ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЯУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
ЛЕКЦИЯ №5
ИЗВЕСТЬ
ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ вяжущими называют вещества, которые твердеют и длительно сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде. К гидравлическим вяжущим относятся гидравлическая известь, романцемент, портландцемент и его разновидности, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, расширяющийся и безусадочный цементы и др.
ГИДРАВЛИЧЕСАЯ ИЗВЕСТЬ – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое обжигом не до спекания при 900-1100оС мергелистых известняков, содержащих 6-20% глинистых веществ, с последующим тонким помолом или гашением в пушонку.
РОМАНЦЕМЕНТ – гидравлическое вяжущее вещество, продукт помола обожженных не до спекания при 900оС известняковых или магнезиальных мергелей, содержащих более 20% глинистых веществ.
Гидравлическая известь и романцемент это, как правило, местные вяжущие получаемые вблизи сырья. Широко применялись в середине прошлого века. Сейчас получение и применение эти вяжущих крайне ограничено.
Наиболее распространенным гидравлическим вяжущим является портландцемент.
ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ – гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее на воздухе и в воде, получаемое путем совместного тонкого помола цементного клинкера и необходимого количества двуводного гипса.
Согласно стандарту портландцемент разделяется на два вида – портландцемент и портландцемент с минеральными добавками (до 10-20%).
СЫРЬЕМ для получения портландцемента являются глина и известняки. В районах где имеются залежи мергелей, которые содержат необходимые компоненты – известняк и глина в нужном соотношении, их используют как сырье для получения портландцемента. Обычно сырьевая смесь содержит известняк - СаСО3, в количестве 75-78% и глину (кремнезем- SiO2, глинозем- Al2O3, оксид железа - Fe2O3) в количестве 22-25%. Стандартом ограничевается содержание в сырьевой смеси - МgСО3 и сульфатов, чтобы уменьшить МgО и SО3- вредные примеси. Кроме этого в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки – пиритные огарки – Fe2О3, кремнезем (кварцевый песок) – SiО2, бокситы – Аl2О3.
Технология получения портландцемента включает четыре основных передела: подготовка сырья, обжиг, охлаждение и помол.
Существуют два основных способа подготовки сырья к обжигу – сухой и мокрый. Применяют также комбинированный способ. Сухой способ более экономичен, требует меньших затрат энергии, но дает менее обнородное сырье. Сырьевые компоненты тщательно дозируются и смешиваются, далее высушиваются и измельчаются, после чего отправляются на обжиг. Мокрый способ ранее был более распространен, хотя и требует повышенных энергозатрат, так как давал более однородную смесь. Сырьевые компоненты дозируются и измельчаются в присутствии воды, затем смешиваются в шаровой мельнице. Эта сметаноподобная смесь содержащая до 32-45% воды, называемая шламом,подается в специальные емкости – шламбассейны, в которых состав сырьевой смеси уточняется и корректируется добавками.
После шламбассейна смесь поступает для обжига во вращающуюся печь, представляющую собой цилиндрический барабан диаметром 5м и длиной до 200 м, установленной под углом 3-4 градуса к горизонту. Печь вращается с частотой 1-2 об/мин. Благодаря этому смесь загруженная в верхнюю часть печи, постепенно перемещаются к нижнему концу, занимая небольшую часть сечения печи. В нижний конец печи вдувают топливо – пылевидный уголь, газ, мазут, при горении которого образуются горячие газы, движущиеся по принципу противотока, - навстречу сырьевой смеси. Топливо при сгорании обеспечивает температуру – 1450-1500оС.
Обжиг. Различают пять основных зон обжига в печи и охлаждение.
1. Зона испарения (подсушка) – 70-200оС. Удаляется свободная, физически связанная вода.
2. Зона подогрева - 200-700оС. Удаляется химически связанная вода, выгорают органические соединения. 1и 2 зоны занимают 50-60% длины печи.
3. Зона декарбонизации – 700-1100оС. Разлагаются СаСО3 и МгСО3 даляется СО2. Минералы глины разлагаются на окислы.
4. Зона экзотермических реакций. – Температура сама собой поднимается на 150-200оС до 1100-1300оС. Происходят твердофазовые реакции с образованием 2СаО х SiО2 - белит, 3СаО Аl2О3- целит, 4СаОхАl2О3хFe2О3 и другие второстепенные соединения.
5. Зона спекания - 1300-1450оС. При температуре свыше 1300оС образуется расплав из легкоплавких соединений. В расплаве происходит образование 3СаОхSiO2 –алит. Этот процесс идет до полного израсходования из расплава СаО (20-30 мин). На выходе выделяются также минералы из п.4.
6. Зона охлаждения – 1000-1100оС. Быстрое охлаждение необходимо чтобы предотвратить образование крупных кристаллов и сохранить стекловидную фазу и тем самым повысить активность будующего вяжущего. В этот период окончательно формируется состав клинкера.
КЛИНКЕР – зернистый камнеподобный материал получаемый после обжига сырьевой смеси. В виде гранул размером 5-50 мм.
СОСТАВ клинкера
Химический – СаО -63-66%, SiO2 -21-24%, Al2O3 – 4-8%, Fe2O3- 2-4%
Минеральный – С3S – 45-60%, С2S – 20-30%, С3А- 8-12%. С4АF – 10-20%
Второстепенные и вредные компоненты: свободный СаО не более 1%, МО не более 5%
После обжига клинкер выдерживается на открытом складе для частичного гашения свободной извести, а затем подвергают дроблению и помолу. Помол осуществляется в трубных вращающихся мельницах с добавкой двуводного гипса, который вводится для замедления схватывания цемента. При необходимости при помоле вводятся активные минеральные добавки.
Готовый продукт – портландцемент- поступает в цементные силосы. После чего проводят дозирование и упаковку цемента в мешки или отгрузка в цементовозы.
СВОЙСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Тонкость помола - на сите 008 не более 10-15%,
Удельная поверхность - 2800-3000 см2/г
Водопотребность – количество воды необходимое для получения теста стандартной консистенции Вп = 23-28%. При введении минеральных добавок водопотребность возрастает.
Сроки схватывания –
Равномерность изменения объема – содержание СаО менее 1%, МгО менее 5%
Активность – это фактическая прочность стандартных образцов в возрасте 28суток
Марка – это характеристика прочности цемента, на основании активности.
М400, М500, М550, М600 и т.д. до М1000
Тепловыделение при твердении играет положительную и отрицательную роль: + при зимнем бетонировании
- при бетонировании массивных конструкций. Внутри массива разность темп. Поднимается до 45-50оС, вызывает растрескивание бетона. Уменьшить тепловыделение можно изменив соотношение основных минералов: алит-целит-алюмоферрит-белит. Внутрь массива помещают трубы по которым пускают холодную воду.