Производство портланд-цемента

Портланд-цементом (гидравлическим цементом) называется гидравлический вяжущий материал, состоящий из силикатов, и алюмосиликатов кальция различного состава. Основными компонентами портланд-цемента являются следующие соединения:

  • 1) алит (трикальцийсиликат) SCaO SiO?;
  • 2) белит (дикальцийсиликат) 2CaO SiO2;
  • 3) трикалъцийалюминат ЗСаОАЬОз.

Помимо этих соединений в портланд-цементе содержатся примеси трикальцийалюмоферрита ЗСаОАЬОзРегОз, оксидов кальция и магния.

Характеристиками портланд-цемента являются «марка» и «модуль».

Маркой цемента называется предел прочности на сжатие образца цемента после затвердевания его в течение двадцати восьми суток, выражаемый в кг / см2. Чем больше марка цемента, тем выше его качество. Существуют марки 400, 500 и 600.

Модулем цемента называется показатель, выражающий соотношение между оксидами в нем. Различают три вида модулей цемента:

1. Силикатный (кремнеземный) модуль - отношение содержания оксида кремния к суммарному содержанию оксидов алюминия и железа:

%SiO2

(88)

%А12О2 + Fe2O2

2. Глиноземный модуль - отношение содержания оксида алюминия к содержанию оксида железа:

%Al,O, p---—

(89)

%Fe,O.

3. Гидравлический модуль - отношение содержания оксида кальция к

суммарному содержанию оксидов кремния, алюминия и железа:

%СаО

(90)

т =------------------

%SiO, + %ALO, + %Fe,O.

Затвердевание портланд-цемента основано на реакциях гидратации, входящих в его состав силикатов и алюмосиликатов, с образованием кристаллогидратов различного состава:

ЗСаО • SiO2 + (л + 1 )Н2О = 2СаО • SiO2 • лН2О + Са(ОН)2

2CaOSiO2 + лН2О = 2CaOSiO2nH2O

ЗСаО А12О3 + 6Н2О = ЗСаОА12О3-6Н2О

При смешении порошка цемента с водой (затворении) масса затвердевает, процесс затвердевания протекает через ряд последовательных стадий:

  • 1) образование насыщенных растворов силикатов;
  • 2) гидратация силикатов и образование кристаллогидратов;
  • 3) кристаллизация массы (схватывание) и рост кристаллов;
  • 4) образование сростков кристаллов и упрочнение массы (твердение).

Для придания цементу определенных свойств в него вводят добавки:

1) гидравлические, повышающие водостойкость за счет связывания содержащегося в цементе гидроксида кальция:

Са(ОН)2 + SiO2 = CaSiO3 + Н2О; (94)

  • 2) пластифицирующие, повышающие эластичность массы;
  • 3) кислотостойкие, придающие цементу коррозионную стойкость к кислым средам (гранит);
  • 4) инертные, для удешевления продукции (песок);
  • 5) регулирующие время схватывания массы (гипс).

Производство портланд-цемента складывается из двух стадий: получения клинкера и его измельчения.

1. Получение клинкера может осуществляться двумя способами - мокрым и сухим, которые различаются методом приготовления сырьевой смеси для обжига. По мокрому методу сырье измельчают в присутствии большого количества воды, получая пульпу, содержащую до 45% воды. В этом методе обеспечивается высокая однородность смеси, снижается запыленность, но увеличиваются затраты энергии на испарение воды. По сухому методу компоненты сырья сушат, измельчают и смешивают в сухом виде. Такая технология является энергосберегающей, поэтому, удельный вес производства цемента по сухому методу непрерывно возрастает.

Производство клинкера включает операции дробления, размола и корректировки состава сырья и последующей высокотемпературной обработки полученной шихты - обжига. Сырьем в производстве портланд-цемента служат различные известковые породы (известняк, мел, доломит) и глина, а также мергели, представляющие однородные смеси тонкодисперсных известняка и глины.

При обжиге шихты последовательно протекают процессы:

  • 1) испарения воды (100 °C);
  • 2) дегидратации кристаллогидратов и выгорания органических веществ (500 °C):

МеОпН2О = МеО + пН2О; (95)

3) термической диссоциации карбонатов (900—1200 °C):

СаСОз = СаО + СО2;

  • 4) взаимодействия основных и кислотных оксидов с образованием силикатов и алюминатов кальция:
  • 2СаО + SiO2 = 2CaOSiO2 (белит)
  • 2СаО • SiO2 + СаО = ЗСаО • SiO2 (алит)

ЗСаО + А120з = ЗСаОА12Оз (трикальцийалюминат) (99) Процесс заканчивается при 1450 °C, после чего клинкер поступает на охлаждение. Состав образовавшегося в результате обжига продукта: алит 40 - 60 %, белит 15-35%, трикальцийалюминат 5 - 14 %.

Для обжига шихты используются барабанные вращающиеся печи диаметром

  • 3,5 - 5,0 м и длиной до 185 м. Компоненты сырья, поступающие в печь, последовательно проходят в ней зоны сушки, подогрева, кальцинации, экзотермических реакций образования силикатов, спекания и охлаждения. Выходящий из печи клинкер охлаждается в барабанных холодильниках, а нагретый воздух используют для подогрева воздуха и газообразного топлива, поступающих в печи обжига.
  • 2. Измельчение клинкера. Охлажденный клинкер выдерживается на складе в течение 10-15 суток для гидратации свободного оксида кальция влагой воздуха, смешивается с добавками и измельчается в дробилках и многокамерных мельницах до частиц размером 0,1 мм и меньше.

Основная масса портланд-цемента используется для изготовления бетона и изделий из него. Бетоном называется искусственный камень, получаемый при затвердевании затворенной водой смеси цемента, песка и заполнителя. В качестве заполнителей используют:

  • 1) в обыкновенных бетонах - песок, гравий, щебень;
  • 2) в легких бетонах - различные пористые материалы (пемза, шлак);
  • 3) в ячеистых бетонах - замкнутые поры, образующиеся при разложении вводимых в бетонную смесь газо- и пенообразователей;
  • 4) в огнеупорных бетонах - шамотовый порошок;

5) в железобетоне - металлическая арматура.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >