Лекция 15 Вяжущие вещества

2. Производство глинозёмистого цемента

Производство глинозёмистого цемента включает следующие стадии.

1. Подготовка сырья. Боксит и известняк поступают на обжиг в размолотом и смешанном виде.

2. Обжиг. Плавление материалов осуществляется в различных средах.

Плавление в восстановительной среде – осуществляется в вагранках, доменных печах и электропечах. Для плавки в вагранках сырьевые материалы измельчают, смешивают и агломерируют. Агломерат загружают в вагранки вместе с коксом. Шихта плавится при температуре 1500-1600ºС. Периодически цемент сливают в изложницы для охлаждения.

Доменная плавка практически не отличается от плавки в вагранках.

Доменный и ваграночный способы не позволяют удалить из шихты кремнезём.,

Способ электроплавки позволяет восстанавливать до 50% кремнезёма. Для этого в электропечь вместе с шихтой загружают кокс.

Плавление в окислительной среде – осуществляется в электропечах без добавления кокса.

3. Способ спекания. Используют вращающиеся печи и спекательные решётки. Способ применяется, если содержание кремнезёма в бокситах не превышает 8-9%, количество оксидов железа – не более 10%.

4. Охлаждение клинкера. Наиболее распространён способ медленного охлаждения расплава клинкера в изложницах. При этом образуются крупные кристаллы однокальциевого алюмината и других минералов.

5. Помол клинкера осуществляется в трубчатых мельницах.

3. Твердение глинозёмистого цемента

При твердении глинозёмистого цемента важное значение имеют процессы гидратации алюминатов кальция. Однокальциевый алюминат в процессе гидратации образует пересыщенный раствор. Из него выкристаллизовываются кристаллы гидроалюмината кальция - CaO·Al₂O₃·10H₂O. С течением времени твёрдая фаза перекристаллизовывается с образованием кристаллов С₂АН₈ и геля гидроксида алюминия. Одновременно из раствора кристаллизуются С₂АН₈, С₄АН₁₄ и С₃АН₁₂.

Однокальциевый алюминат схватывается медленно, но твердеет быстро.

Пятикальциевый трёхалюминат (С₅А₃) взаимодействует с водой очень активно, но схватывается уже по истечении нескольких минут.

- 15/3 - Вяжущие в-ва

Раствор при гидратации С₅А₃ в начальный период характеризуется высоким пересыщением. Из него выпадают кристаллы С₄АН₁₄ и С₃АН₁₂. Эти кристаллы образуют плёнки на негидратированных зёрнах С₅А₃, замедляя их растворение. В результате быстрого схватывания минерала снижаются степень его гидратации в начальные сроки и прочность.

В результате гидратации СА₂ образуются те же продукты, что и при твердении СА, но процесс протекает со значительно меньшей скоростью.

Другие минералы – С₂S, C₄AF, C₃A, C₂F – гидратируются с образованием гидроалюминатов, гидроферритов и гидросиликатов кальция.

Процесс затвердевания и упрочения глинозёмистых цементов аналогичен процессам, которые происходят в портландцементе. Кристаллизующиеся САН₁₀, С₂АН₁₄, одно- и двухкальциевые гидроферриты образуют кристаллический сросток. Он и обеспечивает цементному камню высокую начальную прочность. Гелеобразная фаза, которая состоит из гидрооксидов алюминия, железа, гидроферритов кальция, способствует агрегированию отдельных кристаллических сростков в единый каркас.Это оказывает положительное влияние на прочность. В процессе старения геля из него кристаллизуются гиббсит и гидроферриты кальция, что вызываетдальнейший рост прочности изделий.

4. Применение глинозёмистых цементов

Плотность цемента 3,0-3,1 г/см³, плотность в рыхлом состоянии – 1,0-1,3, нормальная густота 23-32%. Начало схватывания наступает не ранее 30 минут и не позднее 2 часов. По пределу прочности различают три марки: 300, 400, 500.

В сульфатных водах цемент практически не разрушается. Хлористые соединения и многие органические вещества на цемент не действуют. Глинозёмистый цемент не теряет прочности при нагревании до 1000ºС.

Глинозёмистый цемент применяется, когда необходимо в короткий срок получить высокую прочность, например, при срочных работах, при ремонте сооружений. Используется он также как огнеупорный цемент и как цемент, устойчивый в сульфатных средах.

При использовании глинозёмистого цемента учитывают снижение прочности его после нескольких лет твердения.

5. Группы глинозёмистых цементов

Первая группа глиноземистых цементов содержит СаО > 40 % – высокоизвестковые вяжущие вещества. Более высокая начальная прочность с незначительным нарастанием ее в последующие сроки.

- 15/4 - Вяжущие в-ва

В нем находится 80…85 % алюминатов кальция, придающие ему способность приобретать высокую прочность в очень короткие сроки. Через 1 сутки прочность может достигнуть 90 % марочной прочности, определяемой в 3-х суточном возрасте. В среднем прочность через 1 сутки равна 55 % марочной прочности. Твердение происходит по реакции

2(СаО·Al₂O₃) + 11Н₂О = 2СаО·Al₂О₃·8Н₂O + 2Аl(ОН)₃.

Вторая группа глиноземистых цементов содержит СаО < 40 % − низко известковые вяжущие вещества. Прочность нарастает медленнее, но конечная прочность выше, чем у цементов 1-й группы. Данная группа глиноземистых цементов обладают повышенной коррозионной стойкостью.

Не выделяет свободной извести, что способствует повышению стойкости в агрессивных средах. Известен ряд гидротехнических сооружений, которые в течение 10…20 лет не подвергаются коррозии в морской воде.

При температуре выше 30 ^оС твердение происходит по реакции

3(СаО·Al₂O₃) + 12Н₂О = 3СаО·Al₂О₃·6Н₂O + 4Аl(ОН)₃.

Образующийся гидроалюминат кальция 3СаО·Al₂О₃·6Н₂O, как известно, обладает пониженной прочностью, поэтому глиноземистый цемент не рекомендуется применять при повышенных температурах. Не допускается также пропаривание и запаривание его, так как наблюдается частичный сброс первоначально приобретенной прочности в процессе твердения. Следует затворять с малыми В/Ц с введением добавок.

Глиноземистый цемент связывает большое количество воды, поэтому его пористость ниже у портландцемента. При твердении выделяется большое количество тепла (в 1,5 раза выше, чем у ПЦ). Он обладает повышенной стойкостью к пресным и минерализованным водам. Однако разрушается слабыми растворами щелочей вследствие образования алюминатов. Нельзя также смешивать глиноземистый цемент с известью и ПЦ из-за образования 3СаО·Al₂О₃·6Н₂O по реакции

СаО·Al₂O₃ + 2Са(ОН)₂ + 4Н₂О = 3СаО·Al₂О₃·6Н₂O.

Марки глиноземистого цемента по прочности 400, 500, 600, определяемые в возрасте 3 суток. Плотность 3,0…3,2 г/см³, Н_схв ≥ 30 мин, К_схв ≤ 12 час, тонкость помола ≥ 90 %.

Допускается введение технологических добавок ≤ 2 % от массы цемента. Водопотребность (НГ) = 23…28 %. При повышении температуры НГ повышается. Цвет зависит от среды: в восстановительной среде – глиноземистый цемент приобретает светло-серый цвет, в окислительной среде – он имеет цвет от коричневого до черного.

- 15/5 -Вяжущие в-ва

Тема: РАСШИРЯЮЩИЕСЯ И БЕЗУСАДОЧНЫЕ ЦЕМЕНТЫ