Литература / Комар_строймат

клинкера учитывается соотношение между ними. Чем активнее добавка, тем больше она способна связывать гидраты оксида кальция и тем меньше потребуется ее в пуццолановом портландцементе, и наоборот.

Водопотребность пуццолановых портландцементов с плотными и твердыми добавками (трассы, туфы) почти такая же, как и у портландцемента, а при использовании мягких пористых добавок (диатомитов и трепелов) значительно увеличивается. По этой причине необходимая подвижность бетонной смеси обеспечивается более высокой добавкой воды, что вызывает соответственно увеличение расхода цемента, чтобы не снизить прочность бетона.

Сроки схватывания и тонкость помола пуццоланового цемента такие же, как и для обыкновенного портландцемента, однако пуццолановые портландцемента характеризуются замедленным нарастанием прочности в начальный период твердения по сравнению с портландцементом без добавок, изготовленным из того же клинкера. Пуццолановый портландцемент выпускают М200,

З00, 400.

При твердении пуццоланового портландцемента происходят два процесса: 1) гидратация минералов портландцементного клинкера и 2) взаимодействие активной минеральной добавки с гидратом оксида кальция, выделяющимся при твердении клинкера. При этом Са(ОН)2 связывается в нерастворимый в воде гидросиликат кальция:

В результате пуццолановый портландцемент оказывается более водостойким, чем обыкновенный портландцемент.

При схватывании и твердении пуццоланового цемента выделяется меньше тепла, что позволяет использовать этот цемент для массивных бетонных конструкций. Непригоден пуццолановый портландцемент для изготовления элементов, предназначенных служить в условиях попеременного систематического увлажнения и замораживания или высушивания. Пуццолановые цементы имеют меньшую водопроницаемость, чем портландцемент. Объясняется это набуханием добавки, уплотняющей бетон.

Пуццолановые цементы целесообразно применять для подводных и подземных бетонных и железобетонных конструкций, особенно тогда, когда от бетонов требуется большая водонепроницаемость и высокая водостойкость.

§ 5.15. Шлаковые цементы

Шлаковые цементы являются разновидностью цементов с активными минеральными добавками, в которых последние пред-

ставлены доменными гранулированными шлаками. Способность

этих шлаков к самостоятельному водному твердению позволяет

— 171 —

Гидравлическая активность шлаков возрастает с увеличением значений обоих модулей, при этом чем выше оказывается модуль активности, тем быстрее твердеет шлак в измельченном состоянии. Надо иметь в виду, что шлаки одного и того же химического состава могут быть активными или почти совсем не обладать способностью образовывать гидравлическое вяжущее вещество. Это зависит от структуры шлака, получаемой охлаждением.

При медленном охлаждении шлака значительная часть его успевает выкристаллизоваться в виде различных устойчивых минералов, которые не обладают вяжущими свойствами. При быстром охлаждении шлаков кристаллизация затруднена и шлаки приобретают преимущественно стекловидную (аморфную) структуру. При такой структуре составляющие шлака находятся в неустойчивом неравновесном состоянии и активность их значительно выше, чем у закристаллизованных шлаков. Поэтому для повышения активности шлаков, применяемых для изготовления цементов, все огненно-жидкие шлаки подвергают резкому охлаждению. При этом они гранулируются, т. е. образуют в виде мелких зерен гранулы очень пористой структуры.

Гранулированные доменные шлаки получают на установках мокрой, полусухой и сухой грануляции. При мокром способе грануляции количество стекловидной фазы оказывается наибольшим — 40...95%. Но при мокрой грануляции получается высокая влажность шлака (до 40%), поэтому применение шлаков мокрой грануляции в производстве шлаковых цементов несколько удорожает последние за счет большого расхода топлива на сушку шлака (до 80 кг условного топлива на 1 г сухого гранулята). Качество шлака, полученного при мокрой грануляции, пока выше, чем шлаков, полученных другими способами.

Лучшие технико-экономические показатели имеют шлаки при полусухой грануляции их. Этот метод заключается в первичном

— 172 —

охлаждении жидкого шлака водой и окончательном охлаждении его воздухом. Влажность шлака полусухой грануляции составляет 5...10%. Для полусухой грануляции используются барабанные грануляторы, гидроударные установки и грануляционные мельницы. При этом способе грануляции на установке с барабаном (рис. 5.12) жидкий шлак из шлаковозного ковша сливается в приемную ванну и далее поступает на наклонный грануляционный желоб, в который через специальные сопла подается вода под давлением до 0,6 МПа из расчета 0,7... 1,5 м3 на 1 т шлака. Сильно охлажденный шлак вместе с водой поступает на грануляционный барабан, где дробится и отбрасывается на площадку склада. При полете частицы шлаки интенсивно охлаждаются воздухом.

При сухой грануляции поток шлакового расплава разбивается сильной струей воздуха или пара на мелкие капли, охлаждающиеся далее воздухом. Влажность гранулированного таким образом шлака составляет 0...5%.

Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при совместном измельчении портландцементного клинкера, доменного гранулированного шлака и гипса

или путем тщательного смешения раздельно измельченных тех же компонентов. При совместном измельчении клинкера, шлака и гипса качество шлакопортландцемента несколько выше, так как при раздельном измельчении и последующем смешивании исходных материалов не удается получить продукт такой же однородности, как в первом случае. Содержание доменного гранулированного шлака в шлакопортландцементе должно составлять свыше 20% и не более 80% от массы готового продукта. Допускается часть шлака в количестве не более 10% заменять природными гидравлическими добавками (трепелом, диатомитом и др.).

Рис. 5.12. Установка для полусухой грануляции жидкого шлака: 1 — ковш; 2 — приемная ванна; 3 — грануляционный желоб; 4 — барабан; 5 — приемная

площадка

— 173 —

Быстротвердеющий шлакопортландцемент в отличие от шлакопортландцемента характеризуется более интенсивным нараста нием прочности в начальный период. Для получения быстротвердеющего шлакопортландцемента применяют клинкер быстро-

твердеющего цемента и доменные шлаки высокой активности.

Твердение шлакопортландцемента может быть разделено на два процесса: первичный — гидратация и твердение клинкерной части цемента; вторичный — химическое воздействие продуктов гидратации клинкерной части с доменными гранулированными шлаками. При гидратации трехкальциевого силиката клинкера происходит выделение гидрата оксида кальция, взаимодействующего с глиноземом и кремнеземом шлака, и образуются гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. По сравнению с портландцементом шлакопортландцемент характеризуется замедленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения, но марочная и последующие прочности его примерно одинаковы. С понижением температуры прирост прочности шлакопортландцемента сильно снижается. Повышенная температура при достаточной влажности среды оказывает на твердение шлакопортландцемента более благоприятное влияние, чем на портландцемент.

По пределу прочности при сжатии и изгибе шлакопортландцемент делят на три марки: З00, 400 и 500. Быстротвердеющий шлакопортландцемент М400 должен иметь в трехсуточном возрасте предел прочности при сжатии не менее 20 МПа и на изгиб не менее 3,5 МПа.

Водостойкость бетонов на шлакопортландцементе выше, чем на портландцементе, из-за отсутствия свободного гидрата оксида кальция. В шлакопортландцементном бетоне она связана шлаком в труднорастворимые гидроалюминаты и низкоосновные гидросиликаты кальция, тогда как в портландцементном бетоне гидрат оксида кальция в значительном количестве содержится в свободном виде и может вымываться, ослабляя бетон. Шлакопортландцементный бетон обладает удовлетворительной морозо- и воздухостойкостью. Однако он все же менее стоек, чем бетон на портландцементе.

Применяют шлакопортландцемент в гидротехнических сооружениях, а также в конструкциях, находящихся в условиях влажной среды. Не следует использовать этот цемент в конструкциях, подвергающихся частому замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент эффективно применяют в производстве железобетонных изделий, подвергающихся; тепловлажностной обработке.

§ 5.16. Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее

Исследования проф. А. В. Волженского и других в области придания гидравличности гипсовым вяжущим привели к созда нию гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ). Это вя-

— 174 —

может быть организовано на технологическом оборудовании существующих заводов по производству крупнопанельных перегородок, что не требует создания новых производственных мощностей. Прокатные панели основания пола изготовляют из бетона на ГЦПВ с плотностью 1300 кг/м3 и пределом прочности при сжатии не менее 7 МПа. Панели армируют деревянным каркасом. Эти панели относятся к категории «теплых».

§ 5.17. Глиноземистый цемент

Глиноземистым цементом называют быстротвердеющее (но нормально схватывающееся) гидравлическое вяжущее вещество, получаемое при тонком измельчении обожженной до плавления (или спекания) сырьевой смеси бокситов и извести с преоблада-

нием в готовом продукте низкоосновных алюминатов кальция. Для интенсификации процесса помола клинкера допускается введение технологических добавок до 2%, которые не ухудшают качество цемента и снижают его стоимость. Глиноземистый цемент производят трех марок: 400, 500 и 600.

Всостав клинкера цемента входят низкоосновные алюминаты, при этом главной составной частью является однокальциевый алюминат СаО·А12О3. При затворении порошка глиноземистого цемента водой образование пластичного теста, последующее его уплотнение и твердение протекают аналогично обыкновенному портландцементу. Однокальциевый клюминат при взаимодействии с водой гидратируется, образуя в конечном итоге двух кальциевый восьмиводный гидроалюминат 2СаО·А12О3·8Н2О и гидрат оксида алюминия.

Вдальнейшем происходят уплотнение геля двухкальциевого гидроалюмината и кристаллизация продуктов гидратации. Уплотнение и кристаллизация геля глиноземистого цемента протекают очень интенсивно, что обеспечивает быстрое нарастание прочности. Примерно через 5...6 ч прочность глиноземистого цемента может достичь 30% и более от марочной, через сутки твердения — выше 90%, а в 3-суточном возрасте — марочной прочности.

По величине предела прочности при сжатии глиноземистый цемент делят на три марки: 400, 500 и 600. Для определения марки испытывают на сжатие половинки образцов-балочек размером 40×40×160 мм, твердеющие 3 сут в нормальных условиях. Глиноземистый цемент является быстротвердеющим, но не быстросхватывающимся вяжущим веществом. Начало схватывания его должно наступать не ранее 30 мин, а конец не позднее

12 ч.

Наиболее благоприятными для твердения глиноземистого цемента являются влажные условия и нормальная температура (20±5)°С. Нарастание прочности цемента в условиях температуры выше 25°С уменьшается. Возможны даже падение достигнутой прочности и разрушение бетона в результате перекристал-

— 176 —

лизации двухкальциевого гидроалюмината в трехкальциевыи. Это называют болезнью глиноземистого цемента. Поэтому пропаривание изделий на глиноземистом цементе не допускается. При температуре ниже нормальной и близкой к нулю твердение глиноземистого цемента происходит удовлетворительно, что объясняется его высокой экзотермией. В течение 1...3 сут твердения глиноземистый цемент выделяет в 1,5...2 раза больше тепла, чем портландцемент. Большое тепловыделение ограничивает применение глиноземистого цемента в массивных конструкциях, так как разогрев бетона внутри массива и охлаждение его снаружи вызывают растягивающие напряжения в наружных слоях и образование трещин.

Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 008, которого должно быть не более 10% массы пробы.

Бетоны на глиноземистом цементе водо-, воздухо- и морозостойки, а также стойки в условиях пресных и сульфатных вод, однако разрушаются в щелочных водах. Высокая воздухостойкость глиноземистого цемента объясняется уплотнением и кристаллизацией продуктов гидратации цемента и их незначительной деформативной способностью при изменении влажности воздуха. Бетоны на глиноземистом цементе обладают значительной плотностью, что и определяет их высокую морозостойкость. Повышению плотности способствует гель гидрата оксида алюминия, образующийся при гидратации однокальциевого алюмината, который имеет плотное строение.

Применение глиноземистого цемента существенно ограничивается его стоимостью (он в 3...4 раза дороже портландцемента), хотя по своим физико-химическим свойствам (скорости твердения, стойкости в различных средах) он превосходит все другие вяжущие вещества, в том числе и портландцемент. Применяют глиноземистый цемент в тех случаях, когда наиболее рационально используются его специфические свойства, например при срочных восстановительных работах (ремонт плотин, дорог, мостов, при срочном возведении фундаментов). Химическая стойкость глиноземистого цемента делает целесообразным его использование для тампонирования нефтяных и газовых скважин, на предприятиях пищевой промышленности, на травильных и красильных предприятиях, для футеровки шахтных колодцев и туннелей. Глиноземистый цемент по сравнению с другими вяжущими обладает стойкостью против действия высоких температур (1200...

1400°С и выше), что позволяет использовать его для изготовления жаростойких бетонов, применяемых в качестве футеровки тепловых аппаратов.

§5.18. Расширяющийся цемент

Кэтой группе вяжущих относятся цементы, несколько увеличивающиеся в объеме при твердении во влажных условиях или не дающие усадки при твердении на воздухе.

—177 —

Водонепроницаемыйрасширяющийсяцементпредставляетсо бойбыстросхватывающеесяибыстротвердеющеегидравлическое вяжущеевещество, получаемоепомолом или смешением вшаро воймельницетонкоизмельченныхглиноземистогоцемента, гипса

ивысокоосновногоалюминатакальция. Высокоосновныйалюми нат кальция (4СаО·А12О3) получают гидротермической обработ кой в течение 5...6 ч при температуре 120...150°С смеси глино земистого цемента с известью (1:1), затворенной 30% воды. По лученный продукт высушивают и измельчают. Начало схваты вания цемента не ранее 4 мин, а конец — не позднее 10 мин.

Схватывание можно замедлить добавкой СДБ, уксусной кислоты

ибуры. Линейное расширение через 1 сут твердения цемента должно быть не менее 0,2% и не более 1%. Применяют водоне проницаемый расширяющий цемент при восстановлении разру шенных бетонных и железобетонных конструкций, для гидроизо ляции туннелей, стволов шахт, в подземном и подводном строи тельствах, при создании водонепроницаемых швов.

Гипсоглиноземистыйрасширяющийсяцементявляетсябыстротвердеющим гидравлическим вяжущим, получаемым путем совместного тонкого помола или смешения высокоглиноземис тогоклинкераилишлакаиприродногодвуводногогипса. Приме няют гипсоглиноземистый цемент для получения безусадочных

ирасширяющихся водонепроницаемых растворов и бетонов, для зачеканки швов, гидроизоляции шахт.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) — гидравлическое

вяжущее вещество, получаемое совместным тонким помолом портландцементногоклинкера— 58...63%, глиноземистогошлака или клинкера — 5...7%, гипса — 7...10% и гранулированного до менного шлака или другой активной минеральной добавки—

23...28%. РПЦ быстро твердеет в условиях кратковременного пропаривания, обладает высокой плотностью и водонепроницае мостью во влажной среде в течение 3 сут твердения, способно стью расширяться.

Напрягающий цемент (НЦ) при затворении водой сначала твердеет и набирает прочность, а в последующее время расши ряется и напрягает железобетон. Этот цемент получен В. В. Ми хайловым. Он состоит из 65...75% портландцемента, 13...20%

глиноземистого цемента и 6... 10% гипса; его удельная поверх ность не менее 3500 см2/г, начало схватывания не ранее 30 мин

иконец — не позднее чем через 4 ч после затвердения. НЦ быст ро твердеет, прочность при сжатии через 1 сут должна быть не менее 15 МПа, через 28 сут твердения — 50 МПа. Применяют самонапрягающий цемент для изготовления напорных труб, резервуаров для воды, хранения бензина, спортивных соору жений.

§5.19. Экономика производства цемента

Цементная промышленность СССР в послевоенный период развивалась высокими темпами (табл. 5.12). СССР занимает начиная с 1962 г. первое место по выпуску этого важней-

— 178 —

шего строительного материала. Прирост производства цемента истекшем пятилетии был достигнут как за счет ввода новых производственных мощностей, так и улучшения использования действующего оборудования.

Таблица 5.12. Показатели развития цементной промышленности

СССР

Улучшилось качество цемента и расширился его ассортимент. Средняя марка цемента возросла по всем основным его видам, снизилась доля низкомарочных цементов в общем объеме выпуска и увеличилась доля цементов высоких марок. Значительно возросло производство быстротвердеющего, а также специальных видов цемента (сульфатостойкого, тампонажного и др.).

Производительность труда в цементной промышленности ежегодно растет, а себестоимость снижается. Вместе с тем следует отметить, что имеются резервы дальнейшего повышения эффективности производства и снижения себестоимости продукции

(табл. 5.13).

Таблица 5.13. Структура себестоимости цемента, % к полной

себестоимости

Обращают на себя внимание высокая топливо- и энергоемкость производства цемента и сравнительно высокий уровень затрат на амортизацию основных средств. В силу этого очень большое значение в современном цементном производстве приобретают вопросы рационального использования оборудования и топлива. На передовых цементных заводах себестоимость портландцемента относительно низка, например на Серебряковском,

— 179 —

Новороссийском, Белгородском около 10 руб/т. В то же время имеются заводы с чрезмерно высокой себестоимостью цемента — 23 руб/т и более. В среднем себестоимость 1 т цемента составляет 18,8 руб.

Несмотря на некоторое улучшение в использовании календарного времени печного парка, простои печей на ряде заводов фактически превышают технически необходимое время, это же имеет место и при использовании мельниц.

Цементное производство весьма топливоемко: в 1985 г. для производства цемента израсходовано более 30 млн. т условного топлива (только на технологические цели). На производство клинкера по сухому способу топлива идет примерно на 20% меньше, чем по мокрому. По печам длиной более 150 м расход топлива составляет 238 кг, т. е. в 1,5 раза ниже, чем по малопроизводительным печам.

Снижение расхода топлива на производство 1 т клинкера объясняется прежде всего внедрением новых высокопроизводительных печей, экономичных в теплотехническом отношении. На сокращении расхода топлива сказались следующие технические мероприятия, одновременно являющиеся путями дальнейшей рационализации использования топлива в цементной промышленности: внедрение рациональных теплообменных устройств и высокостойких огнеупоров; применение разжижителей шлама для снижения его влажности, что обеспечивает снижение расхода топлива на 2,5...3%; интенсификация обжига и внедрение его автоматического регулирования; перевод предприятий на газообразное топливо.

Снижение удельного расхода топлива на обжиг клинкера также зависит от повышения коэффициента использования действующих печей и достижения проектной производительности нового оборудования.

Из общего количества потребляемой цементной промышленностью электроэнергии примерно 40% расходуется на помол цемента, 30% — на обжиг клинкера, поэтому наибольшие резервы снижения электроемкости заключены в повышении эффективности работы мельниц. Весьма перспективны в этой связи внедрение ударно-центробежных дробилок производительностью до 60 т/ч для предварительного дробления клинкера, внедрение мероприятий по установке аспирационных шахт взамен циклонов

идр.

Вперспективе предусматривается дальнейшее развитие цементной промышленности. Намечается оснащение мощных вращающихся печей встроенными теплообменными и рациональными цепными завесами, что повысит производительность печей на 8...10%, снизит расход топлива и уменьшит пылеунос с отходящими газами; предусмотрено увеличение использования для футеровок вращающихся печей эффективных огнеупоров. На цементных заводах устанавливаются высокопроизводительные печи размером 7×230 и 5×75 м с циклонными теплообменниками

—180 —