Разновидности портландцемента

Процесс производства[ | ]

Портландцемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3СаО∙SiO2 и 2СаО∙SiO2 70-80 %).

Самые распространённые методы производства портландцемента — так называемые «сухой» и «мокрый». Всё зависит от того, каким способом смешивается сырьевая смесь — в виде водных растворов или в виде сухих смесей.

При измельчении клинкера вводят добавки: 1,5…3,5 % гипса СaSO4∙2H2O (в перерасчёте на ангидрид серной кислоты SO3) для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок — для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Сырьём для производства портландцемента служат смеси, состоящие из 75…78 % известняка (мела, ракушечника, известнякового туфа, мрамора) и 22…25 % глин (глинистых сланцев, суглинков) либо известняковые мергели, использование которых упрощает технологию. Для получения требуемого химического состава сырья используют корректирующие добавки: пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы.

При мокром способе производства уменьшается расход электроэнергии на измельчение сырьевых материалов, облегчается транспортирование и перемешивание сырьевой смеси, выше гомогенность шлама и качество цемента, однако расход топлива на обжиг и сушку на 30-40 % больше чем при сухом способе.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1470 в течение 2—4 часов в длинных вращающихся печах (3,6×127 м, 4×150 м и 4,5×170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь мокрого способа условно можно поделить на зоны:

• сушки (температура материала 100…200 °C — здесь происходит частичное испарение воды);
• подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2O3∙2SiO2∙2H2O → Al2O3∙2SiO2 + 2H2O; далее при температурах 600…1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
• декарбонизации (900…1200 °C). В этой зоне происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al2O3 — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато;
• экзотермических реакций (1200…1350 °C). В этой зоне завершается процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4-х основных минералов клинкера;
• спекания (1300→1470→1300 °C). В этой зоне происходит частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С3S);
• охлаждения (1300…1000 °C). Здесь температура медленно понижается. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Узнать данный вид цемента можно по внешнему виду — это зеленовато-серый порошок. Как и все цементы, если к нему добавить воду, он при высыхании принимает камнеобразное состояние и не имеет существенных отличий по своему составу и физико-химическим свойствам от обычного цемента.

ПДК в воздухе (согласно ГОСТ 12.1.005-88): 6 мг/м3

Существуют следующие виды портландцемента:

• быстротвердеющий;
• нормальнотвердеющий;
• пластифицированный;
• гидрофобный;
• сульфатостойкий;
• дорожный;
• белый и цветной;
• с умеренной экзотермией;
• с поверхностноактивными органическими добавками.

Активность цемента

Затем штангенциркулем или металлической линейкой измеряют диаметр конуса по нижнему основанию в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение.

Консистенция раствора считается нормальной, если расплыв конуса составляет 106…115 мм. Если расплыв конуса менее 106 мм или раствор при встряхивании рассыпается, приготовляют новую порцию раствора, увеличивая количество воды до получения расплыва конуса Ю6…115мм. Если расплыв конуса более 115 мм, то испытание повторяют с меньшим количеством воды, добиваясь расплыва 106…115 мм. Водоцементное отношение, полученное при достижении расплыва конуса 106…115мм, принимают для проведения дальнейших испытаний. Погрешность определения В/Ц не более 0,01.

Рис. 4.6. Форма для образцов-балочек (с) и насадка к ней (б)

Изготовление образцов. Разъемные формы, в которых изготовляют образцы, рассчитаны на три образца (рис. 4.6, а). Детали форм выполнены из стали или чугуна с твердостью по Бри-неллю не менее НВ140. Продольные и поперечные стенки форм, скрепляемые зажимным винтом, отшлифованы и плотно прилегают к отшлифованной поверхности поддона.

Перед заполнением формы растворной смесью ее внутренние поверхности слегка протирают машинным маслом, а стыки наружных стенок с поддоном и одна с другой смазывают техническим вазелином. На форму устанавливают металлическую насадку (рис. 4.6, б), облегчающую укладку раствора. После этого форму жестко закрепляют в центре виброплощадки.

Виброплощадка (рис. 4.7) состоит из станины, к которой пружинами прикреплена рама с установленной на ней площадкой. Колебательные движения площадки создает прикрепленный к ней электродвигатель, на валу которого находится дебаланс (эксцентрично закреплен груз).

Форму заполняют приблизительно на 1 см раствором и включают виброплощадку. Затем в течение 2 мин вибрации все три гнезда формы равномерно небольшими порциями заполняют раствором. По истечении 3 мин от начала вибрации виброплощадку отключают и снимают с нее форму. Далее смоченным водой ножом срезают излишек раствора, заглаживают поверхность образцов и маркируют их.

Образцы в формах хранят (24 ± 2) ч на столике 3 в ванне с гидравлическим затвором (рис. 4.8). Затем образцы осторожно расформовывают и укладывают в горизонтальном положении в ванну с водой так, чтобы они не соприкасались один с другим. Воду, которая должна покрывать образцы не менее чем на 2 см, меняют через каждые 14 сут. Температура воды весь срок хранения должна быть (20 ± 2) °С.

Рис. 4.7. Лабораторная виброплощадка: 1 – станина; 2 – электродвига тель; 3 – площадка; 4 — рама; 5 -пружины

Рис. 4.8. Ванна с гидравлическим затвором: 1— ванна; 2 — герметичная крышка; 3 — столик

Рис. 4.9. Схема расположения образцов-балочек на опорных элементах

Образцы, прочность которых через 24 ч недостаточна для расформовывания их без повреждений, допускается вынимать из форм через 48 ч с отметкой об этом в рабочем журнале.

По истечении срока хранения образцы извлекают из воды и не позднее чем через 1 ч подвергают испытанию.

Непосредственно перед испытанием образцы-балочки насухо вытирают и испытывают на изгиб, а затем каждую из полученных половинок балочки — на сжатие.

При испытании глиноземистого цемента образцы в форме хранят первые 6 ч в ванне с гидравлическим затвором, а затем в воде комнатной температуры. Через (24 ± 2) ч с момента изготовления образцы вынимают из формы и часть их испытывают, а оставшиеся хранят в воде до последующих испытаний через 3 сут.

Определение предела прочности при изгибе. Это испытание производят на машинах (п. 3.9), обеспечивающих нарастание нагрузки в среднем (50±10)Н в секунду. Образец устанавливают на опорные элементы машины таким образом, чтобы его горизонтальные при изготовлении грани находились в машине в вертикальном положении (рис. 4.9). Испытание образцов и расчет предела прочности при изгибе выполняют в соответствии с инструкцией, прилагаемой к испытательной машине. Предел прочности при изгибе испытуемого цемента вычисляют как среднее арифметическое из двух наибольших значений результатов испытания трех образцов.

Определение предела прочности при сжатии. Полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек сразу же подвергают испытанию на сжатие на прессах с предельной нагрузкой 200…500 кН.

Рис. 4.10. Испытание половинок балочек на сжатие: а — пластинки; б — схема испытания; 1 — пластинки; 2, 4 — плиты пресса; 3 – образец (балочка)

Для того, чтобы результаты испытаний половинок балочек были сопоставимы, несмотря на разный размер, используют металлические пластинки (рис.

4.10, а), через которые нагрузка от плит пресса передается на образец. Пластинки, изготовляемые из нержавеющей стали, имеют плоскую полированную поверхность; площадь поверхности пластинки, соприкасающейся с образцом, равна 25 см2.

Половинку балочки помещают между двумя пластинками (рис. 4.10, б) таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам формы, находились на плоскостях пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцовой гладкой грани образца. Образец вместе с пластинками центрируют на опорной плите 4 пресса. Средняя скорость нарастания нагрузки на образец при испытании должна составлять (5± 1,25) кН в секунду.

Предел прочности при сжатии цемента вычисляют по результатам шести испытаний как среднее арифметическое четырех наибольших результатов. Полученное таким образом значение называют активностью цемента.

Определение марки цемента. Марку цемента находят по результатам определения пределов прочности цемента при сжатии и изгибе, сравнивая эти результаты с требованиями ГОСТа на соответствующий цемент.

Определение прочности цемента при пропаривании.

Бетонные и железобетонные изделия изготовляют, ускоряя твердение бетона с помощью его тепловлажностной обработки (пропари-вания). Поэтому ГОСТ 10178-85 предусматривает определение прочности цемента при пропаривании. Образцы для этого испытания готовят так же, как и для стандартных определений, но их твердение протекает по специальному режиму. Формы с образцами для твердения помещают в пропарочную камеру при температуре (20±3)°С при отключенном подогреве на (120 ± +10) мин.

Похожие статьи: Равномерность изменения объема цемента

Навигация: Главная → Все категории → Цемент

Примечания[ | ]

1. ↑ 1234
   https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0521.html
2. Рынок портландцемента в России 2020: Коронавирусные ограничения привели к потере пятой части выпуска (рус.). Маркетинговое Агентство ROIF EXPERT
   . Дата обращения 30 июня 2020.
3. Рынок портландцемента в России: исследование и прогноз до 2024 г. Выпуск: июнь, 2020 г. — Маркетинговое исследование: анализ и обзор, прогнозные показатели рынка (рус.). Маркетинговое Агентство ROIF EXPERT
   . Дата обращения 30 июня 2020.