Портландцемент. Сырье, понятие о производстве, химический и минеральный состав клинкера.

Портландцемент: определение, сырье, способы производства, основы технологии. Портландцемент – самое главное вяжущее. Это гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого совместного измельчения портландцементного клинкера с природным гипсом. Весьма ценным сырьем являются доменные шлаки. Приготовление сырьевой смеси осуществляется сухим, мокрым и комбинированным способами. Сухой способ заключается в измельчении и тесном смещении сухих материалов, поэтому сырьевая смесь получается в виде порошка, называемого сырьевой мукой. Тонкое современное измельчение известняка и глины осуществляют в глубинных мельницах. Мокрый способ применяют, если мягкое сырье имеет значительную влажность. Тонкое измельчение и смешение исходных материалов осуществляется в водной среде, поэтому сырьевая смесь получается в виде жидко-текучей массы. Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Вращающиеся печи работают по принципу противотока. В зоне испарения происходит высушивание поступившего сырья при постепенном повышении температуры с 70-80°С. В зоне подогрева, которая следует за сушкой сырья, при постепенном нагревании сырья с 200°С до 700°С. В зоне кальцинирования температура обжигаемого материала поднимается с 700°С до 1100°С, здесь завершается процесс диссоциации углекислых солей кальция и магния и появляется значительное количество свободного оксида кальция. В зоне экзотермических реакций (1100–1250°С) проходят твердофазовые реакции образования ЗСаО*Аl2Оз; 4СаО*А120з*Fе20з и белита. В зоне спекания (1300–1450°С) температура обжигаемого материала достигает наивысшего значения, необходимого для частичного плавления материала и образования главного минерала клинкера – алита 3CaO*Si02 почти до полного связывания оксида кальция (в клинкере СаОсвобод. не более 0,5-1%). В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300°С до 1000°С; здесь полностью формируется его структура и состав. Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в виде мелких камнеподобных зерен-гранул ("горошка") темно-серого или зеленовато-серого цвета. По выходе из печи клинкер интенсивно охлаждается с 1000°С до 100-200°С. После этого клинкер выдерживается на складе 1-2 недели. Помол клинкера в тонкий порошок производится преимущественно в трубных (шаровых) мельницах. Трубная мельница представляет собой стальной барабан, облицованный внутри стальными броневыми плитами и разделенный дырчатыми перегородками на 2–4 камеры. При вращении мельницы мелющие тела поднимаются на некоторую высоту и падают, дробя и истирая зерна материала. Готовый портландцемент - очень тонкий порошок темно-серого или зеленовато-серого цвета; по выходе из мельницы он имеет высокую температуру (80–120°С) и направляется пневматическим транспортом для хранения в силосы, которые обычно выполняются в виде железобетонных банок диаметром 8-15 м и высотой 25-3,0 м. Большие силосы вмещают 4000–10000 т цемента. Цемент в силосах выдерживают до его охлаждения и гашения остатков свободного оксида кальция, которое происходит под действием влаги воздуха. Из силосов цемент погружается в автоцементовозы, в вагоноцементовозы или крытые железнодорожные вагоны. Часть цемента поступает на отвешивающие и упаковывающие машины и поставляется в мешках по 50 кг.

32. Стандартные методы испытания портландцемента: определение водопотребности, сроков схватывания, равномерности изменения объёма, марки по прочности.

1) тонкость помола. Сито №008 (80 мкм). Остаток ≤15%. Sуд=2500 – 3000 см2/г. Быстротвердеющий цемент 4000 – 5000 см2/г. особо быстротвердеющий цемент 600 см2/г. 2) водопотребность – воличество воды, необходимое для получения теста нормальной густоты. Водопотребность 24 – 28%. Чем больше водопотребность, тем менее прочным получится цементный камень. 3) сроки схватывания. Начало схватывания не ранее 45 мин. Конец схватывания – не позднее 10 часов. 4) марки. Марка 300 – шлакопортландцемент, цемент с минеральными добавками. Стандартные марки портландцемента 400, 500, 550, 600. По требованию заказчика выпускается цемент и более высокой марки. Марка цемента оценивается пределом прочности при сжатии стандартных образцов балочек в возрасте 28 суток (после хранения в стандартных условиях). Активность цемента – фактическая прочность цемента в возрасте 28 суток. Rсж=518 кгс/см2→М500. 4) тепловыделения при твердении. С3А больше всех выделяет тепла при твердении, затем C3S, C4AF, C2S. При зимнем бетонировании, чем выше тонкость помола, тем выше тепловыделение. 5) роль добавки гипса. Если гипс не добавлять, то размолотый клинкер будет очень быстро схватываться. С таким цементом не возможно будет работать. Все способы, которые подавляют гидролиз алита вызывают замедление твердения. Все способы, которые активизируют гидролиз алита приводят к ускорению схватывания и твердения. Периоды твердения: 1) растворение клинкерных минералов с поверхности. Возникновение зародышей новых фаз. 2) гидротация клинкерных минералов в насыщенном растворе. Выделение геливидных новообразований на поверхности цементных частиц. Рост этих оболочек. В какой то момент начинают контактировать между собой. 3) кристаллизация новообразований. Рост, срастание кристаллов. Возникновение кристаллизационной структуры цементного камня.

Испытание на изгиб балки на приборе МИИ – 100; b=4см; h=4см; l=10см;

Rизгиба =M/W=3Pl/2bh2; Rсжатия =Pразруш./F; Fсжатия=25см2