CSH- гидросиликат кальция

CAH- гидроалюминат кальция

CFH- гидроферит кальция

Ca(OH)₂- портландит (большие кристаллы)

ГСАК- гидросульфоалюминат кальция - эттрингит

+гелевые поры, контракционные поры, капиллярные поры, воздушные поры.

 

Скорость твердения цементного камня зависит от ряда факторов:

1. тонкость помола

2. От количества воды затворения (чем меньше, тем выше скорость)

3. От температуры

4. От минерального состава цемента (алитовый цемент быстрее, чем белит)

5. От введения добавок, ускоряющих твердение

Коррозия цементного камня и способы замедления процессов разрушения камня.

Коррозия делится на 3 группы. Они отличаются механизмом разрушения камня.

1 вид: вода проникает в камень через поры. Растворяет в камне легкорастворимые части и вымывает их из камня.

Коррозия «выщелачивания». Камень может потерять до 30% своей начальной прочности.

2 вид: вода проникает через поры в цементный камень и приносит с собой растворенные в ней химические соединения. Они вступают в хим. реакцию с составными частями камня.

Образуются легкорастворимые соединения, которые вымываются на поверхность:

Ca(OH)₂+HCl=CaCl₂+H₂O

Ca(OH)₂+CO₂+H₂O=Ca(HCO₃)

3 вид: вместе с водой, проникающей в камень, через поры попадают сульфаты, которые реагируют с остальными частями камня с образованием нерастворимых соединений, внутреннее напряжение, возникающее из-за этого, разрушает камень («сульфатная коррозия») ОПАСНА

Na₂SO₄+Ca(OH)₂=CaSO₄+NaOH

Способы борьбы:

Найти виновника невозможно (портландит), так как он находится в алите, поэтому:

-необходимо на цементный камень наносить пленку, чтобы закрыть поры

-уменьшить количество пор (использовать меньше воды затворения).

-активные минеральные добавки:

Ca(OH)₂+SiO₂+H₂Oà СaO*SiO₂*nH₂O

Разновидности портландцемента: быстротвердеющий, сульфатостойкий, белый и цветные.

Виды портландцемента:

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ)

Минеральный состав: для обеспечения быстрого твердения клинкер БТЦ должен содержать суммарно С₃S+C₃A примерно 60-65%, С₃S не менее 50%

Свойства: тонкость цементного помола 3000-3500мг/г (у обычного цемента – 2800-3000мг/г)

ОБТЦ – особо быстро твердеющий цемент

Сульфатостойкий

Минеральный состав: изготавливают на основе клинкера, содержащего не более 50% C₃S, не более 5% C₃A и не более 22% C₃A+C₄AF.

Сульфатостойкий портландцемент предназначается не только для бетонов, подвергающихся действию сульфатной коррозии, но и для бетонов повышенной морозостойкости.

Виды: портландцемент с АМД, пуццолановый цемент, шлакопортландцемент и др.

Белый

Сырье: очень чистый известняк (идеально белый), глина каолиновая (белая)

Приготовление: оборудование и приемы, не загрязняющие сырье

-обжиг: происходит при более высокой температуре – 1600^оС (а не 1450), т.к. в сырье почти не содержится Fe₂O₃

- охлаждение: в восстановительной среде, в бассейне с водой (Fe₂O₃, имеющий серовато-зеленую окраску переходит в Fe₃O₄)

-помол: при добавлении чистого белого гипса, с помощью уралитовых дисков (т.к. они имеют белый цвет)

Цветной

Есть два приема изготовления:

1) в обжигаемую смесь вводят добавки с оксидами определенных металлов; после обжигания получается клинкер необходимого цвета

2) на основе белого клинкера делают цветной; кроме гипса добавляют пигменты (они стойкие к щелочной среде)

Активные минеральные добавки (гидравлические и пуццолановые). Смешанные цементы их свойства и применение в строительстве.

Активные минеральные добавки – вещества, которые в присутствии воды способны взаимодействовать с гашеной известью с образованием водостойких соединений.

! Содержат в составе аморфный кремнезем SiO₂!

АМД делятся на:

1) природные – горные породы (вулк. песок, пепел, туф, пемза, трепел, диатонит)

2) искусственные (золы, шлаки, шламы)

АМД делятся на:

1) пуццолановые (не обладают самостоятельной способностью твердеть)

2) гидравлические (обладают такой способностью)

Портландцемент с АМД («новый цемент»)

-содержит 5-20% АМД, которые вводят в состав при помоле клинкера

-марка записывается ПЦ400-Д5 (т.е. 5% АМД)

Пуццолановый цемент

-содержит АМД 20-40%

-добавки осадочного происхождения =< 30%, магматического =< 40%

Шлакопортландцемент

-шлак от выплавления чугуна+клинкер+гипс=ШПЦ (шлака 60-80%)

-хорошо сопротивляется коррозии и высоким температурам (изготовление жаростойких цементов)

Эффекты введения АМД:

L1) большая водопотребность (повышается нормальная густота теста) – только у пуццолановых и с АМД, у ШПЦ - нет

2) сроки схватывания практически не различаются

L3)быстрота набора прочности ниже

L4) камень на их основе обладает низкой морозостойкостью и воздухостойкостью (попеременное намокание/высыхание)

J5) низкая экзотермия

L6) прочность ниже (марка 400, вводится марка 300)

J7) экономически выгоднее

J8) можно дольше безопасно хранить

Рекомендуется для влажных условий, лучше под водой – там он проявляет себя идеально.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: