книги / Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Ч. 1

В разделе приводятся основные сведения о наиболее распространенных неорганических вяжущих вещест­ вах, выпускаемых отечественной промышленностью. Сведения расположены в соответствии с приведенной ниже классификацией, которая основана на свойствах вяжущих веществ, определяющих области их приме­ нения:

1.Воздушные вяжущие вещества:

-гипсовые вяжущие вещества;

-воздушная известь;

-магнезиальные вяжущие вещества.

2.Гидравлические вяжущие вещества:

-известь гидравлическая;

-портландцемент;

-шлакопортландцемент;

-глиноземистый цемент;

-многокомпонентный цемент.

3.Специальные цементы:

-декоративные цементы;

-расширяющиеся и напрягающие цементы;

-тампонажные цементы;

-сульфатостойкие цементы;

-кислотоупорные цементы;

-шлакощелочные вяжущие вещества;

-фосфатные вяжущие системы;

-щелочные силикатные связки;

-полимерцементные вяжущие композиции.

4.1.Воздушные вяжущие вещества

4.1.1. Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовые вяжущие вещества разделяют на [1, 2]:

•низкообжиговые — порошкообразные материалы, состоящие из полуводного гипса (CaS04 • 0,5Н20), по­ лучаемые тепловой обработкой двуводного гипса

при 105-200 °С (выпускаются по ГОСТ 125-79) (табл. 4.Г);

* Все отсутствующие в тексте таблицы приведены в конце раздела.

•высокообжиговые:

а) получают обжигом двуводного гипса при 600-

800 °С с последующим тонким измельчением с актива­ торами твердения — ангидритовое вяжущее (на основе CaS04);

б) получают обжигом двуводного гипса при 800950 °С с последующим помолом — эстрих-гипс (на основе CaS04 (с СаОсв ~ 2 %));

•безобжиговые гипсовые вяжущие вещества — полу­ чают тонким измельчением высушенного (при 5060 °С) природного двуводного гипса (CaS04 • 2НгО) или природного ангидрита (CaS04) с активаторами твердения.

4.1.2. Воздушная известь

Воздушная известь представляет собою продукт обжига карбонатных пород или смесь этого продукта с минеральными добавками. Воздушная известь обеспечивает твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно­ сухих условиях.

Воздушную известь разделяют на негашеную и гидратную (гашеную), получаемую гашением кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести. По фракцион­ ному составу известь разделяют на комовую, в том числе дробленую, и порошкообразную. Порошкообраз­ ную известь, получаемую размолом или гашением (гидратацией) комовой извести, разделяют на известь без добавок и с добавками.

Негашеную известь по времени гашения разделяют на быстро-, средне- и медленногасящуюся (не более 8, не более 25 и более 25 мин соответственно).

Взависимости от содержания оксидов кальция и маг­ ния воздушную негашеную известь разделяют на кальциевую, магнезиальную и доломитовую (табл. 4.2).

Вкачестве добавок при производстве строительной воздушной извести применяют: шлаки гранулирован­ ные доменные или электротермофосфорные, активные минеральные добавки, кварцевые пески, которые долж­

Показатели Коэффициент насыщения КН

Гидравлический или основной модуль m

Силикатный или кремнеземистый модуль п

Глиноземистый или алюминатный модуль Р

%Si02o6n( —%Si02c<o6_ J . 5

4.2.3.Шлакопортландцемент (табл. 4.9)

4.2.4.Глиноземистые цементы (табл. 4.10)

4.2.5.Многокомпонентные цементы

С целью экономии энергоресурсов при производ­ стве цемента, а также в связи с необходимостью ути­ лизации промышленных отходов, в последние годы активно развивается выпуск многокомпонентных (смешанных, композиционных) цементов [7]. Много­ компонентные цементы — это цементы, в которых часть клинкера заменена промышленными отходами и природными безобжиговыми материалами. Проявле­ ние химической активности этими материалами и их участие в гидратации цемента основано на кислотно­ основном взаимодействии алюмосиликатного стекла или аморфного кремнезема с гидроксидом кальция, образующимся при гидратации цемента. В качестве компонента в составе цементов наиболее широко ис­ пользуются золы ТЭС (кислые и основные), основные и кислые доменные шлаки, электротермофосфорные шлаки, шлаки цветной металлургии, вулканические породы (пемза, туф, вулканический шлак), осадочные породы (трепел, опока), микрокремнезем (мелкодис­ персный диоксид кремния — отход производства кремния или кремниевых сплавов), а также добавкинаполнители (тонкоизмельченные известняк и кварце­ вый песок). Главным отличием многокомпонентных тонкомолотых цементов от цементов с добавками (ГОСТ 10178-85) является [8] повышенная дисперс­ ность и оптимальный гранулометрический состав как цемента в целом, так и отдельных компонентов, что позволяет расширить сырьевую базу путем вовлече­

ния в производство промышленных отходов и добавок наполнителей. Поэтому такие цементы называют тон­ комолотыми многокомпонентными цементами (ТМЦ). Тонкомолотые многокомпонентные цементы лишены основного недостатка многокомпонентных цементов — замедленного роста прочности и низкой марочной прочности. Использование тонкодисперсных компо­ нентов позволяет увеличить содержание добавок до 80 % без снижения прочности. Многокомпонентные тонкомолотые цементы выпускаются по техническим условиям заводов-изготовителей.

