Технологическая линия по производству общестроительных портландцементов

 

     Под действием той или иной кислоты на цементный камень образуются кальциевая соль и аморфные бессвязные массы SiO_2*aq, A1(OH)₃, Fe(OH)₃.

     Образовавшиеся  продукты, растворимые в воде, выносятся  из цементного камня, нерастворимые  же в виде рыхлых масс остаются. Все  это сопровождается снижением прочности цементного камня, а в последующем и полным его разрушением.

     3.   Углекислотная коррозия (II), обусловленная действием на цементный камень,  углекислоты и являющаяся частным случаем кислотной коррозии.

     Углекислая  коррозия развивается при действии на цементный камень, содержащей углекислый газ СО₂. При этом вначале идет реакция между Са(ОН)₂ цемента и углекислотой с образованием малорастворимого СаСО₃ по схеме:

Ca(OH)₂ + CO₂ + H₂O = CaCO₃ + 2H₂O

Дальнейшее  воздействие Н₂СО₃ на цемент приводит, однако, к образованию более растворимого гидрокарбоната:

CaCO₃ + H₂CO₃ ↔ Ca(HCO₃)₂.

      Углекислая  коррозия воздействует на цементный  камень тем слабее, чем больше в  водном растворе гидрокарбонатов кальция  и магния.

       4. Сульфатная коррозия (III), подразделяемая на сульфоалюминатную, вызываемую действием на цемент ионов при их концентрации от 250—300 до 1000 мг/л; сульфоалюминатно-гипсовую, также возникающую главным образом под действием сульфатных ионов , но при концентрации их в растворе более 1000 мг/л, и гипсовую, которая происходит под действием воды,   содержащей большое количество Na₂SO₄  или K₂SO₄.

        Сульфоалюминатная коррозия (разновидность сульфатной) является следствием взаимодействия гипса с высокоосновными алюминатами кальция, содержащимися в цементном камне, по схеме:

3CaO_*Al₂O_3*6H₂O + 3CaSO₄ + 25H₂O = 3CaO_*Al₂O_3*3CaSO_4*31H₂O.

      Образование малорастворимой трехсульфатной формы  гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) из твердого C₃AH₆ и растворенного в воде гипса сопровождается увеличением твердой фазы (по сравнению с C₃AH₆) примерно в 4,76 раза. Это вызывает возникновение сильных напряжений в цементном камне, приводящих к нарушению его структуры, деформациям и снижению прочности.

      5. Магнезиальная коррозия (II), подразделяемая на собственно магнезиальную, вызываемую    действием    катионов магния при отсутствии в воде ионов SO₄ и сульфатно-магнезиальную, происходящую в цементном камне при совместном действии на него ионов Mg²⁺ и .

      Магнезиальная коррозия цементного камня наступает под действием на них растворимых солей магния, кроме MgSO₄. В этом случае между гидроксидом кальция цементного камня и, например, хлористым магнием происходит реакция по схеме:

Ca(OH)₂ + MgCl₂ = CaCI₂ + Mg(OH)₂,

вызывая разрушение цементного камня.

      В случае сульфатно-магнезиальной коррозии реакция идет по схеме:

Ca(OH)₂ + MgSO₄ + 2H₂O = CaSO₄*2H₂O + Mg(OH)₂.

     Влияние на цементный камень растворов хлоридов натрия, калия и кальция (но не аммония) при умеренных их концентрациях не сказывается отрицательно, однако растворы СаС1₂ высокой концентрации действуют агрессивно.   

Области применения БТЦ.

     БТЦ в настоящее время широко применяются  в промышленности. Они повышают марку  бетона, что приводит к уменьшению массы изделий и экономии бетона на 8 – 30 %, стали – до 15 % и снижению стоимости изделий – на 3 – 15 %. При использовании БТЦ появляется реальная возможность сократить производственный цикл, увеличить оборачиваемость форм.

     БТЦ целесообразно применять при изготовлении высокопрочных, обычных и преднапряженных железобетонных изделий и конструкций. Это дает возможность значительно сократить потребность в металлических формах.[3]

     Применение  БТЦ в строительстве имеет  исключительно важное значение. Они позволяют отказаться от самого длительного и дорогого процесса – тепловлажностной обработки железобетонных изделий на заводах, требующей значительного расхода топлива и больших производственных площадей для размещения тепловых установок (камер, котельных установок и др.). Они позволяют особенно эффективно решать проблемы возведения зданий и сооружений из монолитного бетона с применением скользящих и переставных опалубок.

     При их использовании значительно экономичнее  должны решаться задачи зимнего бетонирования. Предпосылкой для этого является то обстоятельство, что бетоны на БТЦ уже через 4 – 10 ч твердения при 10 – 15 оС могут набирать до 30 – 50 % марочной прочности. Как известно, последующее замерзание бетона почти не отражается на конечной его прочности после оттаивания.  

1.4. Сырьевые  материалы для   производства  продукта:

вещественный, химический          и минералогический состав.

Показатели  качества сырьевых      материалов.

Правила      приемки,      маркировки, транспортирования  и 

хранения  сырьевых материалов. 

      Для производства цементов применяют портландцементный  клинкер, минеральные добавки, указанные  в таблицах 1 и 2, гипс или другие материалы, содержащие сульфат кальция, для  регулирования сроков схватывания. В цемент могут быть введены специальные добавки для регулирования отдельных строительно-технических свойств цемента и технологические добавки для улучшения процесса помола и (или) облегчения транспортирования цемента по трубопроводам.

ПЦ  клинкер.

      Химический  состав  ПЦ клинкера. ПЦ 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.

      Химический  состав клинкера колеблется в сравнительно широких пределах. Главные оксиды цементного клинкера – оксид кальция CaO, двуоксид кремния SiO₂, оксиды алюминия Al₂O₃, железа Fe₂O₃, суммарное содержание которых 95 – 97 %. Кроме них в состав клинкера в виде различных соединений в небольших количествах могут входить оксиды магния MgO, серный ангидрит SO₃, двуоксид титана TiO₂, оксиды хрома Cr₂O₃, марганца Mn₂O₃, щелочи Na₂O и K₂O, фосфорный ангидрит P₂O₅ и др. Содержание этих оксидов в клинкере колеблется в пределах, указанных в таблице 3.  
 
 
 
 
 
 

Таблица 3 [2]

 

     О качестве клинкера в определенной степени  можно судить по данным его химического анализа. Химический анализ готового портландцемента не является показательным, так как введенные при помоле добавки изменяют его состав.

     При анализе клинкера определяют не только общее количество отдельных оксидов, но и степень связывания СаО и SiO₂, т. е. узнают, сколько СаО и SiO₂ осталось в свободном состоянии.

     Как уже указывалось, первым по содержанию и значению является СаО. Чем больше в цементе СаО, тем более высокопрочным и быстротвердеющим он будет. Однако обязательное условие получения высококачественного клинкера — полное связывание СаО кислотными оксидами. СаО, остающийся в свободном состоянии, вызывает неравномерность изменения объема, поскольку при обжиге клинкера в результате высокой температуры он получается намертво обожженным и не гасится при затворении цемента водой, а гидратируется в уже за твердеющем цементе, вызывая появление опасных напряжений. Цементы с повышенным содержанием СаО во время твердения выделяют большое количество теплоты, обладают пониженной водостойкостью.

     Кремнезем - одна из важнейших составных частей клинкера. Он связывает СаО в силикаты, способные к гидравлическому твердению. Увеличенное содержание SiO₂ в клинкере ведет к замедлению схватывания и твердения. Однако цементы с повышенным содержанием SiO_2, обладают высокой прочностью поздние сроки твердения. При их гидратации выделяется умеренное количество теплоты, они отличаются повышенными водо- и сульфатостойкостью.

     Глинозем - основном компонент алюминатов, повышение его содержания обусловливает быстрое схватывание и ускоренное твердение (R_cж. 3 суток).

     Fe₂O₃ служит плавнем и улучшает спекание клинкера, а также является красящим оксидом. Цементы с высоким содержанием Fe₂O₃ и малым содержанием глинозема характеризуются повышенной сульфатостойкостью.

     MgO нежелательная примесь в клинкере. Источник этого оксида — доломитизированные известняки. Поскольку клинкер обжигается при 1450 °С, значительное количество MgO при обычном химическом составе клинкера получается в виде намертво обожженного периклаза, который гидратируется в уже затвердевшем цементе, вызывая снижение прочности и даже разрушение его. По ГОСТ 10178 - 85 портландцемент должен содержать не более 5 % MgO.

     ТiО₂ попадает в клинкер из глинистого сырья, его содержание в клинкере редко превышает 0,3 %. Этот оксид — полезный компонент клинкера, способствует улучшению его кристаллизации.

     Mn₂O₃ содержится в клинкере в заметных количествах лишь тогда, когда в сырьевую смесь вводят вместо глинистого компонента доменный шлак.

Cr₂O₃ также может попадать в клинкер при использовании в качестве сырья различных вторичных продуктов. В количестве 0,1 - 0,3 %,  он является легирующей добавкой, увеличивает скорость твердения в начальные сроки, в количестве 1 - 2 % - замедляет интенсивность роста прочности.

      Ангидрид  серной кислоты SO₃ необходим для регулирования сроков схватывания.

Фосфорный ангидрид P₂O₅  и оксид хрома Cr₂O₃ оказывают легирующее действие на клинкер, увеличивая интенсивность твердения цемента в первые сроки и повышая его конечную прочность. [2]

     Минералогический состав клинкера. Основными фазами портландцементного клинкера являются алит (C₃S), белит (C₂S), трехкалъциевый алюминат (С₃А) и алюмоферрит (C₄AF).

Основными минералами цементного  клинкера   являются алит ЗСаО_*SiO или   C₃S   и белит 2CaO_*SiO₂  или C₂S. 

     Алит — важнейший клинкерный минерал-силикат, определяющий высокую прочность, быстроту твердения и ряд других свойств портландцемента. В клинкере он содержится обычно в количестве 45—60%.

     Алит является твердым раствором наиболее насыщенного известью соединения в системе СаО – SiO₂. Чистый С₃S плавиться инконгруентно при 2070 ^оС. Ниже температуры 1250 ^оС  С₃S нестабилен и разлагается на СаО и 2СаО* SiO₂. Термодинамический расчет энергии Гиббса ∆G показывает, что С₃S → С₂S +CaO протекает при температуре более 1000 ^оС, скорость ее с повышением температуры сначала возрастает, а потом снижается. 

     Максимальная  скорость разложения чистого минерала наблюдается при 1100 °С, а минерала с добавками — при 1200 °С. Особенно ускоряют процесс ионы F^-, а также СаSO₄. Частичное разложение C₃S происходит и в цементном клинкере. При  этом возникают свободные валентные связи и появляются дополнительные вакансии в решетке, что повышает гидравлическую активность. В интервале 20—1100 °С чистый С₃S существует в шести полиморфных модификациях: