Технологическая линия по производству общестроительных портландцементов

Температура, °С          600       920      980      990     1050

Модификация            Т₁ ↔   Т₁₁ ↔ Т₁₁₁ ↔ М₁  ↔ М₁₁   ↔ R 

     Алит  ПЦ клинкера является твердым раствором, содержащим ионы Mg²⁺, A1³⁺, Fe³⁺ и некоторые другие. Количество MgO в алите зависит от температуры и не превышает 2,2%. Mg²⁺ всегда замещает Са²⁺ в октаэдрических позициях.

     Предельное  содержание А1₃О₃ в алите — до 1,7 %.  Если концентрация А1₂О₃ невелика, то ионы А1³⁺ замещают ионы Si⁴⁺ и для обеспечения электронейтральности один из четырех ионов А1³⁺ размещается в октаэдрической пустоте решетки:

Если  концентрация  A1₂O₃ больше 0,45 %, то происходит гетеровалентный изоморфизм с одновременным замещением Si⁴⁺ + Ca²⁺:

Оксида  железа Fe₂O₃ растворяется в алите до 1,1 %. Ионы Fe³⁺ ведут себя в решетке С₃S аналогично ионам Аl³⁺. Ионы хрома в решетке C₃S могут иметь валентность 5+ или 4+ и замещать кремний по схеме:

;         

В первом случае создаются катионные вакансии ( Са^- ). Наиболее   изучен    алит    состава   

54 СаО_*16 SiO_2*MgO_*Al ₂O₃. При нормальной температуре он является моноклинным, свыше     830 ^оС переходит в тригональный. В медленноохлажденном клинкере может содержаться и триклинный алит.

Выделен также хлорсодержащий алит Ca_3*SiO_4*Cl₂ в виде игольчатых кристаллов, плавящихся при 1040 ^оС.

В твердых  растворах могут содержаться  Мn³⁺, Ti⁴⁺, которые замещают Si⁴⁺ , а также комплексный ион .

      Алит  является основным носителем прочности. Он схватывается в течение нескольких часов и относительно быстро наращивает прочность. Установлено, что моноклинный алит гидратируется быстрее, а триклинный приобретает более высокую прочность в поздние сроки твердения.

      Белит — второй основной минерал ПЦ клинкера, отличается медленным твердением, но обеспечивает достижение высокой прочности при длительном твердении портландцемента.

     Белит, как и алит, представляет собой  твердый раствор β-двухкальциевого силиката (β-2CaO*SiO₂) и небольшого количества (1—3%) таких примесей, как AI₂O₃, Fe₂O₃, Сг₂О₃. Он содержится в клинкерах обычных ПЦ в количестве 15—30 % и обозначается формулой β-C₂S.

     Чистый  двух кальциевый силикат существует в пяти модификациях, интервалы стабильности некоторых из них при нагреве и охлаждении не совпадают. При охлаждении из расплава при температуре 2130 °С кристаллизуется α-C₃S, который при 1425 ± 10 °С переходит в α-C₂S. Переход ά_н а ά_L - форму осуществляется при 1160 ±10 °С. В интервале температур 680—630 °С ά_L - превращается в β-С₂S, который ниже 500°С переходит в γ-C₃S. При нагреве свыше 700^oC  γ - C₂S переходит в ά_L.

     В высокотемпературной форме α-C₂S может растворяться значительное количество добавок некоторых оксидов, которые выделяются при охлаждении в результате перехода α-формы в низкотемпературную. При этом значительно изменяется температура перехода α-  в ά - C₂S этих добавок одновременно являются и стабилизаторами α-C₂S. Наилучшая стабилизация получается при введении в a-C₂S щелочных алюминатов или ферритов.

     Физическое  торможение перехода в цементном клинкере или шлаке происходит вследствие того, что при резком охлаждении стекловидная фаза обволакивает зерна, предотвращая начало необходимого расширения.

     Кристаллохимическая  стабилизация β-С₂S происходит при введении добавок, высокотемпературные формы которых изоморфны с высокотемпературными формами C₂S,  а низкотемпературные не изоморфные с низкотемпературными формами C₂S, либо добавок вызывающих изменения в решетке высокотемпературных форм.

Белит не имеет определенных сроков схватывания и при затворении водой твердеет очень медленно. В зависимости от наличия тех или примесей гидравлическая активность белита колеблется в широких пределах. По данным японских исследователей, прочность α -формы примерно и три раза выше прочности  β - формы. Стечением времени (1-2 года) цементный камень из белита приобретает большую прочность, чем камень из алита.

     Более важной характеристикой клинкера является соотношение между отдельными оксидами и содержание клинкерных минералов. Соотношение между основными оксидами в клинкере и сырьевой смеси определяется соответствующими модулями.

Клинкер (сырьевая смесь) характеризуется  тремя модулями:

1. гидравлическим или основным                           

2. кремнеземистым или силикатным                    

3. глиноземистый или алюмосиликатный            

     Чем выше гидравлический модуль, тем более  быстротвердеющим будет цемент. Сырьевые смеси с высоким кремнеземистым модулем спекаются труднее, чем с низким. При одинаковым  кремнеземистом модуле легче спекаются смеси с низким глиноземистым модулем, так как они содержат повышенное количество Fe₂O₃. Цементы с высоким кремнеземистым и низким глиноземистыми модулями будут наиболее стойкими в сульфатных водах. Твердеют они относительно медленно,  но спустя длительное время приобретают высокую прочность. Силикатный модуль характеризует количество образующегося расплава, а глиноземистый — вязкость  расплава.

     В связи с этим при расчетах цементной  шихты используют коэффициент насыщения (КН) кремнезема оксидом кальция, в котором учитывается, что при обжиге клинкера сначала образуются алюминаты, алюмоферриты, сульфат кальция и двух кальциевый силикат и лишь потом трехкальциевый силикат.

     Коэффициент насыщения представляет собой отношение количества оксида кальция, остающегося после полного насыщения Аl₂О₃,  Fe₂Оз и SO₃ до С₃А, C₄AF и CS, к количеству оксида кальция, необходимому для полного насыщения кремнезема до C ₃ S:

При производстве БТЦ сырьевые смеси готовят с повышенным по сравнению с обычным портландцементом коэффициентом насыщения кремнезема оксидом кальция (КН = 0,9...0,92), их более тонко измельчают и тщательно гомогенизируют. Клинкер обжигают при несколько более высоких температурах. [3] 

Гипсовый  камень 111 сорта. [7]

Технические требования:

     - Гипсовый камень, используемый для производства вяжущих материалов должен соответствовать требованиям ГОСТ 4013-82. Добыча и переработка камня производиться по техническому регламенту, утвержденному в установленном порядке.

     - Гипсовый камень по содержанию  гипса и гипсоангидритовый камень по суммарному содержанию гипса и ангидрита в пересчете на гипс подразделяют на сорта, указанные в таблице 4.

Содержание  гипса в гипсовом камне определяют по кристаллизационной воде, а в гипсоангидритовом камне — по серному ангидриту (SO₃ ) 
 

Таблица 4 [7]

 

      - Для производства цемента должны использовать гипсовый и гипсоангидритовый камень. В гипсоангидритовом камне должно быть не менее 30 % гипса (CaSO_4*2H₂O).

      - Гипсовый  и   гипсоангидритовый  камень  применяют   в   зависимости  от размера фракции.: 0 - 60 мм - гипсоангидритовый и гипсовый камень для производства цемента.

     - Фракции размером 0 - 60 мм не должны содержать камня размером 0 - 5 мм более 30 %.

В отдельных  случаях по согласованию с потребителем доля содержания фракции размером 0 - 5 мм допускается более 30 %, но не должна превышать 40 %. 

Приемка  камня 

      1. Камень должен быть принят техническим контролем предприятия изготовителя.

  2. Приемку и поставку камня осуществляют партиями. В состав партии включают камень одного вида, сорта и фракции.

      3. При отгрузке камня железнодорожным и водным видами транспорта. Размер партии устанавливают в зависимости от годовой мощности  карьера:

      1000т  – при годовой мощности до 1000000т.

      2000т  – свыше 1000000т.

Допускается отгружать партии камня меньшей массы.

      4. При отгрузке камня автомобильным транспортом партией считают количество камня одного сорта, одной фракции, отгружаемого одному потребителю в течение суток.

      5. Количество поставляемого камня определяют  по массе. Камень отгруженный в вагонах или автомобилях, взвешивают на железнодорожных или автомобильных весах. Массу камня отгруженного в судах, определяют по осадке судна.

      6. Изготовитель должен определять фракционный состав камня не менее одного раза в квартал, также при замене технологического оборудования или при переходе от одного забоя в другой при разработке  пласта гипсового камня.

      7. Потребитель имеет право контрольную проверку соответствия камня требованием стандарта, применяя при этом порядок подбора и метода испытания. Потребитель приобретает пробы после загрузки транспортных средств, изготовитель -  перед и во время погрузки.

      8. Пробы отбирают не менее чем из 10 мест равными частями на различной глубине, при отгрузке ж/д и водным транспортом, а при отгрузке автомобильным не менее чем 5 машин.

      9. Минимальную массу общей пробы определяют в зависимости от максимального размера фракции:

      50 кг – при максимальном размере  фракции 60 мм.

      300 кг – при максимальном размере  фракции 300 мм

      10. Если при испытании пробы получены неудовлетворительные результаты, проводят повторные испытания, пробы камня, отобранные из той же  партии. При неудовлетворительном результате повторных испытаний, партия приемке не подлежит. 

Требования  к транспортированию  и хранению. 

     1. Гипсовый и гипсоангидритовый камень поставляют навалом всеми видами транспортных средств.

     2. Камень   транспортируют   железнодорожным   транспортом в соответствии с Правилами перевозок грузов и Техническими условиями погрузки и крепления грузов, утвержденными Министерством путей сообщения.

     3. Предприятие-изготовитель   должно   сопровождать каждую отгружаемую партию документом о качестве установленной  формы, в котором указывают:

     - наименование и адрес предприятия-изготовителя;

     - наименование камня;

     - номер партии, дату отправки и  объем партии;

     - сорт, размер фракции;

     - обозначение настоящего стандарта.