Vorota-21.ru

Стройка и Ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Способы получения портландцемента

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Портландцемент и его разновидности являются основным вяжущим материалом в современном строительстве. В СССР его производство составляет около 65 % от выпуска всех цементов.

Портландцемент — продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого обжигом до спекания, т. е. частичного плавления сырьевой смеси, обеспечивающей преобладание в нем высокоосновных силикатов кальция (70. 80 %). Для регулирования схватывания и некоторых других свойств при помоле клинкера в цемент добавляют небольшое количество гипса (1,5. 3,5 %). В соответствии с ГОСТ 10178—85 за таким бездобавочным цементом сохранено название портландцемент (ПЦ-ДО). Ш Сырье и производство.

Для получения доброкачественного портландцемента химический состав клинкера, а следовательно, и состав сырьевой смеси должны быть устойчивы.

Многочисленные исследования и практический опыт показывают, что элементарный химический состав клинкера должен находиться в следующих пределах (% по массе): СаО — 63. 66; SiO2 — 21. 24; А12О3 — 4. 8; Ре2Оз — 2. 4, их суммарное количество составляет 95. . 97 %. Следовательно, для производства портландцемента следует применять такие сырьевые материалы, которые содержат много карбоната кальция и алюмосиликатов (известняки, глины, известковые мергели). Чаще используют искусственные сырьевые смеси из известняка или мела и глинистых пород при соотношении между ними в сырьевой шихте примерно 3:1 (% по массе): СаСО3 — 75. 78 и глинистого вещества — 22. 25. Вместо глины или для частичной ее замены используют также отходы различных производств (доменные шлаки, нефелиновый шлам и т. п.). Нефелиновый шлам, получающийся при производстве глинозема, уже содержит 25. 30 % SiOЈ и 50. 55 % СаО; достаточно к нему добавить 15. 20 % известняка, чтобы получить сырьевую смесь. При этом производительность печей повысится примерно на 20 %, а расход топлива снизится на 20. 25 %. Для обеспечения нужного химического состава сырьевой смеси применяют корректирующие добавки, содержащие недостающие оксиды. Например, количество S1O2 повышают, добавляя в сырьевую смесь трепел, опоку. Добавление колчеданных огарков увеличивает содержание Fe2O3.

В качестве топлива используют природный газ, реже мазут и твердое топливо в виде угольной пыли. Стоимость топлива составляет до 26 % себестоимости готового цемента, поэтому на цементных заводах много внимания уделяется его экономии.

Технология портландцемента в основном сводится к приготовлению сырьевой смеси надлежащего состава, ее обжигу до спекания (получают клинкер) и помолу в тонкий порошок.

Сырьевую смесь приготовляют сухим или мокрым способом (см. 5.2). В соответствии с этим различают и способы производства цемента — сухой и мокрый. В СССР преобладает мокрый способ производства цемента, но все шире внедряется сухой. Важнейшим преимуществом сухого способа производства является не только снижение расхода теплоты на обжиг в 1,5. 2 раза, чем при мокром, но и более высокие удельные съемы в печах сухого способа.

Обжиг сырьевой смеси чаще осуществляют во вращающихся печах, но иногда (при сухом способе) в шахтных.

Вращающаяся печь (5.2) представляет собой сварной стальной барабан длиной до 185 м и более, диаметром до 5. 7 м, футерованный изнутри огнеупорными материалами. Барабан уложен на роликах под углом 3. 4° к горизонту и медленно вращается вокруг своей оси. Благодаря этому сырьевая смесь, загруженная в верхнюю часть печи, постепенно перемещается к нижнему концу, куда вдувают топливо, продукты горения которого просасываются навстречу сырьевой смеси и обжигают ее. Характер процессов, протекающих при обжиге сырьевой смеси, приготовленной по сухому и мокрому способам, по существу, одинаков и определяется температурой и временем нагревания материала в печи. Рассмотрим эти процессы.

В зоне сушки поступающая в верхний конец печи сырьевая смесь встречается с горячими газами и постепенно при повышении температуры с 70 до 200 °С (зона сушки) подсушивается, превращаясь в комья, которые при перекатывании распадаются на более мелкие гранулы. По мере перемещения сырьевой смеси вдоль печи происходит дальнейшее постепенное ее нагревание, сопровождаемое химическими реакциями.

В зоне подогрева при 200. 700 °С сгорают находящиеся в сырье органические примеси, удаляется химически связанная вода из глинистых минералов и образуется безводный каолинит Al2O3-2SiO2. Подготовительные зоны (сушки и подогрева) при мокром способе производства занимают 50. 60 % длины печи, при сухом же способе подготовки сырья длина печи сокращается за счет зоны сушки.

Читать еще:  Блоки из цемента и песка

В зоне декарбонизации при температуре 700. s..l 100 °С происходит процесс диссоциации карбонатов кальция и магния на CaO, MgO и СО2, алюмосиликаты глины распадаются на отдельные оксиды SiO2, A12O3 и Fe2O3 с сильно разрыхленной структурой. Термическая диссоциация СаСО3 — это эндотермический процесс, идущий с большим поглощением теплоты (1780 кДж на 1 кг СаСО3), поэтому потребление теплоты в третьей зоне печи наибольшее. В этой же зоне оксид кальция в твердом состоянии вступает в реакцию с продуктами распада глины с образованием низкоосновных силикатов, алюминатов и ферритов кальция (2CaO-SiO2, СаО-АШ3, 2CaO-Fe2O3).

В зоне экзотермических реакций обжигаемая масса, передвигаясь, быстро нагревается от 1100 до 1300°С, при этом образуются более основные соединения: трех-кальциевый алюминат ЗСаО-А12О3(С3А), четырехкальциевый алюмоферрит 4CaO-Al2O3-Fe2O3(C4AF), но часть оксида кальция еще остается в свободном виде. Обжигаемый материал агрегируется в гранулы.

В зоне спекания при 1300. 1450 °С обжигаемая смесь частично расплавляется. В расплав переходят С3А, C4AF, MgO и все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. По мере появления расплава в нем растворяются C2S и СаО и, вступая во взаимодействие друг с другом, образуют основной минерал клинкера — трехкальциевый силикат 3CaO-SiO2(C3S), который плохо растворяется в расплаве и вследствие этого выделяется из расплава в виде мелких кристаллов, а обжигаемый материал спекается в кусочки размером 4. 25 мм, называемые клинкером.

В зоне охлаждения (заключительная стадия обжига) температура клинкера понижается с 1300 до 1000 °С, происходит окончательная фиксация его структуры и состава, включающего C3S, C2S, C3A, C4AF, стекловидную фазу и второстепенные составляющие.

По выходе из печи клинкер необходимо быстро охладить в специальных холодильниках, чтобы предотвратить образование в нем крупных кристаллов и сохранить в не-закристаллизованном виде стекловидную фазу. Без быстрого охлаждения клинкера получится цемент с пониженной реакционной способностью по отношению к воде.

После выдержки на складе (1. 2 недели) клинкер превращают в цемент путем помола его в тонкий порошок, добавляя небольшое количество двуводного гипса. Готовый портландцемент направляют для хранения в силосы и далее на строительные объекты.

Сухой способ производства цемента значительно усовершенствован. Наиболее энергоемкий процесс — декарбонизация сырья — вынесен из вращающейся печи в специальное устройство — декарбонизатор, в котором он протекает быстрее и с использованием теплоты отходящих газов (5.3). По этой технологии сырьевая мука сначала поступает не в печь, а в систему циклонных теплообменников, где нагревается отходящими газами и уже горячей подается в декарбонизатор. В декарбонизаторе сжигают примерно 50 % топлива, что позволяет почти полностью завершить разложение СаСО3. Подготовленная таким образом сырьевая мука подается в печь, где сжигается остальная часть топлива и происходит образование клинкера. Это позволяет повысить производительность технологических линий, снизить топливно-энергетические ресурсы, примерно вдвое сократить длину вращающейся печи, соответственно улучшить компоновку завода и занимаемой им земельной территории.

В СССР создана низкотемпературная солевая технология производства цемента, базирующаяся на открытии советских ученых. Сущность открытия заключается в установлении нового явления — образования высокоосновного силиката кальция — алинита, близкого по составу к алиту в области температур 9ОО. 11ОО°С, т. е. значительно ниже температур кристаллизации трехкальциевых силикатов — алитов. Алинит, являющийся основной вяжущей фазой портландцементных клинкеров нового типа, обусловливает их высокую гидравлическую активность. Вхождение анионов хлора в структуру является обязательным условием образования алинита и клинкеров нового типа. Введение в шихту, например, 10. 12 % СаС12 сопровождается образованием хлоркальциевого расплава при чрезвычайно низких температурах (600. 800 С), что смещает все основные реакции образования минералов в область температур 1000. 1100 «С и позволяет получать клинкер при пониженных температурах.