Свойства цемента многокомпонентного тонкомолотого (табл. 4.11)

4.3.Специальные цементы

4.3.1.Декоративные цементы (табл. 4.12)

4.3.2.Расширяющиеся и напрягающие цементы

Цементы, к которым предъявляют специальные тре­ бования по объемным деформациям при твердении по ГОСТ 23464-79, разделяют на:

•безусадочные, с величиной расширения в 3-суточ­ ном возрасте не более 0,1 % (при испытании по ГОСТ 11052-74);

•расширяющиеся, с величиной расширения в 3-су­ точном возрасте более 0,1 % (при испытании по ГОСТ 11052-74);

•напрягающие, для которых нормируется энергия самонапряжения.

Расширяющиеся и напрягающие цементы являются многокомпонентными, в их состав входят вяжущие ве­ щества, обусловливающие высокую прочность цемент­ ного камня, расширяющиеся компоненты, обеспечи­ вающие требуемые период и величину расширения, и различные добавки, участвующие в реакциях гидрата­ ции или регулирующие твердение.

Известно более 50 видов расширяющихся и напря­ гающих цементов [9-11], которые классифицируют по природе расширяющего компонента, по способу про­ изводства; по виду основного вяжущего вещества. Последний, отвечающий за формирование прочного каркаса цементного камня, подразделяют на составы на основе глиноземистого цемента и составы на осно­ ве портландцемента. В качестве расширяющего ком­ понента используют [9]:

•промышленные продукты, содержащие алюмина­ ты кальция (глиноземистый, сталерафинированные шлаки, шлаки от производства феррохрома, фер­ робора, ферротитана);

•природные материалы, которые после их термооб­ работки при добавлении к портландцементу обес­ печивают образование гидросульфоалюмината кальция при его гидратации (например, добавка

термообработанного при 600-700 °С алунита (K2S04 • A12(S04)3 • 2А120 3 • 6Н20);

•сульфоалюминатный клинкер (получаемый об­ жигом смеси из известнякового, глиноземистого компонента и гипса) или сульфоферритный клинкер (получаемый обжигом смеси из извест­ някового, железосодержащего компонента и гипса);

•добавки на основе оксидов СаО и MgO, (получае­ мые термообработкой доломита, магнезита при

800-900 °С.

Расширяющиеся и напрягающие цементы получа­ ют смешиванием вяжущего вещества со специально подготовленной добавкой или совместным одноили двухступенчатым помолом компонентов. Основной причиной расширения цементного камня при исполь­ зовании расширяющих компонентов первых трех ви­ дов является образование гидросульфоалюмината кальция (ЗСаО • А120 3 • 3CaS04 • 32Н20). В последнем случае расширение происходит за счет образования в процессе гидратации цементов гидроксидов кальция и магния.

Основные области применения — гидроизоляция тоннелей метро, строительство подземных и подвод­ ных сооружений, покрытия для гидроизоляции резер­ вуаров, изготовление непроницаемых конструкций, тампонирование нефтяных скважин, покрытия для защиты бетонных и железобетонных сооружений от воздействия агрессивных сред и т. д.

Безусадочные, расширяющиеся и напрягающие це­ менты выпускают в основном по техническим услови­ ям заводов-изготовителей, а также по ГОСТ 11052-74.

Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся (табл. 4.13)

Напрягающий цемент (табл. 4.14)

4.3.3. Тампонажные цементы

Тампонажные цементы — это цементы, которые обеспечивают способность тампонажного раствора проникать в затрубное пространство нефтяных, газовых

ииных скважин, твердеть при различных температурах

идавлениях, образовывать цементный камень, обеспе­ чивающий высокую герметичность его контактов с об­ садными трубами и горными породами, а также корро­ зионную и термическую стойкость при возможных колебаниях температур и воздействии агрессивных сред на конкретных месторождениях [12, 13].

Классификация тампонажных цементов

По ГОСТ 1581-96 технические требования к портландцементам тампонажным цементам унифи­ цированы со стандантартом Американского нефтяно­ го института API Specification 10А [14] в части це­ ментов I-G и I-H, соответствующих по техническим требованиям цементам G и Н Американского стан­ дарта. Данные цементы пользуются наибольшим спросом на мировом рынке.

Тампонажные портландцементы разделяются по следующим признакам: вещественный состав, плот­ ность, температура применения, сульфатостойкость (ГОСТ 1581-96).

По вещественному составу цементы разделяют на следующие типы:

I — тампонажный портландцемент бездобавочный; I-G — тампонажный портландцемент бездобавоч­

ный с нормированными требованиями при водоцемент­ ном отношении, равном 0,44 [14];

I-H — тампонажный портландцемент бездобавоч­ ный с нормированными требованиями при водоцемент­ ном отношении, равном 0,38 [14];

II — тампонажный портландцемент с минеральны­ ми добавками;

III — тампонажный портландцемент со специаль­ ными добавками, регулирующими плотность цементно­ го теста.

По плотности цементного теста цемент типа III раз­ деляют на:

-облегченный (Об);

-утяжеленный (Ут).

По температуре применения цементы типов I, II и III разделяют на цементы, предназначенные для:

-низких и нормальных температур 15-50 °С;

-умеренных температур 51-100 °С;

-повышенных температур 101-150 °С.

По сульфатостойкости цементы разделяют на:

а) типы I, II и III: