Хим пр-сы, происх при обжиге сырьевой смеси в пр-се производства клинкера

Обжиг – завершающая технологическая операция производства клинкера. В процессе обжига из сырьевой смеси определенного химического состава получают клинкер, состоящий из четырех основных клинкерных минералов. В состав клинкерных минералов входит каждый из исходных компонентов сырьевой смеси.

Например, трехкальциевый силикат ЗСаО Si02, основной клинкерный минерал, образуется из трех молекул СаО – окисла минерала известняка и одной молекулы Si02– окисла минерала глины. Аналогично получаются и другие три клинкерных минерала – двухкальциевый силикат – 2CaO-Si02, трехкальциевый алюминат – ЗСаО-А1203 и четырехкальциевый алюмоферрит – 4СаО А1203 Fe203.

Таким образом, для образования клинкера минералы одного сырьевого компонента – известняка и минералы второго компонента – глины должны химически прореагировать между собой. В обычных условиях компоненты сырьевой смеси – известняк, глина и др.–инертны, т.е. они не вступают в реакцию один с другим.

При нагревании они становятся активными и начинают взаимно проявлять реакционную способность. Объясняется это тем, что с повышением температуры энергия движущихся молекул твердых веществ становится столь значительной, что между ними возможен взаимный обмен молекулами и атомами с образованием нового соединения.

Образование нового вещества в результате реакции двух или нескольких твердых веществ называют реакцией в твердых фазах. Однако скорость химической реакции еще более возрастает, если часть материалов расплавляется, образуя жидкую фазу. Такое частичное плавление получило название спекания, а материал – спекшимся. Портландцементный клинкер обжигают до спекания.

Спекание, т.е. образование жидкой фазы, необходимо для более полного химического усвоения окиси кальция СаО кремнеземом Si02 и получения при этом трехкальциевого силиката ЗСаО • Si02. Частичное плавление клинкерных сырьевых материалов начинается с температуры 1300° С.

Для ускорения реакции образования трехкальциевого силиката температуру обжига клинкера увеличивают до 1450° С. В качестве установок для получения клинкера могут быть использованы различные по своей конструкции и принципу действия тепловые агрегаты.

Однако в основном для этой цели применяют вращающиеся печи, в них получают примерно 95% клинкера от общего выпуска, 3,5% клинкера получают в шахтных печах и оставшиеся 1,5% – в тепловых агрегатах других систем – спекательных решетках, реакторах для обжига клинкера во взвешенном состоянии или в кипящем слое. Вращающиеся печи являются основным тепловым агрегатом как при мокром, так и при сухом способах производства клинкера.

73. Вещественный, химический, минеральный, фазовый составы портландцемента.

портландцемент, он не содержит минеральных добавок и хорошо находит применение в изготовлении железобетонных конструкциях.

Хим состав выраж сод оксидов. Главн явл: CaO 63-66%, Sio2 21-24%, Al2o34-8%, Fe2o3, суммарное кол-во кот сост. 95-97%. В пр-се обжига, доводимого до спекания, главные оксиды обр силтикаты, алюминаты и алюмоферрит кальция в виде минералов крист ст-ры, а некоторая часть входит в стекловидную фазу.

Мин состав. Осн мин клинкера явл: алит, белит, трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция.

Алит — основной минерал ПЦ клинкера. Содержание в клинкере- 45...65% (т.е. наибольшее). Алит быстро твердеет и набирает высокую прочность.

Белит — второй по важности и содержанию силикатный минерал клинкера (20...30%). Он медленно набирает прочность, но при длительном твердении в благоприятных условиях его прочность весьма высока.

Суммарное содержание алита и белита в клинкере портландцемента может доходить до 80%, что дает основание называть его силикатным цементом.

Трехкальциевого алюмината в портландцементе содержится 4... 12%. Самый активный из клинкерных минералов. Однако продукт его гидратации имеет повышенную пористость, низкую прочность и долговечность. Быстрое взаимодействие с водой вызывает преждевременное схватывание цементного теста.

Четырехкальциевого алюмоферрита в портландцементе содержится 10...20%. По скорости твердения занимает промежуточное положение между алитом и белитом, но не обладает высокой прочностью.

Кроме того, в составе клинкера в небольшом количестве имеется стекловидная фаза, состоящая в основном из CaO, A12O3, Fe2O3, MgO, Na2O, K2O, а также свободные MgO и СаО. Содержание свободных оксидов магния и кальция в виде пережога в клинкере не должно превышать соответственно 5 и 1 %. Эти ограничения должны исключить опасность неравномерного изменения объема при твердении цемента.

Щелочи входят в алюмоферритную фазу.

74. Реакции гидратации основных минералов портландцемента.

Алит с водой:

2(3Cao*Sio2)+6H2o=3Cao*2Sio2*3H2o+3Ca(OH)2

После затвор гидроксид кальция образуется из алита, т.к. белит гидратир медл алита и при его вз с водой выд меньше гидроксида кальция:

2(2Cao*Sio2)+4H2o=3Cao*2Sio2*3H2o+Ca(OH)2

Вз трехкальц алюмината с водой приводит к образ гидроалюм кальция:

3Cao*Al203+6H2o=3Cao*Al2o3*6H2o

Для замедл схват при помоле клинкера добавл небольш кол-во прир гипса:

3Сao*Al2o3+3(Caso4*2H2o)+26H2o=3Cao*Al2o3*3Caso4*32H2o

Четырехкальц алюмоферит при вз с водой расщепл на гидроалюминат и гидроферит:

4cao*al2o3*fe2o3+mh2o=3cao*al2o3*6h2o+cao*fe2o3*nh2o

75. Для чего в состав портландцемента вводится добавка гипса? С какими клинкерными минералами вз гипс, какое соед обр и как оно влияет процесс структурообразования?

Для замедления схватывания при помоле клинкера добавл небольш кол-во прир гипса(3-5%). Сульфат кальция играет роль хим активн составл цемента, реагир с трехкальц алюмин и связ его в гидросульфоалюминат кальция(эттрингит) в начале гидратации портландцемента.:

3Сao*Al2o3+3(Caso4*2H2o)+26H2o=3Cao*Al2o3*3Caso4*32H2o

Величина добавки гипса должна наход в соотв с сод в клинкере С3А, наиб быстро гидротир и упрочн мат. Недост кол-во гипса не успеет связать образующ гидроалюминат и произойдет преждевременная коагуляция схватывания цем теста, а чрезмерная добавка гипса вызовет ускорение схват цем. Гипс выпол роль добавки, регулир сроки схватывания цемента.

76. Каковы осн показатели качества портландцемента?

Минеральный состав, веществ сост, тонкость помола, плотность, водопотребность, сроки схватывания и равномерность изм объема, активность и марка марки 400, 500,550,600), выделение тепла при твердении.

77. Что такое активность и марка портландцемента по прочности? В чем их сходство и различие?

Активность и марку портландцемента определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 4Х4ХI6 см, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 1: 3 (по массе) и B/Ц=0,4, при консистенции раствора по расплыву конуса 106-115 мм. Через 28 сут твердения (первые сутки - в формах во влажном воздухе, затем после расформовки в течение 27 сут в ванне с питьевой водой, имеющей температуру 20±2°С) образцы-призмы сначала испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки призм - на сжатие. Все стандартные испытания цементов для определения их марки по прочности должны производиться только на песке, соответствующем стандарту. Песок нормальный для испытания цементов -это природный кварцевый песок Привольского месторождения с зернами округлой формы размером 0,5-0,9 мм, содержащий SiО₂ не менее 98%, примесей глинистых, илистых и пылевидных частиц не более 1%.
Активностью портландцемента называют его предел прочности при осевом сжатии половинок балочек, испытанных в возрасте 28 сут. В зависимости от активности портландцементов с учетом их предела прочности при изгибе они подразделяются на марки: 400, 500, 550, 600. У быстротвердеющих портландцементов нормируется не только 28-суточная прочность, но и начальная - 3-суточная. Цемент, которому присвоен государственный Знак качества, должен обладать стабильными показателями прочности на сжатие: коэффициент вариации прочности для цемента марок 300 и 400 не более 5%, марок 500, 550, 600 - не более 3%.

78. Методика определения нормальной густоты цементного теста.

Перед началом испытания проверяют, свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также нулевое показание прибора, соприкасая пестик с пластинкой, на которой расположено кольцо. При отклонении от нуля шкалу прибора соответствующим образом передвигают.

Кольцо и пластинку перед началом испытаний смазывают тонким слоем машинного масла.

. Для ручного приготовления цементного теста отвешивают 400 г цемента, высыпают в чашу, предварительно протертую влажной тканью. Затем делают в цементе углубление, в которое вливают в один прием воду в количестве, необходимом (ориентировочно) для получения цементного теста нормальной густоты. Углубление засыпают цементом и через 30 с после приливания воды сначала осторожно перемешивают, а затем энергично растирают тесто лопаткой.

Продолжительность перемешивания и растирания составляет 5 мин с момента приливания воды.

Цементное тесто на механической мешалке готовят в соответствии с прилагаемой к мешалке инструкцией.

После окончания перемешивания кольцо быстро наполняют в один прием цементным тестом и 5 - 6 раз встряхивают его, постукивая пластинку о твердое основание. Поверхность теста выравнивают с краями кольца, срезая избыток теста ножом, протертым влажной тканью. Немедленно после этого приводят пестик прибора в соприкосновение с поверхностью теста в центре кольца и закрепляют стержень стопорным устройством, затем быстро освобождают его и предоставляют пестику свободно погружаться в тесто. Через 30 с с момента освобождения стержня производят отсчет погружения по шкале. Кольцо с тестом при отсчете не должно подвергаться толчкам. При несоответствующей консистенции цементного теста изменяют количество воды и вновь затворяют тесто, добиваясь погружения пестика на глубину, указанную в п.1.2.1. Количество добавляемой воды для получения теста нормальной густоты определяют с точностью до 0,25%.

79.Методика определения сроков схватывания портландцемента. Каковы требования ГОСТ к срокам схватывания портландцемента?

Перед началом испытания проверяют, свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также нулевое показание прибора, как указано в п.1.2.3. Кроме того, проверяют чистоту поверхности и отсутствие искривлений иглы. Иглу прибора доводят до соприкосновения с поверхностью цементного теста нормальной густоты, приготовленного и уложенного в кольцо по пп.1.2.4 и 1.2.5. В этом положении закрепляют стержень стопором, затем освобождают стержень, давая игле свободно погружаться в тесто. В начале испытания, пока тесто находится в пластичном состоянии, во избежание сильного удара иглы о пластинку допускается слегка ее задерживать при погружении в тесто. Как только тесто загустеет настолько, что опасность повреждения иглы будет исключена, игле дают свободно опускаться. Момент начала схватывания определяют при свободном опускании иглы.

Иглу погружают в тесто через каждые 10 мин, передвигая кольцо после каждого погружения для того, чтобы игла не попадала в прежнее место. После каждого погружения иглу вытирают.

Во время испытания прибор должен находиться в затененном месте, где нет сквозняков, и не должен подвергаться сотрясениям.

Началом схватывания цементного теста считают время, прошедшее от начали затворения (момента приливания воды) до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 2 - 4 мм. Концом схватывания цементного теста считают время от начала затворення до момента, когда игла опускается в тесто не более чем на 1 - 2 мм.

80.Методика определения равномерности изменения объема п/ц объема. В чем сост причина неравн изм объема?

Для испытания на равномерность изменения объема цемента готовят тесто нормальной густоты

Две навески теста массой 75 г каждая, приготовленные в виде шариков, помещают на стеклянную пластинку, предварительно протертую машинным маслом. Постукивают ею о твердое основание до образования из шариков лепешек диаметром 7-8 см и толщиной в середине около 1 см. Лепешки заглаживают смоченным водой ножом от наружных краев к центру до образования острых краев и гладкой закругленной поверхности.

. Приготовленные лепешки хранят в течение (24±2) ч с момента изготовления в ванне с гидравлическим затвором, а затем подвергают испытанию кипячением.

По истечении времени хранения две цементные лепешки вынимают из ванны, снимают с пластинок и помещают в бачок, с водой на решетку. Воду в бачке доводят до кипения, которое поддерживают в течение 3 ч, после чего лепешки в бачке охлаждают и производят их внешний осмотр немедленно после извлечения из воды.

Цемент соответствует требованиям стандарта в отношении равномерности изменения объема, если на лицевой стороне лепешек не обнаружено радиальных, доходящих до краев, трещин или сетки мелких трещин, видимых невооруженным глазом или в лупу, а также каких-либо искривлений и увеличения объема лепешек. Искривления обнаруживают при помощи линейки, прикладываемой к плоской поверхности лепешки, при этом обнаруживаемые искривления не должны превышать 2 мм на краю или в середине лепешки. Допускается в первые сутки после испытаний появление трещин усыхания, не доходящих до краев лепешек, при условии сохранения звонкого звука при постукиваний лепешек одна о другую. Образцы лепешек, выдержавших и не выдержавших испытание на равномерность изменения объема, приведены на черт. 8.

В случае, когда содержание оксида магния MgО в клинкере, из которого был изготовлен испытуемый цемент, составляет более 5 %, следует дополнительно провести испытание равномерности изменения объема в автоклаве. Это испытание проводят только для цементов, выдержавших испытание

Лепешку из теста, приготовленную и хранимую, вместо кипячения подвергают обработке в автоклаве по следующему режиму: подъем давления от атмосферного до 2,1 МПа -в течение 60-90 мин, выдержка при давлении 2,1 МПа -в течение 3 ч, снижение давления от 2,1 МПа от атмосферного -около 60 мин. После этого лепешку извлекают из автоклава, охлаждают до температуры помещения и немедленно ее осматривают.

Процесс твердения цементов сопровождается изменением объема твердеющей системы. У портландцемента наблюдается небольшое уменьшение объема при твердении. Если же в цементном клинкере содержится избыточное количество свободного оксида кальция СаО (более 1%) и оксида магния MgO (более 5%), то процесс гашения СаО и MgO, сопровождающийся местным увеличением объема, вызовет неравномерное изменение объема цемента при твердении, что приведет к деформации и растрескиванию цементного камня. Поэтому цементы проверяют на равномерность изменения объема при твердении, используя метод кипячения образцов из цементного теста в воде, что интенсифицирует гашение СаО и MgO и ускоряет испытание.

81. Методика опред активности п/ц с исп монофракционного песка.