Термодинамический анализ силикатной системы CaO-SiO2

   окиси кальция с C₂S. Как уже отменялось ранее, трехкальциевый силикат выделяется из расплава вместе с небольшимими количествами АЮ и MgO. образуя с ними твердый раствор, который называют алитом.

   Участок печи, где проходит спекание материала и образование алита, называется зоной спекания. Здесь материал нагревается примерно от 1300 до что способствует более быстрому усвоению окиси кальция двухкальциевым силикатом и образованию алита. Оптимальная температура спекания зависит в основном от свойств исходных материалов, наличия в них различных примесей, тонкости измельчения и однородности смеси. Выдерживать материал при оптимальной температуре спекания нужно также с надлежащей точностью, так как это в большой мере отражается на качестве клинкера: с одной стороны, увеличение продолжительности выдержки материала в зоне спекания способствует более полному усвоению окиси кальция, что улучшает качество клинкера, с другой — оно может вызвать чрезмерное

укрупнение кристаллов алита, отрицательно сказывающееся на его свойствах. Исследования и практика производства показывают, что портландцемента с высокими физико-механическими показателями получают из клинкеров, в которых плит и белит характеризуются благоприятной кристаллической структурой, а содержание неусвоенной окиси кальция не превосходит 0,5—1%.

  Температура образовании жидкой фазы и ее количество зависят от тех компонентов сырья, которые в процессе обжига образуют минералы- плавни (С₃А, C₄AF). Однако содержание последних в клинкере ограничивается, так как при повышенном их количестве прочностные характеристики и стойкость затвердевшего портландцемента ухудшаются.

  Для ускорении  процесса клинкерообразования, особенно при изготовлении клинкеров с  высоким содержанием C₃S, применяют специальные добавки-минерализаторы(фтористый кальции CaF₂, кремнефтористые натрий Na₂SiF₆ или магний MgSiF₆, окись железа в виде руды или колчеданных огарков, гипс и фосфогипс и др.). Минерализаторы не только способствуют снижению температуры спекания материала и уменьшению вязкости расплавов, но и каталитически влияют на образование C₂S и C₃S и формирование их кристаллов. Большой эффект дает введение указанных фтористых солей в количестве 0,5-1% массы клинкера. Они понижают температуру спекания на 100 - 150°С. Кроме того, фтористые соли способствуют умеьшению содержания щелочей в клинкере, образуя фториды, улетучивающиеся в процессе обжига вместе с дымовыми назами. Это особенн важно при производстве портлендцемента из сырья с повышенным содержанием щелочных соединений. Последние, присутствуя в портландцементе в количестве более 0,8 - 1% отрицательно влияют на процессы его схватывания и твердения, что подробно рассматривается ниже.

   Исследования, проведенные в ЛТИ им. Ленсвета, выявили высокую эффективность  сульфатов как минерализаторов. С. Д. Окороков, С. Л. Голынко-Вольфсон, Р. Д. Азелицкая и др. показали, что применение в качестве минерализатора гипса в смеси с фторидами дает большой эффект. По их данным, в этом случае в процессе обжига в клинкера вместо С₃А образуются активный безводный сульфоалюминат C₃A»CaS0₄. и C3S. Если же реакция идет без гипса, то образуются C₂S и С₃А. Исследователи рекомендуют на 1 ч. Al₂0₃ по массе в клинкере вводить по 0,7 ч. CaS0₄ и CaF₂, что способствует снижению температуры обжига на 50—70°С, увеличению прочности цемента на 30—40% и более, а также устранению вредного влияния щелочей.

   После зоны спекания обжигаемый материал переходит  в зону охлаждения. До температуры  примерно 1300°С в нем присутствует еще жидкая фаза и продолжается реакция  усвоения окиси кальция и образования C₃S. Затем жидкая фаза в нем застывает и спекание заканчивается. Последний участок печи, где полученный клинкер охлаждается воздухом от 1300°С до температуры, при которой выходит из печи (1000—1100°С), называется зоной охлаждения.

   Обычно  при охлаждении клинкера с 1450 до 1300°С и ниже жидкая фаза в нем застывает  частично в виде стекла, частично же при этом происходит кристаллизация из расплава СзА, C₄AF, а также МдО (в виде периклаза). Степень закристаллизованности расплава зависит от скорости охлаждения материала после его выхода из зоны спекания.

   Охлажденный клинкер в основном состоит из кристаллов минералов-силикатов(алита  и белита) и промежуточного вещества, в которое входят стекло, минералы-плавни(С₄АР, C₃S, С₅А₃), а также окиси кальция и магния (в виде кристаллов).

   В зависимости  от скорости охлаждения изменяется не только содержание стекловидной фазы, но и кристаллов периклаза МдО. Медленно охлажденные клинкеры содержат крупные  кристаллы окиси магния(до 30-40 мкм) которые могут вызвать неравномерность

я/

изменения объема цемента. В быстроохлажденных клинкерах  большое количество окиси магния остается в стекле, а остальная  часть, переходя в мелкокристаллическое состояние (до 8 - 10 мкм), почти не оказывает  отрицательного влияния на равномерное изменение объема цемента при твердении.

  Обычно  из медленно охлажденного клинкера получаются цемент с пониженной активностью, что  объясняется пониженным содержанием  стекловидной фазы. Цемент с высоким  содержанием стекла часто обладает также повышенной сульфатостойкостью вследствие того, что содержание кальциевого алюмината (в виде кристаллов) в нем снижается. Это следует учитывать при выборе клинкеров для изготовления сульфатостойких цементов и не ограничиваться данными о количестве С₃А, получаемом расчетом по химическому составу, цементы с повышенным содержанием стекла в клинкере характеризуются повышенной экзотермией. 
 
 
 
 

5 Охрана окружающей среды

5.1. Защита окружающей среды от загрязнения

Проблема защиты окружающей среды и, прежде всего воздушного бассейна, в условиях научно-технической революции приобретает все большую остроту и актуальность. Охрана окружающей среды рассматривается как необходимое условие общественного прогресса, важнейший фактор улучшения материально-бытовых условий жизни и непременное условие достижения гармонии между природой и человеком.

  По имеющимся сведениям, в общем балансе загрязнений атмосферного воздуха на долю предприятий промышленности строительных материалов приходится более 8 % загрязнений. Многие технологические процессы сопровождаются выделением вредных газов.

  Существует два инженерных метода защиты окружающей среды от загрязнения: 1) создание безотходной технологии, функционирующей без выбросов вредных веществ в окружающую среду; 2) применение комплекса технических средств для локализации источников выделений вредностей и глубокой очистки отходящих газов. Однако создание безотходной технологии — задача очень сложная и на современном этапе развития производства полностью решена быть не может. Это задача ближайшего будущего. В настоящее время рациональное сочетание этих двух методов может принести наиболее существенные результаты в решении стоящей проблемы.

    Если применением комплекса технологических и санитарно- гигиенических мероприятий не удается снизить загрязнение отходящих газов до требуемых уровней, то такие газы приходится выбрасывать в верхние слои атмосферы с целью их максимального рассеивания и ослабления вредного воздействия на окружающую среду. Выброс вредных веществ в атмосферу должен производиться таким образом,

чтобы загрязнение  воздушной среды в приземном слое не превышало установленных предельно допустимых концентраций. В этом случае необходимую высоту выбросных труб рассчитывают из условия рассеяния вредных веществ в атмосфере.

     Обычно  на практике приходится решать две  основные задачи: 1) определение высоты трубы при известном количестве выбрасываемых в атмосферу вредных веществ; 2) определение максимальной приземной концентрации вредного вещества при известном количестве выбрасываемых вредных веществ.

     Разработаны «Указания по расчету рассеивания  в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий» (СН 369—74), которыми следует руководствоваться при проектировании выбросов в атмосферу.

  5.2. Методы  контроля загрязнения воздуха  газами, парами и

пылью

На каждом предприятии  производства строительных материалов должен осуществляться систематический контроль за содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Этот контроль проводят заводские санитарные лаборатории, а также городские или районные санитарно- эпидемиологические станции (СЭС). Они определяют места и порядок контроля воздушной среды.

  Методы  контроля загрязнения воздушной  среды подразделяются на три группы: лабораторные, экспрессные и автоматические. Последние методы могут обеспечивать непрерывный контроль с записью  результатов измерения.

  В соответствии с требованием ГОСТ 12.1.007—76* контроль за содержанием вредных веществ  должен устанавливаться периодический  для веществ 2, 3 и 4-го классов опасности  и непрерывный — для веществ 1-го класса опасности. Чувствительность методов и приборов контроля не должна быть ниже 0,5 уровня ПДК; их погрешность не должна превышать ±25% от определяемой величины.

  К настоящему времени разработано свыше 200 методик  определения содержания примесей в  воздухе, имеющих различное аппаратурное оформление. Наиболее точными являются лабораторные методы, при которых отбор проб производится на рабочем месте, а последующий анализ — в лаборатории. Эти методы являются высокоточными, однако они могут проводиться лишь работниками высокой квалификации и требуют много времени.

  Экспрессные анализы воздушной среды выполняются  с помощью газоанализаторов различных  конструкций. Их принцип действия основан  на измерении длины окрашенного  столбика реактива, помещенного в  индикаторной трубке, при просасывании через нее определенного

количества загрязненного  воздуха. Просасывание воздуха производится с помощью резинового сильфона с  пружиной внутри него и штоком для  сжатия сильфона. Индикаторные трубки заполняют различными порошками  в соответствии с наименованием  газа, подлежащего определению. По длине окрашенной части трубки, пользуясь соответствующей шкалой, определяют концентрацию газов или паров в воздухе.

  Применяются также электрические газоанализаторы (ПГФ-1 и др.).

  В последнее  время для анализа воздуха  широко используют газовые хроматографы. Достоинствами газохроматографического метода является высокая разрешающая способность, позволяющая разделять и

детектировать микропримеси индивидуальных химических соединений в

ч

сложных композициях  загрязненного воздуха, быстрота анализа, позволяющая получить хроматограмму в течение нескольких минут, возможность применения автоматизации.   
 
 

Сущность газохроматографического определения примесей заключается в отборе и последующем сжигании пробы веществ в приборе с получением хроматограммы, которая затем расшифровывается.

  Концентрация  пыли в воздухе чаще всего измеряется носовым методом. Он основан на просасывании запыленного воздуха через аналитические  фильтры (АФА), эффективность пылезадержания которых близка к 100%. Взвешивая фильтр на аналитических весах до и после отбора проб пыли и разделив полученный результат на объем прососанного через фильтр воздуха, получают весовую (массовую) концентрацию пыли (мг/м³). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6 Охрана труда и  противопожарная  техника

6.1. Защита от тепловых излучений

На предприятиях по производству строительных изделий  и конструкций многие технологические  процессы связаны с интенсивными тепловыми излучениями в рабочую  зону помещений (заводы по производству кирпича, керамики, минеральной ваты, рубероида, цемента и др.). При этом интенсивность теплового облучения рабочих может достигать больших величин — порядка 3...6 тыс. Вт/м². Под влиянием лучистого тепла в организме рабочих происходят отрицательные биохимические изменения (нарушение деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем, поражение органов зрения и др.). Излучаемое тепло повышает температуру окружающих предметов и оборудования, строительных конструкций зданий, а также воздушной среды рабочей зоны, что также отрицательно сказывается на самочувствии рабочих и снижает производительность их труда. Поэтому интенсивность теплового облучения нормируется, а для защиты от него проводят комплекс следующих технических и санитарно-гигиенических мероприятий: механизацию и автоматизацию тяжелых и трудоемких работ в горячих цехах; дистанционное управление теплоизлучающими процессами и аппаратами; теплоизоляцию оборудования, коммуникаций и других источников тепла таким образом, чтобы температура их наружных стенок не превышала 45 °С; устройство защитных экранов, водяных и воздушных завес, а также водовоздушного душирования рабочих мест; устройство в горячих цехах специально оборудованных комнат отдыха с подачей в них охлажденного воздуха; внедрение научно обоснованных режимов труда и отдыха рабочих; организацию рационального водно- солевого питьевого режима. Для этого к питьевой воде добавляют 0,2 ... 0,5 % поваренной соли и насыщают ее углекислым газом (сатурируют); обеспечение рабочих теплозащитной спецодеждой и спецобувью.