Производство портландцемента

 

2.3. Определяем соотношение  между двумя сырьевыми компонентами, задаваясь величиной КН:

х = (2,8*54,16*0,89+1,65*15,5+0,35*7,59-5,7)/(53,75-2,8*1,89*0,89-1,65*0,79-0,35*0,36)=175,08/47,61=3,68/1.

Таким образом, на 1 вес.ч. глины приходится 3,68 вес.ч. известняка. Сырьевая смесь будет состоять из 4,68 вес.ч. 78,63% будет 1-го компонента – известняка и 21,37% 2-го компонента – глины.

2.4. Рассчитываем химический  состав сырьевой смеси и клинкера.

Состав клинкера определяем путем пересчета состава сырьевой смеси на прокаленное вещество. Для удобства вычисления состава клинкера рекомендуется умножить количество каждого окисла на коэффициент z:

z = 100/(100-36,07) = 1,56421.

Результаты расчётов приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Подсчёт  химического состава сырьевой смеси и клинкера

Компоненты	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	П.п.п.	Сумма
Известняк – 78,63 вес.ч.	1,89	0,79	0,36	53,75	0,50	0,61	42,1	100
Глина – 21,37 вес.ч.	54,16	15,5	7,59	5,70	2,45	0,71	13,89	100
Состав сырьевой смеси, %	13,06	3,93	1,9	43,49	0,92	0,63	36,07	100
Состав клинкера, %	20,43	6,15	2,97	68,03	1,44	0,99	-	100

 

Для подтверждения правильности выполненных расчётов определяем величину КН, n и р модулей:

КН = (68,01 – 1,65*6,15 – 0,35*2,97)/2,8*20,43 = 0,89;

n = 20,43/(6,15+2,97) = 2,3; р = 6,15/2,97 = 2,1.

Совпадение величины КН с заданной и величин n и р  с допустимым пределом, подтверждает правильность расчетов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. АНАЛИЗ АССОРТИМЕНТА ВЫПУСКАЕМЫХ ПРОМЫШЛЕННОСТЬЮ ЦЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

 

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер получают в виде спекшихся гранул размером 10...60 мм в результате обжига до спекания сырьевой смеси состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция [3].

Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования  сроков схватывания. Он замедляет начало схватывания и повышает прочность цементного камня в ранние сроки. Количество гипса в цементе нормируется по содержанию SO₃. В обычных цементах оно должно быть не менее 1,0 и не более 3,5%, а в высокопрочных и быстротвердеющих — не менее 1,5 и не более 4,0%.

Наряду с обычным  портландцементом (без добавок), обозначаемым индексом ПЦ ДО, выпускают два вида портландцемента с минеральными добавками, обозначаемые индексами ПЦ Д5 и ПЦ Д20. В первый допускается введение дополнительно до 5% активных минеральных добавок, а во второй — свыше 5%, но не более 10% добавок осадочного происхождения, или до 20% добавок вулканического происхождения, глиежей, гранулированных доменных и электротермофосфорных шлаков. Соотношение клинкера, гипса и добавок характеризует вещественный состав портландцемента.

Качество клинкера зависит  от его химического и минералогического состава. Химический состав характеризуется содержанием различных оксидов, а минералогический - количественным соотношением минералов, образующихся в процессе обжига.

Портландцементный клинкер  состоит в основном из, % по массе: СаО — 64...67; SiO₂ — 21...25; А1₃О₃ — 4...8; Fe₂O₃ — 2...4. Кроме того, в составе клинкера могут присутствовать MgO, TiO₂ щелочи и др. Важнейшие оксиды, входящие в состав клинкера, SiO₂, А1₂О₃, СаО и Fe₂O₃ взаимодействуют в процессе обжига, образуя клинкерные минералы. Под микроскопом видно, что клинкер гетерогенен. Он состоит из кристаллов различной формы, между которыми размещается промежуточное вещество, представленное стекловидной фазой. Портландцементный клинкер состоит из ряда кристаллических фаз, отличающихся друг от друга по химическому составу. Основные минералы клинкера: алит ЗСаО·SiO₂ (сокращенная запись C₃S); белит — 2СаО·SiO₂ (β-C₂S), трехкальциевый алюминат ЗСаО·А1₂О₃(С₃А) и алюмоферриты кальция переменного состава от 8СаО·ЗА1₂О₃ ·Fe₂O₃ до 2СаО· Fe₂O₃ (C₈A₃F...C₂F).

Наряду с портландцементом отечественная цементная промышленность выпускает ряд его разновидностей, отличающихся особенностями технологии и строительно-техническими свойствами.

 

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) - это портландцемент с минеральными добавками, отличающийся интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения. При производстве БТЦ тщательно подготовленная сырьевая смесь должна быть однородна по составу и не содержать вредных примесей. Помол ее ведут так, чтобы на сите № 02 остаток отсутствовал, а на сите № 008 не превышал 2...3%. Обжиг ведут на беззольном топливе, после чего производят резкое охлаждение клинкера. Повышенная прочность БТЦ в начальные сроки твердения достигается правильным подбором минералогического состава клинкера, увеличением дозировки гипса, повышением тонкости помола цемента. Содержание C₃S в клинкере должно быть не менее 50%, содержание С₃А — около 8%. Содержание SO₃, в цементе не менее 1,5 и не более 4%; удельная поверхность 3500...4500 см²/г (вместо 2500...3000 см²/г для обычного портландцемента). Помол производят по замкнутому циклу. Выпускают две марки быстротвердеющего портландцемента — М400 и М500, однако для этого вида цемента нормируется прочность не только в 28-суточном, но и в 3-суточном возрасте: для портландцементов М400 и М500 предел прочности при сжатии через 3 сут должен быть соответственно не менее 24,5 и 27,5 МПа, при изгибе — 3,9 и 4,4 МПа, а в возрасте 28 сут при сжатии — 39,2 и 49 МПа, при изгибе — 5,4 и 5,9 МПа.

БТЦ предназначен для изготовления сборных железобетонных конструкций и изделий в заводских и полигонных условиях, а также для скоростного строительства. В настоящее время он широко внедряется в практику. Использование БТЦ повышает марку бетона, что приводит к уменьшению массы изделий и экономии бетона на 8...30%, стали — до 15% и снижению стоимости изделий на 3…15%.

 

Сульфатостойкие портландцементы  отличаются повышенной устойчивостью цементного камня к агрессивному воздействию сульфатных вод. Это обеспечивается снижением содержания в клинкере алюминатов кальция, главным образом ЗСаО·А1₂О₃. Выпускают сульфатостойкий портландцемент, в который введение активных минеральных добавок не допускается, и сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками. В последний вводят гранулированные шлаки (доменные и электротермофосфорные) —10..20% или добавки осадочного происхождения — 5...10%.

Сульфатостойкие портландцементы  изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава: содержание С₃А не должно превышать 5%, C₃S - 50%, С₃А +С₄AF — 22%. Для сульфатостойкого портландцемента с минеральными добавками действительны те же ограничения, однако содержание C₃S не нормируется. Получение заданного минералогического состава обеспечивают подбором сырьевых материалов, расчетом состава шихты и режимом обжига. Сульфатостойкость цементов повышают также рядом технологических приемов, к которым относятся: быстрое охлаждение клинкера, обеспечивающее увеличение количества стекловидной фазы; снижение тонкости помола, что обеспечивает повышение плотности бетона; введение в цемент гидрофобизирующих добавок. Пониженное содержание C₃S и С₃А заметно снижает активность цемента.

Выпускают сульфатостойкий портландцемент М400, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками М400 и М500. Они предназначены для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, обладающих коррозионной стойкостью при воздействии сред, агрессивных по содержанию в них сульфатов.

 

Пуццолановый портландцемент –  гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и во влажных условиях, получаемые в результате совместного помола портландцементного клинкера нормированного минералогического состава с содержанием С₃А до 8%, гипса и  АМД. Содержание активных минеральных добавок осадочного происхождения должно составлять 20-30%, прочих добавок – 20-40%. Выпускают две марки пуццоланового портландцемента: М300 и М400. Водопотребность пуццоланового портландцемента значительно выше, чем у ПЦ, и составляет 28-43%.

Пуццолановый портландцемент предназначен для изготовления подземных и подводных конструкций зданий и сооружений, в водопроводных сооружениях, при строительстве туннелей, при укладке фундаментов и подвалов зданий.

 

     Белые портландцементы отличаются от остальных видов портландцементов цветом, поэтому весь технологический процесс получения таких цементов подчинён требованию обеспечения белизны. Сырьём служат известняки, глины и пески с минимальным содержанием красящих оксидов – железа, марганца, титана. Чтобы в сырьевую смесь и в цемент не попало железо, дробление сырьевых материалов, помол сырья и цементного клинкера производят в дробилках и мельницах со специальной футеровкой из фарфоровых, кремниевых и других плит. Мелющими телами служат кремниевые камни или “уралит”. Во избежание присадки  железосодержащей золы обжиг ведут на жидком или газообразном топливе. При этом вследствие уменьшения содержания плавней обжиг сырьевой смеси ведут при более высоких температурах – 1600…1650º С. В результате производительность печей снижается, а стоимость цемента увеличивается. После выхода из печи клинкер отбеливают путём охлаждения от 1250 до 250º С в восстановительной среде или резким охлаждением его водой от 1600 до 500º С. При отбеливании оксид железа переходит в Fe₃O₄, благодаря чему снижается красящая способность соединений железа и повышается белизна цемента. Качество белого цемента оценивают коэффициентом яркости, показывающим отношение его белизны к белизне принятого эталона в процентах. По степени белизны белые цементы разделяют на три сорта: БЦ – 1, БЦ – 2 и БЦ – 3 с коэффициентом яркости соответственно 80, 75 и 68.

 Выпускают цементы  М400 и М500 двух видов – белый  портландцемент и белый портландцемент с минеральными добавками. В качестве последних используются вещества белого цвета – обожжённый каолин, светлый диатомит и т.д. Содержание активных минеральных добавок не более 20%, инертных добавок не более 10%. Белые портландцементы отличаются от обычных сроками схватывания (начало не ранее 45 мин, конец – не позднее 12 часов после затворения) и тонкостью помола (остаток на сите № 008 – не более 12%).

 

  Цветные портландцементы получают путём совместного тонкого измельчения белого или обычного клинкера с красящими пигментами. В качестве пигментов используют: для получения жёлтого цвета – охру, красного – железный сурик, зелёного – оксид хрома и т.д. По ГОСТ цветной портландцемент должен содержать не менее 80% клинкера, не более 6% диатомита и не более 15% минерального синтетического или природного пигмента или не более 0,5% органического пигмента.

 Белые и цветные  портландцементы используют для архитектурно-отделочных и декоративных работ в жилищном, гражданском, промышленном и сельском строительстве.

 

     Шлакопортландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным помолом портландцементного клинкера, гипса и гранулированного доменного или электротермофосфорного шлака. Количество шлака в шлакопортлнадцементе должно быть свыше 20% и не более 80%. Допускаемая замена части шлака активными минеральными добавками (не более 10%).

    Шлакопортландцемент  выпускают трёх марок: М300, М  400, М 500, а также быстротвердеющий  шлакопортландцемент марки М  400. У последнего нормируется прочность в возрасте не только 28, но 3 сут (при изгибе не менее 3,4 и при сжатии 19,2 МПа).

    Шлакопортландцемент  обладает повышенной стойкостью  к воздействию минерализованных вод. Это объясняется тем, что выделяющиеся при гидролизе Са(ОН)₂ связывается шлаковыми минералами. Кроме того, характерной особенностью затвердевшего шлакопортландцементного камня является более плотная, чем у портландцементного камня, структура.

   Как правило  шлакопортландцемент применяют при гидротехническом строительстве в зонах постоянного погружения при строительстве шахт и портовых сооружений, при работе бетона в агрессивных средах. Шлакопортландцемент высоких марок используют для производства сборных железобетонных конструкций с применением тепловлажностной обработки.

 

Тампонажный портландцемент (ГОСТ 1581—42 с изменениями, внесенными в июле 1961 г.). Тампонажный цемент применяется для тампонирования нефтяных и газовых скважин с целью их изоляции от грунтовых вод. Основные требования, предъявляемые к тампонажным портландцементам: придание цементному раствору достаточной подвижности; строгое ограничение сроков схватывания, с тем чтобы начало схватывания наступало не раньше, чем окончится тампонирование; обеспечение достаточно высокой механической прочности через 2 суток твердения. 

Для получения подвижного раствора, накачиваемого в скважины насосами, цемент затворяют с большим количеством воды (50% от веса цемента) без добавки песка. Такое количество воды в условиях обычных температур замедляет схватывание цемента и понижает его прочность. Регулирование сроков схватывания тампонажных цементов при обеспечении необходимой механической прочности достигается обычно подбором минералогического состава клинкера и применением добавок.