Помол цемента с известняком

Изготовление портландцемента — сложный энергоемкий процесс, требующий больших затрат топлива. На обжиг 1 т клинкера затрачивается около 226 кг условного топлива, на помол — до 30 кВт/ч электроэнергии. Чтобы снизить энергетические и материальные затраты, изготовляют цементы составного типа, т.е. такие, которые кроме клинкерной части содержат минеральные добавки. Расход топлива на сушку 1 т этих добавок составляет всего 20. 25 кг, т.е. более чем в 10 раз меньше, чем на обжиг клинкера. Заменяя часть клинкера минеральной добавкой, значительно экономят топливо и электроэнергию.
Среди веществ этой группы различают активные минеральные добавки и добавки-наполнители.
Активными минеральными добавками называют вещества, которые при смешивании с воздушной известью придают ей после затвердевания водостойкость. Воздушную известь нельзя применять во влажных условиях, но при введении активных минеральных добавок она приобретает гидравлические свойства. Такие добавки (называемые иначе гидравлическими, или пуццолановыми) содержат кремнезем в аморфном состоянии. Он активно взаимодействует с гидроксидом кальция, содержащимся в извести или выделяющимся при гидратации портландцемента. Возникающие при этом гидросиликаты кальция практически не растворимы в воде. Таким образом, растворимая составляющая цементного камня Са(ОН)2 переводится в нерастворимое соединение. В этом смысл использования активных минеральных добавок: экономя клинкерную часть, они в то же время придают цементу ряд особых свойств.
Добавки-наполнители не обладают гидравлическими свойствами (либо эти свойства выражены у них в очень слабой степени). Активность смешанного вяжущего уменьшается пропорционально количеству введенных добавок-наполнителей. Их используют для снижения расхода цемента в растворах и бетонах низких марок, а также при изготовлении специального цемента для строительных растворов.
Портландцемент с минеральными добавками близок по свойствам к обычному, поскольку количество добавок в нем невелико. Он имеет те же марки и область применения, что и портландцемент, но благодаря добавкам несколько дешевле.
Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совместного помола клинкера, активной минеральной добавки и необходимого количества гипса. Благодаря связыванию Са(ОН)2 в нерастворимые гидросиликаты кальция такой портландцемент обладает повышенной стойкостью к химической коррозии и поэтому входит в группу сульфатостойких цементов. Наиболее целесообразная область его применения — подводные и подземные части сооружений. Зачастую используют пуццолановый портландцемент в бетонах внутренних частей массивных сооружений, поскольку у него сравнительно небольшое тепловыделение.
Однако бетоны на пуццолановом портландцементе обладают низкой морозостойкостью и не пригодны для возведения сооружений, подвергающихся частому замораживанию и оттаиванию. На воздухе, особенно в жарком климате, бетон на пуццолановом портландцементе дает большую усадку и частично теряет прочность. При зимних бетонных работах пуццолановый портландцемент нецелесообразно применять, так как он твердеет медленнее, чем портландцемент.
Шлакопортландцемент способен твердеть как на воздухе, так и в воде. Это вяжущее общестроительного назначения, используемое в основном для тех же целей, что и портландцемент. Его получают путем совместного измельчения портландцементного клинкера, доменного гранулированного шлака и необходимого количества гипса. Содержание доменного шлака может достигать 80 % от массы цемента. Такая большая дозировка шлака возможна вследствие особенностей его химического состава, близкого к клинкеру. В доменных шлаках преобладают оксиды кальция (30. 50 %), кремния (28. 30 %), алюминия (8. 24 %), т.е. те же компоненты, что и в клинкере портландцемента. Поэтому некоторые шлаки в тонкоразмолотом виде обладают способностью к самостоятельному гидравлическому твердению.
Шлак, применяемый как добавка к цементу, обязательно переводят из огненно-жидкого в твердое состояние путем быстрого охлаждения в воде или с помощью водяного пара. Эта операция называется грануляцией, так как шлаковый расплав распадается на отдельные гранулы. Получаемый таким путем шлак обладает стекловидной, т.е. химически активной, структурой. Поэтому гранулированный шлак является активным компонентом шлакопортландцемента.
Шлаки — ценнейший материал для строительства. Известный металлург академик И.П. Бардин указывал, что шлак — это вовсе не отход, это тысячи новых домов, это база для дальнейшего расширения строительства. Использование шлаков для изготовления цементов позволяет, с одной стороны, получать высококачественные и недорогие цементы, бетоны, строительные растворы; с другой стороны, оно имеет важное экологическое значение, так как высвобождает ранее занятые шлаковыми отвалами ценные земельные площади.
Шлакопортландцемент рекомендуется применять в бетонах для возведения надземных и подземных конструкций, а также в подводных сооружениях, подвергающихся действию пресных и минерализованных вод. Тепловыделение его в 2. 2,5 раза меньше, чем у портландцемента, поэтому его часто используют в бетоне массивных конструкций.
Однако шлакопортландцемент имеет тот же недостаток, что и пуццолановый портландцемент: он медленно набирает прочность в первые дни твердения, в особенности при пониженной температуре. Процесс твердения значительно ускоряют, применяя тепловую обработку бетона.
Экономически применять шлакопортландцемент очень выгодно, поскольку он на 15. 20 % дешевле портландцемента.
Цемент для строительных растворов (ГОСТ 25328-82) изготовляют путем совместного измельчения портландцементного клинкера, активных минеральных добавок и добавок-наполнителей. Содержание клинкера в цементе должно быть не менее 20 % (считая от массы всего вяжущего). Для регулирования сроков схватывания при помоле компонентов вводят 3. 5 % гипса от массы цемента.
При изготовлении этого цемента употребляют активные минеральные добавки — трепел, вулканический пепел, доменный гранулированный шлак. Особенность цемента для строительных растворов — наличие в его составе тонкомолотых добавок-наполнителей: кварцевого песка, мрамора или кристаллического известняка. Такие добавки необходимы идя снижения активности вяжущего, поскольку в строительных растворах применять высокомарочные цементы экономически невыгодно. Для улучшения качества цемента допускается вводить при его помоле пластифицирующие (не более 0,5 %) или гидрофобизирующие (до 0,3 %) добавки (ЛСТ, мылонафт, кубовые остатки синтетических жирных кислот).
Такой цемент характеризуется следующими сроками схватывания: мчало не ранее 45 мин, конец — не позднее 12 ч от момента затворения. Цемент должен хорошо удержипать воду: водоотделение теста, изготовленного из равных количеств цемента и воды, должно быть не более 30 % по объему. Выпускают цемент одной марки — 200.
В связи с замедленным твердением этот цемент используют, как правило, при температуре окружающей среды не ниже 10 °С для изготовления кладочных и штукатурных растворов, а также низкомарочных бетонов, к которым не предъявляют особых требований по морозостойкости.

Читайте так же:

Расход цементной смеси для выравнивания стен

Цемент и его свойства

Цемент — минеральное порошкообразное вещество, из которого при замешивании с водой приготовляют вяжущую, быстро затвердевающую скрепляющую массу для строительных работ. О том, как производится цемент и каких видов он бывает читайте в нашей статье

Слово «цемент» в переводе с латинского означает – «битый камень», «щебень». Это важнейший стройматериал, на его базе изготавливаются бетоны и различные растворы, использующиеся в строительстве.

Цемент – это порошковидный искусственный вяжущий материал. Цементный порошок, взаимодействуя с водой или иными жидкими веществами, образует пластичную массу. Через некоторое время масса твердеет, превращаясь в прочный цементный камень. Для получения цемента используются минеральные вещества, а его прочностные характеристики обусловлены присутствием воды при затвердевании.

Производство цемента берет свое начало в двадцатых годах XIX столетия. Первый гидравлический цемент был получен британским каменщиком Джозефом Аспдином. В ходе его исследований при нагревании смеси глины с известняком в печи, и последующего дробления до порошка, он получил цемент, затвердевший при добавлении воды. Этот материал был назван портландцементом, вследствие того, что Аспидином для производства цемента были использованы камни с полуострова Портленд. В 1824 году это изобретение было запатентовано.

Русский строитель Егор Герасимович Челиев – изобретатель усовершенствованного вида цемента, который используется и в настоящее время. В своей книге «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений» 1825 года издания, он обобщил исследования по улучшению характеристик вяжущих материалов. Челиев обнаружил, что обжигом смеси глины и извести в горне при использовании сухих дров до «белого жара» (температура обжига более 11000-12000 °C), можно добиться получения спекшегося материала. Этот материал (цемент) раздробленный до порошкообразного состояния, обладает свойством затвердевать при добавлении воды и отличными механическими характеристиками.

Появление цемента основательно поменяло всю отрасль строительства. С началом производства цемента технологии строительства претерпели значительные изменения.

Производство портландцемента в его современном виде составляют следующие технологические процессы:

Добыча и транспортировка на завод сырья;

Дробление сырья и тонкое измельчение;

Получение однородной смеси из сырья;

Приготовление клинкера обжигом сырьевой смеси до спекания;

Изготовление цемента путем помола клинкера с гидравлическими добавками.

В производстве цемента различают три ведущих способа:

Сухой способ производства цемента предполагает, что в ходе дробления и размола в мельницах, сырье (глина и известняк) сушатся и образуют сырьевую муку. Её состав подвергается корректировке для соответствия технологически заданному. После этого сырьевая мука обжигается. Вращающиеся печи, использующиеся для проведения этого процесса, практически всегда имеют в своем составе запечной теплообменник. В нем происходит разогрев и процесс неполной декарбонизации смеси с образованием клинкера. Для его обжига расходуется 750-850 ккал/кг клинкера тепла.

При применении мокрого способа производства цемента, помол сырья в мельницах производится при наличии воды. Вода в этом случае понижает твердость, увеличивает скорость помола и снижает расходы энергии, затрачиваемой при помоле. Полученный в процессе размола шлам, имеющий консистенцию сметаны, доводится до необходимого состава и подвергается обжигу. Расход тепла на обжиг в данном случае увеличиваются из-за наличия воды в шламе и составляет 1300-1600 ккал/кг клинкера. При этом играют роль величина и устройство печей.

При использовании комбинированного способа производства цемента, смесь из сырья приготавливается, как при мокром способе. После чего происходит: обезвоживание смеси вакуум-прессом или вакуум-фильтром, формование (чаще в гранулы) и подача на обжиг. Расход тепла при применении комбинированного способа составляет примерно 1000 ккал/кг клинкера.

Насчитывается большое количество разновидностей цемента, наиболее распространенные из них:

7.6. Помол клинкера и добавок и получение портландцемента

Общий расход энергии на 1 т цемента 325—550 МДж, причем минимальные энергетические затраты достигаются при сухом способе с применением декарбонизатора: на помол клинкера с добавками затрачивается 125— 180 МДж.

Помол клинкера в тонкий порошок производится преимущественно в сепараторных установках, работающих по открытому или замкнутому циклу. Трубная мельница представляет собой барабан, облицованный внутри стальными броневыми плитами и разделенный дырчатыми перегородками на две—четыре камеры. Крупнейшими помольными агрегатами являются мельницы размером 3,95×11 м, производительностью 100 т/ч и размером 4,6х16,4 м, производительностью 135 т/ч. Материал в трубных мельницах измельчается под действием загруженных в барабан мелющих тел — стальных шаров (в камерах грубого помола) и цилиндров (в камерах тонкого помола). При вращении мельницы мелющие тела поднимаются на некоторую высоту и падают, дробя и истирая зерна материала.

При работе по открытому циклу мельница работает «на проход», т. е. материал (клинкер и добавки) непрерывно поступает со стороны камер грубого помола через полую ось, а измельченный материал выходит из камеры тонкого помола и далее транспортируется в силосы. Замкнутый цикл помола включает помольный агрегат и центробежный сепаратор, отделяющий крупные зерна, возвращаемые на домол, в результате чего достигается высокая тонкость помола. Помольные установки, работающие по замкнутому циклу, дают возможность тонко измельчить клинкер (до удельной поверхности 4000—5000 см 2 /г) и регулировать в цементе содержание частиц различного размера, что необходимо для получения быстротвердеющего и других специальных портландцементов (рисунок). При помоле к клинкеру добавляют гипс (так, чтобы общее содержание SO₃в цементе было не более 3,5 %) для замедления схватывания портландцемента.

Читайте так же:

Цементные растворы для тампонажа

Схема размола клинкера по замкнутому циклу

в — с двумя мельницами: 1 — мельница грубого помола; 2 — элеватор; 3 — центробежный сепаратор; 4 — мельница тонкого помола; б— с одной мельницей; 1 — элеватор; 2 — сепаратор; 3 — мельница; 4 — крупка; 5 — готовый цемент

Готовый портландцемент — очень тонкий порошок темно-серого или зеленовато-серого цвета; по выходе из мельницы он имеет высокую температуру (80—120°С) и направляется пневматическим транспортом для хранения в, силосы, которые обычно выполняют в виде железобетонных банок диаметром 8—15 м и высотой 25-30 м. Большие силосы вмещают 4000—10 000 т цемента. Цемент в силосах выдерживают до его охлаждения и гашения остатков свободного оксида кальция, которое происходит под действием влаги воздуха. Из силосов цемент погружают в автоцементовозы, в вагоны-цементовозы или крытые железнодорожные вагоны. Часть цемента поступает на отвешивающие и упаковывающие машины и поставляется в мешках (по 50 кг цемента).

8. Физико-химические основы схватывания и твердения портландцемента. Структура цементного теста и камня

8.1. Взаимодействие цемента с водой и химический состав новообразований

Цементное тесто, приготовленное путем смешивания цемента с водой, вначале (в течение 1—3 ч после затворения) пластично и легко формуется. Потом наступает схватывание, заканчивающееся обычно через 5—10 ч после затворения; в период схватывания цементное тесто загустевает, утрачивая подвижность, но его механическая прочность еще невелика. Переход цементного теста в твердое состояние означает конец схватывания и начало твердения, которое характерно возрастанием прочности. Твердение при благоприятных условиях длится годами — вплоть до полной гидратации цемента.

Сразу после затворения цемента водой начинаются химические реакции. Уже в начальной стадии гидратации цемента происходит быстрое взаимодействие алита с водой, сопровождающееся образованием гидросиликата кальция и гидроксида:

После затворения гидроксид кальция образуется из алита, так как белит гидратируется медленнее алита и при его взаимодействии с водой выделяется меньше Са(ОН)₂, что видно из уравнения реакции:

Гидросиликат кальция 3CaO-2SiO₂-3H₂O образуется при полной гидратации чистого трехкальциевого силиката в равновесии с насыщенным раствором гидроксида кальция. Молярное соотношение CaO/SiO2 в гидросиликатах, образующихся в цементном тесте, может изменяться в зависимости от состава материала, условий твердения и других обстоятельств. Поэтому применяется термин С—S—Н для всех полукристаллических и аморфных гидратов кальциевых силикатов, относимых к гелевой фазе.

Гидросиликаты кальция низкой основности, имеющие состав (0,8—1,5) CaO-SiO₂-(1—2,5)Н₂О обозначаются (по Тейлору) формулой С—S—Н (I), гидросиликаты более высокой основности (1,5—2) CaOSiO₂-nH₂O— формулой С—S—Н (II). Образование низкоосновных силикатов кальция повышает прочность цементного камня; при возникновении высокоосновных гидросиликатов его прочность меньше. При определенных условиях, например при автоклавной обработке (в среде насыщенного пара при давлении 0,8—1,3 МПа и температуре 175— 200 °С), образуется тоберморит 5CaO-6SiO₂-5H₂O, xaрактеризующийся хорошо оформленными кристаллами, которые упрочняют цементный камень.

Основной алюмосодержащей фазой в портландцементе является трехкальциевый алюминат ЗСаО-А1₂Оз. Он представляет и самую активную фазу среди клинкерных минералов. Немедленно после соприкосновения ЗСаО-А1₂Оз с водой на поверхности непрореагировавших частиц образуется рыхлый слой метастабильных (неустойчивых) гидратов 4СаО-А1₂О₃-19Н₂О и 2СаО-А1₂О₃-8Н₂О в виде тонких гексагональных пластинок, образующих по терминологии Р. Кондо и М. Даймона «структуру карточного домика». Рыхлая структура гидроалюминатов ухудшает морозостойкость, а также стойкость против химической коррозии. Это одна из причин ограничения количества трехкальциевого алюмината в специальных портландцементах, применяемых для морозостойких бетонов.

Стабильная форма — шестиводный гидроалюминат ЗСаО-А1₂О₃-6Н₂О, кристаллизующийся в кубической форме, образуется в результате быстро протекающей химической реакции:

Для замедления схватывания при помоле клинкера добавляют небольшое количество природного гипса (3— 5 % массы цемента). Сульфат кальция играет роль химически активной составляющей цемента, реагирующей с трехкальциевым алюминатом при затворении цемента водой и связывающей его в гидросульфоалюминат кальция (минерал эттрингит) в начале гидратации портландцемента.

В насыщенном растворе эттрингит сначала выделяется в коллоидном тонкодисперсном состоянии, осаждаясь на поверхности цементных частиц, образуя тонкую плотную экранирующую оболочку, что замедляет их гидратацию и отодвигает схватывание цемента. При правильной дозировке гипса он является не только регулятором сроков схватывания ПЦ, но и улучшает свойства цементного камня. Это связано с тем, что кристаллизацияиз пересыщенного раствора понижает концентрацию гидроксида кальция в растворе, и эттрингит через 6-8 ч перекристаллизовывается в виде длинных иглоподобных кристаллов, которые создают начальную волокнистую структуру твердеющего цементного камня. Кристаллы эттрингита и обусловливают раннюю прочность затвердевшего цемента. Эттрингит, содержащий 31—32 молекулы кристаллизационной воды, занимает примерно вдвое больший объем по сравнению с суммой объемов реагирующих веществ (С₃А и сульфат кальция). Заполняя поры цементного камня, эттрингит при оптимальной дозировке гипса повышает его механическую прочность. Структура затвердевшего цемента улучшается еще и потому, что предотвращается образование в нем слабых мест в виде рыхлых гидроалюмина-тов кальция.

Читайте так же:

Коэффициент линейного расширения цемента

Четырехкальциевый алюмоферрит при действии воды гидролитически расщепляется с образованием шестиводного трехкальциевого алюмината и гидроферрита кальция по схеме

Однокальциевый гидроферрит, взаимодействуя с гидроксидом кальция, который ранее образовался при гидролизе C₃S, переходит в более высокоосновный гидроферрит кальция. Гидроалюминат связывается добавкой гипса, а гидроферрит входит в состав цементного геля.

Портландцемент (ПЦ)

Портландцемент (ПЦ) – наиболее распространенная разновидность строительных цементов, производство которых регламентирует ГОСТ 31108-2016. Это гидравлическое вяжущее, изготавливаемое из карбонатных пород (известняка, мела, кремнезема, глинозема), твердеет при затворении водой. Оно широко используется для изготовления цементно-песчаных растворов, бетонов, сухих строительных смесей различного назначения, применяемых в гражданском, промышленном, военном строительстве. Ассортимент различных видов и марок портландцемента позволяет выбрать подходящее вяжущее для индивидуального домостроения, массового многоэтажного строительства, сооружения объектов промышленного и инженерного назначения.

Состав портландцемента

Портландцемент получают спеканием сырьевой смеси, в состав которой входят глина (22-25 %) и известняк (75-78 %). Добыча известняка, залегающего на глубинах до 0,7-10 м, ведется открытым способом. Для изготовления портландцемента используется слой известняка желтовато-зеленоватого цвета.

Спеченная при высоких температурах гранулированная сырьевая смесь называется «клинкер». Именно его состав и характеристики определяют важные свойства цемента: прочность цементного камня и скорость ее нарастания, долговечность и стойкость к сложным эксплуатационным условиям отвердевших растворов и смесей, изготовленных на базе портландцемента.

Особенности производства портландцемента

Известняк от места добычи доставляют к месту производства портландцемента. Сырье сушат и осуществляют его первичный помол с введением специальных добавок. Полученную смесь обжигают. Образованный клинкер повторно перемалывают с введением активных добавок. Поскольку разные виды сырьевых смесей имеют индивидуальный состав, влажность и другие характеристики, каждое производство организуется по собственной технологии. Наиболее распространенные варианты:

Сухой способ. Сырье во время или после первичного измельчения сушится. На обжиг материал поступает в сухом виде. Это наиболее экономичный вариант, не требующий затрат энергии на удаление лишней воды из шихты.

Мокрый. Используется при производстве портландцемента из сырья, в состав которого входят мел, глина, железосодержащие добавки. Сырье измельчается в воде. Суспензия после удаления лишней воды обжигается в печи. В результате обжига получают небольшие шарики, из которых после тонкого помола образуется цемент.
Комбинированный. Эта технология совмещает две предыдущие. Сырьевую смесь (шлам) готовят мокрым способом, после чего ее отправляют на фильтры. В результате фильтрования смесь осушается до 16-18 %. После фильтров сырье поступает на обжиг. Есть и другой вариант комбинированного способа. Шлам готовят сухим способом, добавляют в него воду, гранулируют. После обжига получают клинкер в виде гранул 10-15 мм.

Технические характеристики портландцемента

Оценка качества портландцемента осуществляется по следующим характеристикам:

Плотность. Эта величина определяется минералогическим составом материала. В рыхлом состоянии она находится в пределах 0,9-1,3 т/м3, в уплотненном – 1,5-2 т/м3.
Период схватывания. Эта техническая характеристика является важным свойством портландцемента. Она зависит от минералогического состава сырья, тонкости помола, водоцементного соотношения, температуры окружающей среды. Схватывание должно начаться не ранее чем через 45 минут, а закончиться – не позже, чем через 12 часов после затворения портландцемента. По нормативам портландцемент, предназначенный для создания бетонных покрытий дорог, может схватываться только через 2 часа после его затворения.
Тонкость помола. Эта величина, равная суммарной поверхности зерен в единице массы цемента, существенно влияет на технические характеристики материала, в частности, на скорость его твердения. У обычного портландцемента тонкость помола равна 2500-3000 см2/г, быстротвердеющего – 4000-6000 см2/г.
Равномерность изменения объема во время твердения цементной лепешки. Это одна из главных технических характеристик портландцемента. Неравномерное схватывание характерно для вяжущего, в составе которого присутствует слишком большое количество свободной извести или оксида магния. Равномерность изменения объема измеряется на четырех лепешках, которые изготавливаются из цементного теста нормальной густоты. Испытания проводят способом кипячения. Цемент считается прошедшим испытания, если на лицевой стороне всех лепешек отсутствуют: сетка мелких трещин или крупные радиальные трещины, доходящие до края.
Водоцементное соотношение (водопотребность). Этот термин означает количество воды, необходимое для изготовления продукта требуемой пластичности. Для портландцемента водоцементное соотношение составляет примерно 25 %. При необходимости его снижения в состав сырьевой смеси вводят пластификаторы.
Водоотделение. Этот процесс происходит при твердении строительного раствора или смеси из-за опускания частиц вяжущего и заполнителей под действием силы тяжести. Вода может выступать на поверхности бетонного элемента, между слоями укладываемой смеси или раствора, вокруг частиц заполнителя или арматурных стержней. Наличие таких тонких водных пленок внутри бетонного элемента значительно снижает его прочность и долговечность.
Морозостойкость. Это свойство характеризует способность отвердевшего цементно-песчаного слоя или бетонной конструкции, изготовленных на базе портландцемента, выдерживать циклы замерзания/оттаивания без потери рабочих характеристик.
Коррозионная стойкость. Ее обычно разделяют на химическую и физическую коррозионную стойкость. Химическая коррозионная стойкость зависит от минералогического состава, а именно, от способности компонентов выдерживать воздействие химически агрессивных сред. Физическую коррозионную стойкость улучшают снижением пористости бетона, уменьшением радиуса пор и их обработкой гидрорфобизирующими составами.
Тепловыделение. Это свойство характеризует величину тепла, выделяемого в процессе гидратации цемента. Портландцемент, слишком активно выделяющий большое количество тепла, нельзя использовать при строительстве массивных сооружений из-за большой разницы в температурах на поверхности и внутри бетонного элемента. Для регулирования тепловыделения цемента применяют специальные активные добавки.

Читайте так же:

Вес раствор готовый отделочный тяжелый цементный 1 3

Разновидности портландцемента

Все виды портландцемента делятся на бездобавочные и добавочные.

Бездобавочные ПЦ в качестве добавок содержат только гипс. Такие цементы используются для строительства надземных, подземных, подводных конструкций, изготовления железобетонных изделий, не контактирующих при эксплуатации с агрессивными средами. Активные минеральные добавки изменяют технические характеристики портландцемента в нужном направлении. С их помощью повышают водонепроницаемость, коррозионную стойкость и другие полезные свойства готовых продуктов, изготовленных на базе цемента.

В зависимости от присутствующих в составе добавок различают следующие разновидности портландцемента:

Быстротвердеющий (БПЦ). Для этого цемента характерен быстрый набор прочности в первые дни после заливки смеси или раствора. В его составе преобладают трехкальциевый силикат и трехкальциевый алюминат. Он имеет очень высокую тонкость помола, поэтому быстро впитывает влагу из воздуха. При неправильном хранении такой цемент очень быстро теряет товарные характеристики. Быстротвердеющие портландцементы используются при производстве ЖБИ с высокой отпускной прочностью. Коррозионная стойкость быстротвердеющих цементов пониженная.
Пластифицированный. Получают введением поверхностно-активных добавок. Применение этой разновидности портландцементов позволяет снизить водоцементное соотношение, повысить прочность и морозостойкость получаемых растворов и бетонов после твердения.
Гидрофобный. При производстве гидрофобного портландцемента в состав клинкера добавляют гидрофобные ПАВ, которые образуют на зернах цемента водоотталкивающие пленки. Обычно в качества ПАВ востребованы продукты нефтепереработки. При хранении даже во влажных условиях такой цемент не портится, не слеживается и не комкуется. Строительные смеси и растворы на базе гидрофобного цемента отличаются хорошей пластичностью, а после твердения – водонепроницаемостью и морозостойкостью.
Сульфатостойкий. Цемент изготавливают из клинкера, который имеет в составе пониженное содержание трехкальциевых силиката и алюмината. Такой портландцемент повышает стойкость бетона к коррозии при эксплуатации строительной конструкции в контакте с сульфатсодержащими средами.
Белый. Цемент получают с использованием белых коалиновых глин, мела, чистых известняков. На основе белого ПЦ изготавливают цветные цементы путем добавления красящих пигментов.

Шлакопортландцемент. Изготавливают совместным помолом портландцементного клинкера, гипса и доменного гранулированного шлака.
Пуццолановый. Получают смешиванием портландцементного клинкера, активной миндобавки, гипса. Активные минеральные добавки, входящие в состав этого цемента, – вулканические туфы, пемзы, пеплы, трепел, золы тепловых электростанций. Это вяжущее активно используется при строительстве гидротехнических сооружений, подземных объектов.

Классы и марки прочности портландцементов

В соответствии с ГОСТом 31108-2016 основная характеристика портландцемента – прочность – определяется классом. Ранее это свойство характеризовала марка. Наиболее популярные портландцементы:

В 32,5 (М400). Вид цемента, востребованный практически во всех областях частного и массового строительства, для изготовления ЖБИ, устройства дорожек, площадок, отмосток.
В42,5 (М500). Портландцемент, имеющий прекрасные прочностные характеристики, применяется в ремонтно-строительных работах на объектах ответственного назначения, при восстановлении строительных конструкций после аварий, проведении дорожно-ремонтных работ.
В52,5 (М600). Портландцемент, используемый при строительстве особо ответственных объектов.

В каких случаях портландцемент не применяется?

При выборе вида цемента учитывают условия, в которых будет эксплуатироваться объект. Портландцементы с активными добавками, пуццолановые цементы не применяют в регионах с низкими температурами. Все виды портландцементов не используются:

в соленых водах;
в руслах рек проточного типа;
в водоемах, имеющих в составе большое количество различных минералов.

Сульфатостойкий цемент подходит для применения только в статичных водах невысокой агрессивности. Для плотин, дамб, конструкций, эксплуатируемых в проточных водах, используют специальные виды цемента.

Портландцемент. Получение портландцемента.Сырьевая смесь для получения портландцемента (ПЦ) состоит чаще всего из известняка (7578 %)

Получение портландцемента.Сырьевая смесь для получения портландцемента (ПЦ) состоит чаще всего из известняка (75. 78 %), содержащего СаС0₃, и глины (22. 25%). Глина дает при разложении нужного количества кислотных оксидов Si0₂, А1₂₃ и Fe₂₃, которые должны связать всю свободную известь (СаО), образующуюся при разложении СаСО_э, в труднорастворимые соединения: ЗСаО ■ Si0₂; 2СаО ■ Si0₂; ЗСаО ■ А1₂₃; 4СаО • А1₂₃ ■ Fe₂₃.

Приготовление сырьевой смеси, выполняется мокрым (с добавлением воды при смешении и измельчении сырьевых компонентов) или сухим способом с получением либо жидкого продукта (шлама), либо сухой сырьевой муки.

Химический состав сырья и получаемого из него клинкера характеризуют содержанием оксидов в процентах. Необходимыми оксидами являются оксид кальция СаО (63. 66 %), кремнезем Si0₂ (21. 24 %), глинозем А1₂₃ (4. 8 %) и оксид железа Fe₂₃ (2. 4 %). Другие оксиды нежелательны. Их содержание ограничивается следующими пределами: MgO

Обжиг проводят исключительно во вращающихся печах, которые позволяют обжигать как жидкую смесь (шлам), так и сырьевую муку. При обжиге происходит диссоциация углекислого кальция (СаС0₃ = СаО + С0₂) и разложение минералов глины на кислотные оксиды Si0₂, А1₂₃ и Fe₂₃, вступающие во взаимодействие с основным оксидом СаО. Этот процесс завершается в зоне наиболее высокого нагрева (1 450 °С), где происходит спекание материала, т. е. превращение его из порошкообразного в камнеподобное состояние в результате застывания расплава, который образуется в небольшом количестве (20. 30%). Продукт обжига, выходящий из печи, представляет собой очень твердые окатанные гранулы, называемые клинкером. Клинкер охлаждают до температуры 50. 150°С и подвергают помолу в шаровых мельницах, однако не сразу, а через 3. 4 дня, что повышает качество цемента.

Читайте так же:

Расход смесь пескоцементная цемент м 400

Помол клинкера производится в основном в шаровых мельницах. При помоле добавляют до 5 % природного гипса для увеличения сроков схватывания. Без добавки гипса портландцемент схватывается практически мгновенно. Допускается введение при помоле до 20 % по массе активных минеральных добавок. Содержание добавки указывается обозначением ДО, Д5 и Д20 после обозначения марки цемента, например: ПЦ 400-Д20.

Процессы, происходящие при твердении портландцемента.Минералогический состав портландцементного клинкера представлен четырьмя индивидуальными веществами (минералами), условно названными алитом, белитом, алюминатом и цели-том. По химическому составу они близки соответственно к трех-кальциевому силикату, двухкальциевому силикату, трехкальцие-вому алюминату, четырехкальциевому алюмоферриту и в целях упрощения отождествляются с ними (табл. 8.5).

Химические процессы при твердении портландцемента для минералов C₂S и С₃А заключаются в присоединении воды; для C₃S и C₄AF — в гидролизе — разложении химического соединения и присоединении воды к продуктам разложения.

Физические процессы при твердении портландцемента и других В В заключаются в превращении дисперсной смеси порошка вяжущего с водой в сплошное камневидное тело.

Французский ученый Ле Шателье в 1887 г. предложил теорию твердения вяжущих веществ, в соответствии с которой процесс твердения объясняется разницей в растворимости исходного вяжущего вещества и продуктов его гидратации. Теорию Ле Шателье можно свести к трем основным положениям.

1. Исходное вещество, всегда более растворимое, образует насыщенный раствор, который является пересыщенным по отношению к менее растворимому конечному продукту. Последний в растворе находиться не может, но он в этом растворе образуется в результате реакции гидратации, а значит, должен сразу же выпадать в осадок.

2. Осадок образуется в виде кристаллов, распределенных по всему объему системы и связанных в кристаллический сросток, чем и объясняются высокие механические свойства затвердевшей массы.

Растворение исходного вещества и выделение из раствора новообразований является взаимообусловленным и происходит одновременно в течение всего процесса твердения.

Теория Ле Шателье объясняет процесс твердения строительного гипса, однако ее нельзя применить к портландцементу, так как в продуктах его гидратации практически не обнаруживается кристаллических образований, а в основном только аморфная масса.

В 1893 г. немецкий ученый Михаэлис, высказал теорию, согласно которой продукты гидратации образуются не в кристаллической форме, а в виде микроскопических (коллоидных) частиц, которые, заполняя пространство между зернами цемента, сближаются и удерживают воду в узких промежутках между собой. Связанная таким образом вода, в свою очередь, прочно удерживает частицы на очень близком расстоянии друг от друга, образуя в совокупности с ними единую систему, называемую гелем. Образующийся гель, обладая поначалу высокими пластическими свойствами, постепенно теряет воду в результате продолжающейся гидратации, связывания новыми коллоидами и испарения. Происходит сближение частиц и их срастание за счет медленной кристаллизации растворимых (даже незначительно) соединений, в результате чего цементный камень приобретает высокую механическую прочность. Однако теория Михаэлиса, объясняющая процесс твердения портландцемента, не применима к строительному гипсу, в затвердевшем камне которого имеются только кристаллические образования и совершенно нет коллоидного вещества.

Академиком А.А.Байковым в 1925—1927 гг. было дано объяснение процессов твердения вяжущих веществ, которое устраняет противоречия рассмотренных теорий и в одинаковой мере применимо как к строительному гипсу, так и к гидравлическим цементам.

А. А. Байков отметил, что растворимость вещества увеличивается с уменьшением размера частиц, а следовательно, коллоидные частицы могут растворяться, образуя по отношению к зернам кристаллов (частицам огромным по сравнению с коллоидами) пересыщенный раствор, в котором последние растворяться не могут, а могут только из него выделяться. Таким образом, процесс коллоидации, по А. А. Байкову, имеет место всегда, только в случае гипса образующиеся коллоиды сравнительно легко растворяются в воде, и поэтому гипсовый гель переходит в кристаллическое состояние, в случае же портландцемента получается гель, практически не растворимый в воде, и кристаллизации не происходит.

Свойства портландцемента.Плотность портландцемента составляет 3,05. 3,20 г/см 3 . Тонкость помола характеризуется удельной поверхностью 2500. 3 000 см 2 /г и остатком на сите № 008, не превышающим 15 % от массы пробы. Водопотребность составляет 24. 28 %. Начало схватывания должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания — не позднее чем через 10 ч с начала затворения. Схватывание ускоряется при повышении тонкости помола цемента и содержания в нем С₃А. Прочность портландцемента оценивают испытанием стандартных образцов-балочек размерами 4x4x16 см в возрасте 28 сут.

Активность портландцемента составляет обычно от 40 до 60 МПа и более. В соответствии с этим отечественные заводы выпускают портландцемент марок 400, 500, 550 и 600.

Скорость твердения портландцемента возрастает с повышением тонкости помола и температуры. По значению теплового эффекта при гидратации можно судить о химической активности клинкерных минералов и об их влиянии на скорость твердения.

Алито-алюминатные цементы (с повышенным содержанием C₃S и С₃А) дают быстрое увеличение прочности в первые сроки твердения (до 7 дней) и медленное увеличение прочности в дальнейшем. У белито-целитовых цементов (с повышенным содержанием C₂S и C₄AF) наблюдается замедленное твердение. При хранении на воздухе составы на портландцементе дают усадку (уменьшение объема), а при хранении в воде — набухание (увеличение объема).

голоса

Рейтинг статьи

Помол цемента с известняком