см запас

63 Основы производства портландцемента. Производство

портландцемента сложнейший технологический и энергоёмкий процесс, включающий:

1.добычу в карьере и доставку на завод сырьевых материалов, известняка и глины

2.приготовление сырьевой смеси

3.обжиг сырьевой смеси до спекания – получение клинкера

4.помол клинкера с добавлением гипса – получение портландцемента

5.перевозка готовой продукции в магазины.

Обеспечение заданного состава и получение клинкера подчинены все технологические операции. Приготовление сырьевой смеси состоит в тонком измельчении и смешении взятых в установленном соотношении компонентов, что обеспечивает полноту прохождения химических реакций между ними и однородность клинкера.

Существуют следующие способы производства портландцемента:

-сухой способ заключается в измельчении и тесном смешивании сухих сырьевых материалов, поэтому сырьевая смесь получается в виде минерального порошка (сырьевая мука). Тонкое совместное измельчение известняка и глины осуществляют в мельницах, в которых совмещаются помол и сушка сырьевых материалов до достаточной влажности 1-2%. Совмещении сушки с дроблением и тонким измельчением осуществляют подсушиванием сырья в дробилках и сушкой сырья в мельницах тонкого измельчения. Сушку производят отходящими газами печей, при этом в мельнице можно перерабатывать с влажностью до 5%, а при использовании топки до 15 %.

-Мокрый способ приготовления сырьевой смеси применяют, если мягкое сырье имеет значительную влажность (мел, глины). Тонкое измельчение и смешение исходных материалов осуществляют в водной среде, поэтому сырьевая смесь получается в виде жидкотекучей массы-шлама с большими содержанием воды (35-45%).Используют способность мягких горных легко распадаться в воде на мелкие частицы. Глину перерабатывают в водную суспензию в глиноболтушках. Иногда глину перерабатывают в шлам непосредственно в карьере и далее полученный шлам надлежащего состава перекачивают на завод.

-комбинированный способ даёт возможность на 20-30% снизить расход топлива по сравнению с мокрым способом. Сущность этого способа заключается в том, что приготовленный шлам до поступления в печь обезвоживается на специальных установках. Однако при этом возрастает расход электроэнергии, т.е. энергоёмкость этого способа остается высокой.

Обжиг сырьевой смеси как при сухом так и при мокром способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Вращающаяся печь представляет собой длинный, расположенный слегка наклонено цилиндр (барабан), сваренный из листовой стали с огнеупорной футеровкой внутри. Вращающиеся печи работают по принципу противоток Открыт новый способ получения портландцемента - путём обжига клинкера в солевом растворе хлоридов. При этом способе реакционная среда в печи заменена солевым расплавом на основе хлорида кальция. В солевом растворе ускоряются растворение основных клинкерообразующих оксидов, и образование минералов завершается при 1100-1150 гр. Вместо обычных 1400-1500, это снижает энергоемкость.

68 Обыкновенный портландцемент: состав, свойства.

Портландцементом называют гидравлически вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %) Портландцементпродукт тонкого измельчения клинкера с добавкой (3- 5%) гипса. Клинкер представляет собой зернистый материал (в виде горошка), полученный обжигом и спекания ( при 1450 гр.) сырьевой смеси, состоящей в основном из карбоната кальция (различных видов известняков) и алюмосиликатов (глин, мергеля, доменного шлака и др.).Небольшая добавка гипса регулирует сроки схватывания. Допускается применение фосфогипса и борогипса.

68. Свойства портландцемента.

Тонкость помола цемента оценивается по стандарту путём просеивания предварительно высушенной пробы цемента через сито с сеткой №008 (размер ячейки в свету 0,08 мм); тонкость помола должна быть такой чтобы через указанное сито проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы.

Истинная плотность портландцемента (без минеральных добавок) составляет 3,05-3,15. Насыпная плотность зависит от уплотнения и составляет: для рыхлого цемента 1100 кг/м3, сильно уплотненного до 1600 кг/м3, в среднем 1300 кг/м3.

Водопотребность цемента определяется количеством воды (% массы цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой цементного теста считают такую его подвижность, при которой цилиндр – пестику прибора Вика погруженный в кольцо не доходит на 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Водопотребность портландцемента 24-28% при введении активных минеральных добавок осадочного происхождения водопотребность 32-37 %.

Сроки схватывания и равномерность изменения объема цемента определяют в тесте нормальной густоты. Замедлителями схватывания портландцемента являются также бура и борная кислота, фосфаты нитраты калия, натрия и аммония. Нитраты образуют с Са(ОН)2 соединения, хорошо растворимые в воде.

Ускорителями схватывания портландцемента являются карбонаты и сульфаты металлов. Они образуются при взаимодействии Са(ОН)2, выделяющимися при гидролизе трехкальциего силиката, труднорастворимые соединения.

Равномерность изменения объема. Причиной этого является местные деформации, вызываемые расширением свободного CaO и периклаза MgO вследствие их гидратации. По стандарту изготовления из теста нормальной густоты образцы – лепешки через 24 ч предварительного твердения выдерживают в течении 3 ч в кипящей воде. Лепешки не должны деформироваться; на них не допускаются радикальные трещины.

Активность и марку портландцемента определяют испытанием стандартынх образцов 4*4*16 см, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 1:3 ( по массе) и В/Ц=0,4, при консистенции раствора по расплыву конуса 106-115 мм. Через 28 суток твердения образцы сначала испытывают на изгиб , потом на сжатие. Активностью портландцемента называют его предел прочности при осевом сжатии половинок балочек,

испытанных в возрасте 28 суток. В зависимости от активности портландцемента с учетом их предела прочности при изгибе они подразделяются на марки: 400, 500, 550, 600.

Выделение теплоты при твердении. Гидратация сопровождается выделением теплоты. В тонких бетонных конструкциях теплота гидратации быстро рассеивается и не вызывает существенного разогрева бетона. Тепловыделение внутренней части массивной конструкции может повысить его температуру на 40 гр. и более по отношению к температуре бетонной смеси при укладке. Снаружи массив открывается быстрее, чем внутри; возникают температурные напряжения, которые не редко являются причиной проявления трещин в бетоне. Чтобы избежать растрескивания, стремятся использовать низкотермичные цементы, снижают расход цемента в бетон, а в случае необходимости применяют искусственное охлаждение массива. При бетонировании конструкций в холодное время года по способу термоса выделяющаяся теплота способствует поддержанию положительной температуры твердеющего бетона. Термохимические свойства портландцемента зависят от минерального состава клинкера и тонкости помола.

Цементы хранят раздельно по видам и маркам; смешивание разных цементов не допускается.

76 Классификация и виды бетонов.

Для бетонных и железобетонных конструкций следует предусматривать бетоны следующих марок и классов:

Классов по прочности на сжатие:

-тяжелый бетон: В3.5; В5; В7,5 10 12,5 15 20 и т.д. до В60

-напрягающий бетон: В20; В25; В30; В40; В45;……В60

Марки по плотности: D800; D900; D1000; D1100…D2000

Классов по прочности на осевое растяжение:

-тяжелый: Bt 0,8; Bt 1,2; Bt 1,6; Bt 2

-напрягающий: Bt 2,4; Bt 2,8; Bt 3,2

Марки по морозостойкости:

-тяжелые и напрягаемые бетоны: F50 F75 F100 F150 F200…. F500

-легкие и ячеистые бетоны: F25 F35 F50 …..

Маркаэто условный показатель материала который устанавливается по его важнейшим эксплуатационным характеристикам или основным свойствам

Rб = АRц*( Ц/ В+ - 0,5 ) А – качество заполнителя , Rц – марка цемента. В зависимости от вида конструкций или изделия и предъявляемым к ним требованиям бетон должен иметь определенную прочность и стойкость в заданных условиях эксплуатации, а св-ва б.с. должны соответствовать принятым способам её укладки и уплотнения и обеспечивать получение плотного бетона, имеющего хорошее сцепление с арматурой в ж/б конструкциях и предохраняющего её от коррозии.

66 Коррозия портландцементного камня.

Коррозия происходит по действием мягкой воды, растворов кислот, некоторых солей и кислых газов на составные части цементного камня на Са(ОН)2 и 3CaO· Al2O3 · 6H2O.

Коррозии можно разделить на 3 вида:

коррозия первого вида начинается обычно с растворения свободного гидрооксида кальция, выделяемого цементом при гидротации;

коррозия второго вида вызвана образованием легкорастворимых солей при действии кислот, кислых газов и других агрессивных веществ на гидрооксид цементного камня (кислотная, магнезиальная коррозия);

коррозия 3 вида обусловлена образованием в порах цементного камня соединений занимающих больший объем, чем исходные продукты реакции, что вызывает появление внутренних напряжений

ирастрескивание ( сульфоалюминатная или щелочная коррозия).

В практике редко встречаются коррозии одного вида. Кроме того трудно разграничить коррозию первого и второго вида. Но всегда можно выделить преобладающий вид коррозии и с учетом сопутствующих ему вторичных коррозионных воздействий запроектировать мероприятия по защите конструкции от коррозии.

Коррозия первого вида. Выщелачивание Са(ОН)2 происходит интенсивно при действии на цементный камень мягких вод, содержащих мало растворенных веществ. К ним относятся вода оборотного водоснабжения, конденсат, дождевая вода и т.д. Содержание гидрооксида кальция в цементном камне через 3 мес. Твердения составляет 10-15%. После его вымывания и в результате уменьшения концентрации оксида кальция начинается разложение гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Выщелачивание Са(ОН)2 в количестве 1530 % общего содержания в цементом камне вызывает понижение его прочности на 40 – 50 % и более. Выщелачивание можно заметить по появлению белых пятен на поверхности бетона.

Для ослабления коррозии выщелачивания ограничивают содержание трехкальциевого силиката в клинкере до 50 %. Главным

средством борьбы с выщелачиванием является введение в цемент активных минеральных добавок и применение плотного бетона.

Коррозия второго вида может происходить при различных формах. Углекислотная коррозия развивается при действии на цементный камень воды, содержащий свободный диоксид углерода, который разрушает CaCO3 на поверхности в следствии образования хорошо растворимого 66 бикарбоната кальция. Общекислотная коррозия происходит при действии раствора любых кислот, имеющих значение водородного показателя pH<7.Бетона на портладценменте защищают от непосредственного действия кислот с помощью слоёв из кислотоупорного цемента. Магнезиальная коррозия наступает при воздействии на гидрооксид кальция магнезиальных солей, которые встречаются в растворенном виде в грунтовых водах и всегда содержится в большом количестве в морской воде.

Коррозия третьего вида. Возникает при действии на бетон растворов сульфатов и едких щелочей. Сульфоалюминатная коррозия возникает при действии на гидроалюминат цементного камня морской воды, грунтовых вод, содержащие сульфатные ионы:

3CaO· Al2O3 · 6H2O + 3СаSО4 + 25H2O = 3CaO· Al2O3 · 6H2O · 3СаSО4 + 31H2O Образование в порах цементного камня малорастворимого трехсульфатного гидросульфоалюмината кальция сопровождается увеличением объема этого камня примерно в 2 раза. Развивающееся в порах кристаллизационное давление приводит к растрескиванию защитного слоя бетона. Для борьбы с сульфоалюминатной коррозией используются специальные сульфатостойкие портландцементы, применяемые в плотном бетоне.

При наличии в заполнителе реакциспособного кремнезёма применяют портландцемент с содрежанием щелочей не более 0,6 % и вводят в цемент активные минеральные добавки, химически связывающие щелочи.

67 Основные представители вяжущих группы портландцемента.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается от обычного более быстрым нарастанием прочности: через 3 суток твердения его прочность на сжатие не менее 25-28 МПа, т.е. более половины его марочной 28-суточной прочности (40 и 50 МПа). БТЦ получают путем тонкого измельчения (с добавкой 3-5 % гипса) алито-алюминнатного клинкера: сумма С3S+ С3A в клинкере обычно составляет 60-65 %; тонкий помол увеличивает реакционную способность цемента. Обращают особое внимание, на тщательность подготовки бетонной смеси, обеспечивая определенный химический состав смеси и ее гомогенность. Клинкер должен быть хорошо обожжен и быстро охлажден.

БТЦ - основной вид вяжущего для изготовления сборного железобетона. Применения БТЦ в заводском производстве жбк позволяет снизить расход цемента в бетоне на 10-15 %, ускорить тепловую обработку при меньших энерго затратах, увеличить оборот металлических форм и тем самым сэкономить металл. Сокращение общей продолжительности производственного цикла даёт возможность получить больше продукции на том же оборудовании.

БТЦ используют также в монолитных немассивных жбк для ускорения набора прочности, в особенности при зимнем бетонировании. Тонкомолотый БТЦ может быстро портиться под влиянием влаги и воздуха, теряя свою активность. Поэтому его не следует долго хранить.

Повышенное тепловыделение БТЦ исключает возможность его применения для массивных конструкций, БТЦ с повышенным содержанием трехкальциевого алюмината непригоден для бетона, подвергающегося сульфоалюминатной коррозии.

Особо быстротвердеющий высокопрочный портландцемент (ОБТЦ) марки 600 в возрасте 1 суток имеет предел прочности при сжатии 20-25 МПа, а в возрасте 3 суток – 40 МПа. Столь быстрый рост прочности обусловлен высоким содержанием трехкальциевого силиката (65-68 %) при умеренном количестве трехкальциевого алюмината (до 8 %) и высокой тонкостью помола. Применение ОБТЦ в высокопрочных бетонах марок М 500 – М 600 снижает на 15 – 20 % расход цемента, сокращает время и энергетические затраты на тепловую обработку железобетонных изделий.

Сверх быстротвердеющий цемент (СБТЦ) отличается от БТЦ значительно более высокой ранней прочностью, превышающей через 6 часов после затворения водой 10 МПа. Применения СБТЦ даёт возможность через 1-4 часа получать без тепловой обработки прочность бетона достаточную для распалубки изделий. Для изготовления СБТЦ требуется вводить в сырьевую смесь галогеносодержащие вещества (например фторид или хлорид кальция) и повышать содержание алюминатов. СБТЦ отличается быстрым схватыванием.

69 Шлакопортландцементы: состав, свойства, примен

Шлакопртландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Он получается путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного шлака с необходимым количеством гипса. Допускаются раздельный помол компонентов и их последующее смешение. Количество доменного шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 21 и не более 80 % (массы цемента). Допускается замена до 10% шлака трепелом или другой активной минеральной добавкой.

Шлак, применяемый в качестве добавки к цементу, обязательно подвергается быстрому охлаждению водой или паром. Эта опреция называется грануляцией, так как в процессе быстрого охлаждения шлаковый расплав распадается на отдельные гранулы. Быстрое охлаждение препятствует кристаллизации шлака и он переходит в стеклообразное и тонкозернистое химически активное сотояние. Поэтому гранулированный шлак, являющийся активным компонентом портландцемента, взаимодействует с гидрооксидом кальция и образует низкоосновные гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Процесс твердения шлакопортландцемета значительно ускоряется при тепловлажностной обработке, поэтому его эффективность в сборных изделиях, изготавливаемых пропариванием.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент марки 400 за 3 сут твердения должен приобрести прдел прочности при сжатии не менее 20 МПа, при изгибе – не менее 3,5 МПа. Этот вид цемента эффективно применять в производстве бетонных и железобетонных изделий, изготавливаемых с применением тепловлажностной обработки.

70 Пуццолановый портландцемент: состав, свойства, применение.

Пуццолановый портландцемент изготавливают путем совместного помола клинкера и активной минеральной добавки с необходимым количеством гипса. Добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки) должно быть не менее 20 и не более 30 %, а вулканических добавок (пемзы, туфа, глиежа или топливной золы) не менее 20 и не более 40%. Активная минеральная добавка вначале абсорбирует, а затем химически связывает Са(ОН)2, образующийся при взаимодействии алита с водой:

mСа(ОН)2+SiO2(акт) + nH2O→(0,8-1,5) CaO· SiO2 · pH2O.

В ходе этого процесса, происходящего во влажных условиях и при положительной температуре, растворимый гидрооксид кальция связывается в практически не растворимый гидросиликат кальция. В результате значительно возрастает стойкость бетона к коррозии первого вида – выщелачиванию Са(ОН)2. Пуццолановый портландцемент следует применять для бетонов, постоянно находящихся во влажных условиях (подводных или подземных частей сооружений). На воздухе бетон на пуццолановом портландцементе даёт большую усадку и в сухих условиях частично теряет прочность. Кроме того, бетоны на этом цементе имеют низкую морозостойкость и не годятся для сооружений подверженных замораживанию и оттаиванию. Пуццолановый портландцемент твердеет медленнее, чем портландцемент, в особенности при низких температурах, поэтому его не следует применять при зимних бетонных работах. Он обладает сравнительно не большим тепловыделением, поэтому его часто используют для бетонирования внутренних частей массивных сооружений (плотин, шлюзов и т.п.).

72 Глинозёмистый цемент: состав, свойства, применение.

Глинозёмистый цемент – быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путём тонкого измельчения клинкера, содержащее низкоосновные алюминаты кальция.

Однокальциевый алюминат определяет быстрое твердение и другие свойства глинозёмистого цемента. Глинозёмистый цемент обладает высокой прочностью, если он твердеет при умеренной

температуре, поэтому его нельзя применять для

бетонирования массированных из-за разогрева бетона, а также подвергать тепловлажностной обработке. Замечательным свойством глинозёмистого цемента является его не обычное быстрое твердение. Марки глинозёмистого цемента – 400,500,600. При столь быстром твердении глинозёмистый цемент обладает нормальными сроками схватывания, почти такими же как и портландцемент. Глиноземистый цемент применяют в специальных сооружениях, при спешенныхремонтных работах, для изготовления жаростойких бетонов и растворов. Кроме того он входит в состав многих расширяющихся цементов.