Вся електронна бібліотека >>>

Зміст книги >>>

 

Побут. Господарство. Будівництво. Техніка

Будівельні матеріали


Книги з будівництва та ремонту

 

НЕОРГАНІЧНІ В'ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ

Портландцемент

 

 

Портландцемент і його різновиди є основним в'яжучим матеріалом у сучасному будівництві. У СРСР його виробництво становить близько 65 % від випуску всіх цементів.

 Портландцемент - продукт тонкого подрібнення клінкеру, який отримують випалом до спікання, тобто часткового плавлення сировинної суміші, що забезпечує переважання в ньому високоосновних силікатів кальцію (70...80 %). Для регулювання схоплювання і деяких інших властивостей при помелі клінкеру в цемент додають невелику кількість гіпсу (1,5...3,5 %). У відповідності з ГОСТ 10178-85 за таким бездобавочным цементом збережено назва портландцемент (ПЦ-ДО). Ш Сировину і виробництво.

Для отримання доброякісного портландцементу хімічний склад клінкеру, а отже, і склад сировинної суміші повинні бути стійкі.

Численні дослідження і практичний досвід показують, елементарний хімічний склад клінкеру повинен знаходитися в наступних межах (% по масі): СаО - 63...66; SiO2 - 21...24; А12О3 - 4...8; Ре2Оз - 2...4, їх сумарна кількість становить 95... ...97 %. Отже, для виробництва портландцементу слід застосовувати такі сировинні матеріали, які містять багато карбонату кальцію і алюмосилікатів (вапняки, глини, вапняні мергелі). Найчастіше використовують штучні сировинні суміші з вапняку або крейди і глинистих порід при співвідношенні між ними в сировинній шихті приблизно 3:1 (% по масі): СаСО3 - 75...78 та глинистого речовини - 22...25. Замість глини або для часткової заміни використовують також відходи різних виробництв (доменні шлаки, нефеліновий шлам і т. п.). Нефеліновий шлам, який отримується при виробництві глинозему, вже містить 25...30 % SiOЈ і 50...55 % СаО; досить до нього додати 15...20 % вапняку, щоб отримати сировинну суміш. При цьому продуктивність печей підвищиться приблизно на 20 %, а витрата палива знизиться на 20...25 %. Для забезпечення потрібного хімічного складу сировинної суміші застосовують коригувальні добавки, що містять відсутні оксиди. Наприклад, кількість S1O2 підвищують, додаючи в сировинну суміш трепел, опоку. Додавання колчеданних огарков збільшує вміст Fe2O3.

 

 

В якості палива використовують природний газ, мазут і рідше тверде паливо у вигляді вугільного пилу. Вартість палива складає до 26 % собівартості готового цементу, тому на цементних заводах багато уваги приділяється його економії.

Технологія портландцементу в основному зводиться до приготування сировинної суміші належного складу, її випалу до спікання (отримують клінкер) і помолу в тонкий порошок.

Сировинну суміш готують сухим або мокрим способом (див. 5.2). У відповідності з цим розрізняють і способи виробництва цементу - сухий і мокрий. В СРСР переважає мокрий спосіб виробництва цементу, але все ширше впроваджується сухий. Найважливішою перевагою сухого способу виробництва є не тільки зниження витрат теплоти на випал в 1,5...2 рази, ніж при мокрому, але і більш високі питомі съемы в печах сухого способу.

Випал сировинної суміші частіше здійснюється в обертових печах, але іноді (при сухому способі) в шахтних.

Обертова піч (5.2) являє собою зварний сталевий барабан довжиною до 185 м і більше, діаметром до 5...7 м, футерованих зсередини вогнетривкими матеріалами. Барабан покладений на роликах під кутом 3...4° до горизонту і повільно обертається навколо своєї осі. Завдяки цьому сировинна суміш, завантажена у верхню частину печі, поступово переміщається до нижнього кінця, куди вдувають паливо, продукти горіння якого просасываются назустріч сировинної суміші і обпалюють. Характер процесів, що протікають при випалюванні сировинної суміші, приготовленої з сухого і мокрого способів, за суті, однаковий і визначається температурою і часом нагрівання матеріалу в печі. Розглянемо ці процеси.

В зоні сушіння надходить в верхній кінець печі сировинна суміш зустрічається з гарячими газами і поступово при підвищенні температури з 70 до 200 °С (зона сушіння) підсушується, перетворюючись у грудки, які при перекочування розпадаються на більш дрібні гранули. По мірі переміщення сировинної суміші уздовж печі відбувається подальше поступове її нагрівання, супроводжуване хімічними реакціями.

У зоні підігріву при 200...700 °С згорають знаходяться в сировина органічні домішки, видаляється хімічно зв'язана вода з глинистих мінералів і утворюється безводний каолініт Al2O3-2SiO2. Підготовчі зони (сушіння і підігріву) при мокрому способі виробництва займають 50...60 % довжини печі, при сухому же спосіб підготовки сировини довжина печі скорочується за рахунок зони сушіння.

В зоні декарбонізації при температурі 700... s..l 100 °С відбувається процес дисоціації карбонатів кальцію і магнію на CaO, MgO і СО2, алюмосилікати глини розпадаються на окремі оксиди SiO2, A12O3 і Fe2O3 з сильно розпушеному структурою. Термічна дисоціація СаСО3 - це ендотермічний процес, що йде з великим поглинанням теплоти (1780 кДж на 1 кг СаСО3), тому споживання теплоти в третій зоні печі найбільше. В цій же зоні оксид кальцію у твердому стані вступає в реакцію з продуктами розпаду глини з утворенням низькоосновних силікатів, алюмінатів і феритів кальцію (2CaO-SiO2, СаО-АШ3, 2CaO-Fe2O3).

В зоні екзотермічних реакцій обжигаемая маса, пересуваючись швидко нагрівається від 1100 до 1300°С, при цьому утворюються більш основні сполуки: трьох-кальцієвий алюмінат ЗСаО-А12О3(С3А), чотирьохкальцієвого алюмоферріт 4CaO-Al2O3-Fe2O3(C4AF), але частина оксиду кальцію ще залишається в вільному вигляді. Обпалюваний матеріал агрегується в гранули.

В зоні спікання при 1300...1450 °С обжигаемая суміш частково розплавляється. В розплав переходять С3А, C4AF, MgO і всі легкоплавкі домішки сировинної суміші. По мірі появи розплаву в ньому розчиняються C2S і СаО і, вступаючи у взаємодію один з одним, утворюють основний мінерал клінкеру - трехкальциевого силікат 3CaO-SiO2(C3S), який погано розчиняється в розплаві і внаслідок цього виділяється з розплаву у вигляді дрібних кристалів, а обпалюваний матеріал спікається в шматочки розміром 4...25 мм, звані клінкером.

В зоні охолодження (заключна стадія випалювання) температура клінкеру знижується з 1300 до 1000 °С, відбувається остаточна фіксація його структури і складу, що включає C3S, C2S, C3A, C4AF, склоподібну фазу і другорядні складові.

По виході з печі клінкер необхідно швидко охолодити у спеціальних холодильниках, щоб запобігти утворенню в ньому великих кристалів і зберегти в не-закристаллизованном вигляді склоподібну фазу. Без швидкого охолодження клінкеру вийде цемент з зниженою реакційній здатністю по відношенню до води.

Після витримки на складі (1...2 тижні) клінкер перетворюють в цемент шляхом помелу його в тонкий порошок, додаючи невелику кількість двоводяного гіпсу. Готовий портландцемент направляють для зберігання та силоси далі на будівельні об'єкти.

Сухий спосіб виробництва цементу значно вдосконалено. Найбільш енергоємний процес - декарбонізація сировини - винесено з обертової печі в спеціальний пристрій - декарбонизатор, якому він протікає швидше і з використанням теплоти відхідних газів (5.3). За цією технологією сировинна борошно спочатку надходить не в піч, а в систему циклонних теплообмінників, де нагрівається відхідними газами і вже гарячої подається в декарбонизатор. У декарбонизаторе спалюють приблизно 50 % палива, що дозволяє майже повністю завершити розкладання СаСО3. Підготовлена таким чином сировинна борошно подається в піч, де спалюється інша частина палива і відбувається утворення клінкеру. Це дозволяє підвищити продуктивність технологічних ліній, знизити паливно-енергетичні ресурси, приблизно удвічі скоротити довжину обертової печі, відповідно поліпшити компонування заводу і займаної їм земельної території.

У СРСР створена низькотемпературна технологія сольова виробництва цементу, що базується на відкриття радянських учених. Сутність відкриття полягає у встановленні нового явища - освіти высокоосновного силікату кальцію - алинита, близького за складом до алиту в області температур 9ОО...11ОО°С, тобто значно нижче температур кристалізації трехкальциевых силікатів - алитов. Алинит, який є основною в'язкому фазою портландцементних клінкерів нового типу, обумовлює їх високу гідравлічну активність. Входження аніонів хлору в структуру є обов'язковою умовою освіти алинита і клінкерів нового типу. Введення в шихту, наприклад, 10... 12 % СаС12 супроводжується освітою хлоркальциевого розплаву при надзвичайно низьких температурах (600...800 С), що зміщує всі основні реакції утворення мінералів в область температур 1000... 1100 "З і дозволяє отримувати клінкер при знижених температурах.

Впровадження нової технології дозволить скоротити питомі витрати палива, різко підвищити продуктивність печей і помольного устаткування.

 

Зміст книги: «Будматеріали»

 

Дивіться також:

 

 Будівельні матеріали

 

В'яжучі речовини - основа сучасного будівництва

Короткі відомості про розвиток виробництва мінеральних в'яжучих речовин

Класифікація і номенклатура в'яжучих речовин, вихідні матеріали для їх виробництва, добавки

Добавки

 

ЧАСТИНА 1. В'ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ ПОВІТРЯНОГО ТВЕРДІННЯ

ГІПСОВІ ТА АНГІДРИДНІ, В'ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ ТА СИРОВИНА ДЛЯ ЇХ ВИРОБНИЦТВА

Модифікації водного і безводного сульфату кальцію

Технологія гіпсових в'яжучих а - і Р-модифікацій напівгідрату сульфату кальцію з природної сировини

Випал гіпсу у варильних котлах

Гипсоварочный котел

Гіпсове в'яжуче

Отримання високоміцного гіпсу варінням в окидких середовищах

Охорона праці та автоматизація виробництва на гіпсових заводах

Схоплювання і твердіння напівводяного гіпсу

Властивості гіпсових в'яжучих та області їх застосування

Ангідридні в'яжучі

Ангидритовый цемент

Высокообжиговое ангидритовое в'яжучий (эстрихигіпс)

Гіпсові та ангідридні в'яжучі з побічних матеріалів хімічної промисловості

 

ГЛАВА 2. ВАПНО БУДІВЕЛЬНА ПОВІТРЯНОГО ТВЕРДІННЯ

Вихідні матеріали

Негашене вапно (технічна)

Вапняно-випалювальні печі

Гідратне вапно (пушонка) і вапняне тісто

Гидраторы

Вапняне тісто

Мелене негашене вапно

Охорона праці на вапняних заводах

Твердіння повітряної вапна

Властивості повітряної вапна і області її застосування

  

РОЗДІЛ 3. МАГНЕЗІАЛЬНІ В'ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ. Каустичний магнезит

Затворители для каустичної магнезиту

Магнезіальний цемент

Каустичний доломіт

 

ЧАСТИНА 2. ГІДРАВЛІЧНІ В'ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ

 

ГЛАВА 4. ГІДРАВЛІЧНА ВАПНО І РОМАНЦЕМЕНТ. Гідравлічна вапно

Властивості гідравлічного вапна

Романцемент

Властивості романцемент

 

ГЛАВА 5. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

Клінкер, його хімічний і мінеральний склад

Аліт

Білить

Алюмоферрітная і алюмінатних фаза проміжної речовини в клінкері

Характеристика клінкеру

Класифікація клінкерів і номенклатура портландцементів

 

ГЛАВА 6. ТЕХНОЛОГІЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТУ. Сировинні матеріали і паливо

Мергелі. Глини. Коригуючі добавки

Випал

Виробництво портландцементу

Мокрий спосіб виробництва клінкеру

Коректування складу шламу

Випал сировинної суміші

Способи підвищення ефективності виготовлення клінкеру мокрим способом

Сухий спосіб виробництва клінкеру

Підготовка сировини та її випалювання в обертових печах з теплообмінниками, декарбонизаторами і кальцинаторами

Випал в шахтних печах

Помел клінкеру

Помольні установки і процеси подрібнення

Зберігання, упакування і відправлення цементу

Контроль виробництва цементу

Охорона праці на цементних заводах

Підвищення ефективності виробництва і якості продукції

 

ГЛАВА 7. ТВЕРДІННЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТУ ТА ЙОГО ВЛАСТИВОСТІ

Теорія твердіння портландцементу при його взаємодії з водою

 

ГЛАВА 8. СТРУКТУРА І ВЛАСТИВОСТІ ЦЕМЕНТНОГО ТІСТА І ЗАТВЕРДІЛОГО ЦЕМЕНТНОГО КАМЕНЮ

Седиментаційні явища в тесті

Тепловиділення при взаємодії цементу з водою

Набухання цементного тіста

Зміни у змісті твердої фази цементного тіста і каменю при твердінні. Контракція і пористість

Структура цементного тіста і каменю

Форми зв'язку води в цементному тесті та камені

Лужність рідкої фази цементного каменю і її значення для захисту сталі від корозії

 

ГЛАВА 9. ФІЗИЧНІ І МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЦЕМЕНТІВ

Колір і нормальна густота тіста

Схоплювання тесту

Рівномірність зміни об'єму

Активність і міцність портландцементів

Залежність міцності цементів від їх мінерального складу, тривалості твердіння і дисперсності

Вплив температури й домішок на швидкість твердіння портландцементів

Усадка і набухання цементного каменю при зміні його вологості

Стійкість цементного каменю при змінному зволоженні і висушуванні

Тріщиностійкість

Повзучість цементного каменю

 

ГЛАВА 10. СТІЙКІСТЬ ЦЕМЕНТІВ І БЕТОНІВ ПРОТИ ДІЇ ХІМІЧНИХ І ФІЗИЧНИХ ПОДРАЗНИКІВ. Хімічна корозія цементного каменю

Агресивна дія на цемент деяких органічних речовин і захист бетону

Фізична корозія цементного каменю

Морозостійкість

Жаростійкість і вогнетривкість цементів

 

ГЛАВА 11. РІЗНОВИДИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТІВ

Швидкотверднучі портландцементи

Портландцементи з пластифицирующими і гідрофобізуючими добавками

Сульфатостойкие портландцементи

Білий і кольорові портландцементи

Портландцементи для бетону дорожніх і аеродромних покриттів

Портландцемент для виробництва азбестоцементних виробів

Портландцементи для будівельних розчинів і бетонів автоклавного твердіння

 

ГЛАВА 12. АКТИВНІ МІНЕРАЛЬНІ ДОБАВКИ І ПУЦЦОЛАНОВЫЕ ЦЕМЕНТИ. Активні мінеральні добавки

Природні мінеральні добавки

Штучні кислі активні мінеральні добавки

Пуццолановые цементи. Пуцолановий портландцемент

Властивості пуццоланового портландцементу

Рівномірність зміни обсягу пуццоланового портландцементу

Усадка і набухання пуццоланового портландцементу

Міцність пуццоланового портландцементу

Воздухостойкость. Морозостійкість пуццоланового портландцементу

Известесодержащие в'яжучі речовини

 

ГЛАВА 13. ШЛАКИ І ШЛАКОВІ ЦЕМЕНТИ

Доменні шлаки

Хімічний склад доменних шлаків

Мінеральний склад і структура доменних шлаків

Гідравлічні властивості доменних шлаків

Передельные шлаки чорної металургії

Электротермофосфорные гранульовані шлаки

Шлакові цементи. Шлакопортландцемент

Області застосування шлакопортландцементу

Сульфатно-шлаковий цемент

Вапняно-шлакове в'яжучий

Шлакові в'яжучі речовини для бетонів автоклавного твердіння

Шлаколужні в'яжучі

Вапняно-белитовое (нефелиновое) в'яжучий

 

ГЛАВА 14. ГЛИНОЗЕМИСТИЙ ЦЕМЕНТ ТА ЙОГО РІЗНОВИДИ. Склад глиноземистого цементу

Виробництво глиноземистого цементу

Твердіння глиноземистого цементу

Властивості та області застосування глиноземистого цементу

 

ГЛАВА 15. ЗМІШАНІ В'ЯЖУЧІ РЕЧОВИНИ З СПЕЦІАЛЬНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ

Гипсоцементно-пуццолановые в'яжучі речовини - ГЦПВ

 

ГЛАВА 16. НЕОРГАНІЧНІ В'ЯЖУЧІ З ДОБАВКАМИ ПОЛІМЕРНИХ РЕЧОВИН

 

ГЛАВА 17. КИСЛОТОТРИВКИЙ ЦЕМЕНТ І КВАРЦОВИЙ РІДКЕ СКЛО

ффф