Внедрение новой технологии позволит сократить удельные расходы топлива, резко повысить производительность печей и помольного оборудования.

Технология получения, свойства, применение портландцемента (ПЦ).

Портландцемент есть гидравлическое вяжущее вещество — продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого обжигом до спекания сырьевой смеси, состоящей в основном из известняка (75-78 %) и глины (25-22 %).

Читать еще:  Цементное молочко пропорции для керамзита

Получение Важнейшими технологическими операциями при получении портландцемента являются:а) приготовление сырьевой смеси;б) превращение ее путем высокотемпературного обжига в клинкер;в) магазинирование и помол клинкера в тонкий порошок с добавкой природного гипса.

Сырьевую смесь готовят мокрым или сухим способом. В первом случае смешение и измельчение сырьевых материалов производят с добавкой значительного количества воды; получающаяся смесь имеет вид сметанообразной жидкости, называемой шламом. При сухом способе сырьевые материалы перед смешением и измельчением подвергают высушиванию.

Таким образом основным компонентом портландцемента является портландцементный клинкер, содержащийся в готовом продукте в количестве от 95 до 97% по весу.

Сырьевые материалы мергель, глинистые породы, корректирующие добавки отходы производства

Свойства Среди цементов на основе портландцементного клинкера портландцемент, не содержащий добавок, обладает самой большой плотностью. Чем тоньше помол цемента, тем выше скорость его схватывания и твердения, а также выше прочность в начальные сроки твердения. Водопотребность портландцемента относительно невелика и составляет 24—28 % воды (для получения теста нормальной густоты). начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания — не позднее чем через 10 ч от начала затворения. Наиболее быстрый рост прочности портландцемента наблюдается в течение первого месяца твердения. В дальнейшем прочность повышается медленно.. Растворы и бетоны на портландцементе при хранении на воздухе дают усадку (уменьшение объема), а при хранении в воде – набухание (увеличение объема). Разрушение бетона при многократном попеременном замораживании и оттаивании объясняется тем, что вода при переходе в лед увеличивается в объеме примерно на 9 %. Это постепенно ведет к образованию и накоплению небольших трещин и в конечном результате приводит к разрушению бетона.

Применение Портландцемент широко применяется для монолитного и сборного бетона и железобетона. Его можно применять в надземных, подземных и подводных частях сооружений, в том числе и подверженных многократному попеременному воздействию воды и мороза. Применяют портландцемент также для высокопрочных растворов (например, в армоцементных конструкциях). Добавки к портландцементу извести и глины пластифицируют растворные смеси, повышая их удобоукладываемость, однако, прочность раствора несколько снижается.

Минералогический состав ПЦ, его влияние на свойства вяжущего и готового изделия.

Вяжущие свойства ПЦ обусловлены свойствами и содержанием искусственных минералов, составляющих клинкер и степенью измельчения цемента. В составе клинкера выделяют четыре основных минерала, имеющих кристаллическое строение: алит, белит, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит. Алит — основной минерал ПЦ клинкера. Содержание в клинкере- 45 . 65% (т.е. наибольшее). Алит обладает высокой гидравлической активностью. Алит быстро твердеет и набирает высокую прочность.

Белит — второй по важности и содержанию силикатный минерал клинкера (20 . 30%). Он медленно набирает прочность, но при длительном твердении в благоприятных условиях его прочность весьма высока. Суммарное содержание алита и белита в клинкере портландцемента может доходить до 80%, что дает основание называть его силикатным цементом.

Трехкальциевого алюмината в портландцементе содержится 4. 12%. Самый активный из клинкерных минералов. Однако продукт его гидратации имеет повышенную пористость, низкую прочность и долговечность. Быстрое взаимодействие с водой вызывает преждевременное схватывание цементного теста.

Четырехкальциевого алюмоферрита в портландцементе содержится 10. 20%. По скорости твердения занимает промежуточное положение между алитом и белитом, но не обладает высокой прочностью.Кроме того, в составе клинкера в небольшом количестве имеется стекловидная фаза, состоящая в основном из CaO, A12O3, Fe2O3, MgO, Na2O, K2O, а также свободные MgO и СаО. Содержание свободных оксидов магния и кальция в виде пережога в клинкере не должно превышать соответственно 5 и 1 %. Эти ограничения должны исключить опасность неравномерного изменения объема при твердении цемента.

Показатели качества ПЦ.

Качество цемента оценивают по основным и рекомендуемым показателям. Основные: химический и минеральный состав, предел прочности на сжатие, равномерность изменения в объёме цементного камня, активность цемента, нормальная густота цементного теста. Рекомендуемые: сроки схватывания, тонкость помола, коррозионная стойкость, содержание свободной окиси Ca, огнеупорность. При соответствии всех показателей требованиям ГОСТа цементу присваивают марку.

Читать еще:  Механизированная цементная штукатурка

1.Нормальная густота цементного теста выражает процентное содержание воды по отношению к цементу, необходимое для придания тесту определенной степени пластичности. Водопотребность цемента зависит от тонкости помола, минералогического состава и др. Для полной гидратации минералов портландцемента необходимо около 22% воды от массы цемента. Нормальная густота цементного теста находится в пределах 22…28%. Уменьшение водопотребности цемента улучшает его качество.

2. От тонкости помола зависит прочность, сроки схватывания и интенсивность твердения. Тонкий помол цементов улучшает их качество, однако слишком тонкий помол может привести к отрицательным воздействиям (возрастает водопотребность и усадка, снижается прочность). Для качественных цементов остаток на сите №008 должен быть не более15 %.

3.Сроки схватывания отражают процесс гидратации цемента и начальный период формирования структуры. Скорость схватывания цемента зависит от минерального состава, тонкости помола, количества воды затворения, температуры. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания ¾ не позднее 10 часов. 4. Содержание свободных СаО и МgО в цементе не должно превышать соответственно 1 и 5%. Если в составе цемента содержатся свободные оксиды кальция и магния сверх нормы, то такие цементы неравномерно изменяют объём при твердении,

5. Прочность ¾ основное свойство, характеризующее качество любого цемента. Для её оценки используют стандартную характеристику ¾ марку. При определении марки учитывают предел прочности при сжатии и при изгибе. Действительный предел прочности при сжатии цементных образцов, испытанных в возрасте 28 сут, называют активностью цемента.

6) Взаимодействие портландцемента с водой приводит к образованию новых гидративных веществ, обусловливающих схватывание и твердение теста, растворной или бетонной смеси. Состав ценообразований зависит от химического и минерального составов цементов, а также от ряда других факторов и в первую очередь от температуры, при которой взаимодействуют компоненты. Наиболее быстрый рост прочности ПЦ наблюдается в течение первого месяца твердения, в дальнейшем прочность повышается очень медленно. Скорость твердения ПЦ зависит от тонкости помола, минерального состава, температуры. Понижение температуры замедляет твердение цементных растворов и бетонов, в связи с этим при укладке бетона в зимнее время принимают цементы высоких марок( 500 и >). Не следует допускать замораживания бетона в раннем возрасте, т.к. при оттаивании цем. камень не наберет необходимой прочности. Помимо температуры значительное влияние на рост прочности оказывает влажность. При твердении ускоряет гидратацию клинкерных формирований и кристаллизацию продуктов твердения. Прочность при твердении возрастает очень быстро. 10 часов пропаривания достаточно для получения бетонных изделий с 70% отпускной прочностью. Дальнейшее твердение пропаренного бетона протекает достаточно медленно и к 28 дневному сроку составляет 80-85% той прочности, которую принимает бетон к 28 суткам твердения.

Водопроницаемость – свойство материала пропускать воду под давлением. Водопроницаемость оценивают по коэффициенту фильтрации Кф (м2/ч), который равен количеству воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 м2 площади испытуемого материала при постоянном давлении. Чем ниже Кф, тем выше марка по водонепроницаемости.

Воздухостойкость – способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери механической прочности. Природные и искусственные хрупкие каменные материалы (бетон, керамика), сжимающиеся при высыхании и расширяющиеся при увлажнении, разрушаются вследствие возникновения растягивающих напряжений. В подобных условиях работают дорожные покрытия, надводные части гидротехнических сооружений.

Коррозионная стойкость цемента обуславливает его способность противостоять практически любому агрессивному воздействию внешней среды. Одним из видов цемента, который характеризуется повышенной коррозионной стойкостью, является пуццолановый цемент. Используют пуццолановый цемент для возведения подземных и подводных сооружений.

Термостойкость – способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры.

Ползучестью называется свойство цементного камня или бетона необратимо деформироваться под влиянием длительно действующих в них напряжений, возникающих при действии внешних нагрузок, а также усадки, температурного и других факторов.

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; Нарушение авторского права страницы

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×