Теоретические основы процесса

 

 

Портландцемент - после обжига известняков, мергелей и глинистых примесей получают цементный клинкер. Клинкер смешивают с добавками (ракушечник, доменный шлак).

Мокрый способ - компоненты измельчают и смешивают в присутствии воды, полученную суспензию (шлам) обжигают.

Портландцементный клинкер обычно получают в виде спекшихся мелких и более крупных гранул и кусков размером до 10-20 или до 50-60 мм в зависимости от типа печи.

По микроструктуре клинкер, получаемый спеканием, представляет собой сложную тонкозернистую смесь многих кристаллических фаз и небольшого количества стекловидной фазы.

Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широких пределах. Главными окислами цементного клинкера являются окись кальция СаО, двуокись кремния SiО₂, окись алюминия А1₂О₃ и окись железа Fe₂О₃, суммарное содержание которых достигает обычно 95- 97 %. Кроме них в состав клинкера в виде различных соединений в небольших количествах могут входить окись магния MgO, серный ангидрид SО₃, двуокись титана Тi2, окись хрома Сr₂O₃, окись марганца Мn₂O₃, щелочи Na₂O и К₂O, фосфорный ангидрид P₂O₅ и др.

Таблица 2. Обычно содержание этих окислов в клинкере колеблется в следующих пределах (в %):

 

СаО	63-66
MgO	0,5-5
SiO2	21-24
SO3	0,3-1
Al2O3	4-8
Na2O+K2O	0,4-1
Fe2O3	2-4
TiO2+Cr2O3	0,2-0,5
P2O5	0,1-0,3

 

Химический анализ клинкера проводят по методике, регламентированной ГОСТ 5382-65. При этом определяют обычно общее процентное содержание окиси кальция, как связанной, так и находящейся в свободном состоянии; двуокиси кремния SiО₂; полуторных окислов Fe₂О₃ и А1₂О₃; окиси магния MgO; серного ангидрида SО₃; окислов щелочных металлов Na₂О и K₂О; P₂O₅; Mn₂О₃; TiО₂; Cr₂О₃, а также нерастворимого остатка и потерь при прокаливании.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Повышенное содержание окиси кальция (при условии обязательного связывания в химические соединения с кислотными окислами) обусловливает обычно повышенную скорость твердения портландцемента, его высокую конечную прочность, но несколько пониженную водостойкость.

Цементы с повышенным содержанием кремнезема в составе клинкерной части характеризуются пониженной скоростью твердения в начальные сроки при достаточно интенсивном нарастании прочности в длительные сроки; они отличаются повышенными водо- и сульфатостой-костью.

Соединения окиси железа способствуют снижению температуры спекания клинкера. Цементы, богатые окисью железа, при низком содержании глинозема ведут себя аналогично высококремнеземистым. Относительно медленно схватываясь и твердея в начальные сроки, они в дальнейшем достигают высокой прочности. Цементы с повышенным количеством окиси железа отличаются высокой стойкостью по отношению к действию сульфатных вод.

Повышенное содержание в клинкере окиси магния вызывает неравномерность изменения объема цемента при твердении. По стандарту MgO в клинкере должно быть не больше 5 %.

Ангидрид серной кислоты SО₃ в виде гипса необходим для регулирования сроков схватывания портландцемента. По стандарту № 10178-62 его содержание ограничивается пределами 1,5-3,5 % - Более высокое содержание SО₃ может вызвать неравномерное изменение объема цемента вследствие образования гидросульфоалюмината кальция.

Двуокись титана TiО₂ входит в клинкер с глинистым компонентом сырьевой смеси в количестве 0,1-0,5 %. При таком ее содержании она способствует лучшей кристаллизации клинкерных минералов, при содержании 2-4 % TiО₂, замещая часть кремнезема, способствует повышению прочности цемента, а сверх этого снижает ее. Количество окиси марганца Мn₂О₃ в клинкере обычно не превышает 1-2 % и существенно не влияет на физико-механические свойства цемента

Фосфорный ангидрид Р₂O₅ и окись хрома Сr₂O₃ в небольшом количестве (0,1-0,3 %) оказывают легирующее действие на клинкер, увеличивая интенсивность твердения цемента в первые сроки и повышая его конечную прочность. При повышенном их количестве (1-2 %) скорость твердения цементов замедляется, а прочность снижается.

Щелочи K₂O+Na₂O обычно присутствуют в клинкерах в количестве до 0,5-1 %, причем содержание К₂О, как правило, в несколько раз больше, чем Na₂O. Если щелочей более 1 %, то они вызывают непостоянство сроков схватывания цемента и образование выцветов на поверхности растворов или бетонов. Щелочйые соединения могут явиться также причиной опасных деформаций в гидротехнических бетонах, изготовляемых на заполнителях, содержащих кремнистые сланцы, опаловидные и другие аморфные видоизменения кремнезема. Поэтому для изготовления таких бетонов рекомендуется применять цементы, содержащие не более 0,6 % щелочей (в пересчете на окись натрия). В клинкерах заводского изготовления при

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

химическом анализе может обнаруживаться так называемый нерастворимый остаток (в НСl), который состоит обычно из кварцевых частичек, не вступивших в реакцию с СаО во время обжига.

Прокаливанием проб цементов при 1000-1200 °С в процессе химического анализа определяют потери при прокаливании. Они имеют большее практическое значение для характеристики готового портландцемента, чем клинкера, так как свидетельствуют о сроке хранения вяжущего, вызвавшем частичную гидратацию клинкерных минералов и переход свободной СаО в Са(ОН)₂. Потери при прокаливании портландцемента не должны превышать 5 %.

Минералогический состав клинкера. В клинкере обычного состава главные окислы образуют силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция в виде минералов кристаллической структуры, часть их входит в стекловидную фазу.

Рассмотрение шлифов цементного клинкера под микроскопом показывает, что он состоит преимущественно из кристаллов минералов-силикатов, между которыми размещается так называемое промежуточное вещество. Последнее в свою очередь включает алюминаты и алюмоферриты кальция в кристаллическом виде, а также стекловидную фазу.

Основными минералами цементного клинкера являются алит 3CaO-Si02, или C₃S, и белит 2CaO SiO₂, или C₂S.

 

Таблица 2. примерного минералогического состава портландцементного клинкера:

 

	Трехкальциевого силиката (алита)	3СаО х SiO2	40-65%
	Двухкальциевого силиката (белита)	2СаО х SiO2	15-45%
	Трехкальциевого алюмината	3СаО х Al2O3	4-12%
	Четырехкальциевого алюмоферрита	4СаО х Al2O3 х Fe2O3	12-25%

 

 

Повышенное содержание оксида кальция (при условии обязательного связывания в химические соединения с кислотными оксидами) обусловливает обычно повышенную скорость твердения портландцемента, его высокую конечную прочность, но несколько пониженную водостойкость. Цементы с повышенным содержанием кремнезема в составе клинкерной части характеризуются пониженной скоростью твердения в начальные сроки при достаточно интенсивном нарастании прочности в длительные сроки. Они отличаются повышенной водо- и сульфато-стойкостыо.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: