Портландцемент. Сырьевые материалы, технология производства, свойства.

Портландцемент (от англ. города Портлин) - гидравлическое вяжущее вещество, от темно-зеленого до серого цвета, твердеющее в воде и на воздухе и получаемое путем тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с добавкой природного гипсового камня (CaSО₄*2H₂О) для корректировки сроков схватываия.

Клинкер- зерна в виде шаровидных гранул в поперечнике от 5 до 7 см, очень прочные и твердые (полуфабрикат), полученные из сырьевой смеси (известняк или другая карбонатная порода (мергелистые известняки) в количестве 75…78% и глины 22…25%)

Глина (SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃)

Известняк (СаО и MgO не в значительном количестве)

Производство

Мокрый способ (если глина имеет большую карьерную влажность, и когда состав сырьевых материалов неоднороден): сырьевые материалы измельчают, переме­шиванием с водой в мельницах-мешалках. Полученную смесь влажностью около 50% перекачивают в шаровую мельницу (в которых высокая степень измельчения дости­гается растиранием стальными шарами и цилиндрами различного размера) куда одновременно подают дробленый известняк и различные добавки. Тонкоизмельченный материал в виде шлама подается в стальные резервуары (шламбассейны), где достигается однородность состава шлама и создается запас его для бесперебойной работы об­жиговых печей. Обжиг ведут в длинных вращающихся печах, куда равномерно подают шлам. В печах происходит подсушка шлама и процесс его обжига. Далее помол полученного клинкера.

Недостатки: необходимость удаления избыточной воды, а это ведет к перерасходу топлива, электроэнергии и удлиняет производственный цикл.

Сухой способ применяют, когда сырьем служат мергели или смеси твердых известняков и глин небольшой влажности (содержание влаги в сырьевой шихте не превышает 8—10%). При сухом способе исходные материалы после дробления и сушки размалывают совместно в шаровых или других мельницах до остатка 5—8% на сите с сеткой № 008. Сырьевую муку обжигают в коротких вращающихся печах с циклонными теплообменниками или кальцинаторами.

Недостатки: требуются сырьевые материала однородного химического и минералогического состава, низкая карьерная влажность глинистого компонента. В цехах - большая запыленность, что приводит к болезни силикоз.

Комбинированный способ: сырьевые материалы, подготовливают по мокрому способу, и шлам, имеющий влажность около 40%, обезвоживают на фильтрах до образования коржей влажностью 16—18%. Из полученного «сухаря», приготовляют гранулы и обжигают их.

Общая технологическая схема производства

Добыча и подготовка сырья

Подготовка сырьевой смеси на заводе

Обжиг (для получения клинкера)

Помол клинкера совместно с добавкой гипса

Свойства

Тонкость помола – отаток на сите №008 должен быть не более 15%.

S_уд (удельная поверхность определяемая с помощью поверхностомера) – суммарная поверхность всех зерен, содержащихся в единице массы портландцемента. S_уд = 2500…3000см²/г = 250…300 м²/кг. Средний размер частиц цемента составляет 15—20 мкм.

Нормальная густота – количество воды по отношению к количеству цемента, необходимое для смешивания с цементом, чтобы получить цементное нормальной рабочей консистенции. Определяется на приборе Вика с металлическим пестиком. Необходимо, чтобы пестик не доходил до металлической подставки на 5…7мм. Н.Г.=25…29%

Плотность портландцемента без минеральных добавок равна 3,1 г/см³, насыпная плотность в среднем — 1300 кг/м³.

Сроки схватывания – определяются на приборе Вика с иглой (н.с. не ранее 45 мин., к.с. не позднее 10 часов)

Марки портландцемента – 400, 500, 550, 600 кгс/см²

Морозостойкость цементного камня. Сов­местное и попеременное действие воды и мороза приводит к разрушению бетонных сооружений. Морозостойкость зависит от минерало­гического состава клинкера, тонкости помола цемента и водоцементного отношения. Повышают морозостойкость бетона поверхностно-активные добавки (СДБ, мылонафт).

Равномерность изменения объема выражается в визуальной оценке состояния образцов-лепешек из теста нормаль­ной густоты в возрасте 24 ч, прошедших трехчасовое кипячение в воде. По стандарту образцы не должны деформироваться или иметь радиальные трещины.

Стойкость цементного камня – способность сопротивляться агрессивному воздействию. Бетон в инженерных сооружениях в процессе эксплуатации может подвергаться агрессивному воздействию: пресных и минерализованных вод, совместному действию воды и мороза, попеременному увлажнению и высушиванию.

Упаковку, маркировку, транспортирование и хранение цемента осуществляют по ГОСТ 22237-76. Цемент упаковывают в бумажные мешки (битумированные бумажные мешки или в контейнеры). При транспортировании и хранении портландцемент должен быть защищен от влаги и загрязнения посторонними примесями. Все необходимые сведения о технических свойствах цемента, получаемого с завода, отражены в пас­порте на поставляемую партию цемента.

Применение

Для бетонных и железобетонных конструкций в наземных, подземных и подводных сооружениях, в том числе и таких, которые подвержены поперемен­ному замораживанию и оттаиванию. Для растворов они использу­ются только тогда, когда не имеется более дешевых вяжущих веществ - воздушной и гидравлической извести, смешанных цемен­тов.

20. Твердение цемента. Гидролиз и гидратация минералов портландцемента.