Производство гидрофобного портландцемента мокрым способом

      Повышенная  прочность быстротвердеющего цемента  в первые сроки твердения в  значительной мере обусловлена не только минеральным составом, но и тонкостью измельчения цемента. Быстротвердеющий цемент размалывают до удельной поверхности 3500—4000 см²/г (вместо 2800—3000 см²/г для обычного портландцемента).

      По  свойствам быстротвердеющий портландцемент отличается от обычного прежде всего  более интенсивным твердением в первые 3 сут. Интенсивное твердение цемента в первые сроки возможно при достаточном количестве в нем зерен клинкера тонких фракций (0— 20 мкм).

      3.Сульфатостойкие  портландцементы. По ГОСТ 22266—76, к группе сульфатостойких цементов относятся: сульфатостойкий портландцемент (без добавок); сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками; сульфатостойкий шлакопортландцемент; пуццолановый портландцемент. Все эти цементы получают измельчением портландцементного клинкера нормированного минерального состава без добавок и с добавками.

      Химический  анализ исходного клинкера и цемента  проводят по ГОСТ 5382—73.

      В сульфатостойкий портландцемент допускается вводить гранулированные шлаки доменные и электротермофосформые (содержащие оксид алюминия не более 8 %) в количестве 10—20 %, а также активные минеральные добавки осадочного происхождения (кроме глиежа) от 5 до 10 % по массе вяжущего. Эти же добавки в пуццолановый портландцемент допускается вводить в количестве 20—30 %, прочие же добавки, включая глиеж, — не менее 25 и не более 40 %. Ввод в сульфатостойкий шлакопортландцемент доменного или термофосфорного шлака допускается в пределах 21—60 % и зависит от содержания С3А в клинкере и глинозема в шлаке (см. ГОСТ 22266—76, с изм.).

      При совместном помоле материалов надо вводить двуводный гипс, отвечающий требованиям ГОСТ 4013—82. Его содержание в цементах, определяемое по количеству серного ангидрида S03, не должно быть более 3,5 %. Тонкость помола цемента должна определяться по ГОСТ 3584—73. При этом при просеивании через сито № 008 должно проходить не менее 85 % массы пробы.

      Физико-механические свойства цементов определяются в соответствии с указаниями ГОСТ 310.1—76 — ГОСТ 310.4—81.

      Высокая стойкость этих цементов в сульфатных водах обусловлена тем, что в затвердевшем состоянии они содержат пониженное, количество высокоосновных гидроалюминатов кальция. Этим устраняется возможность образования значительного количества гидросульфоалюмииата кальция трехсульфатной формы, вызывающего коррозию портландцементного камня. Развитие коррозионных процессов замедляется также вследствие ограниченного содержания в клинкере C₃S.

      Сульфатостойкие портландцемента без добавок  или с ограниченным их содержанием следует использовать в бетонных и железобетонных конструкциях, в том числе и в преднапряженных, для тех зон гидротехнических сооружений, где они подвергаются действию сульфатных вод в условиях попеременного замораживания и оттаивания или увлажнения и высыхания.   

      4.Белый  и цветные портландцементы. Белый и цветные портландцементы отличаются от обычного главным образом белым цветом или окраской чистых тонов, что позволяет использовать их в декоративных целях. В виде растворов и бетонов на белых и цветных заполнителях их применяют для облицовки панелей и блоков, наружной и внутренней архитектурной отделки зданий и сооружений различного назначения, при изготовлении плит для полов, ступеней, скульптур, а также для приготовления цементных красок.

      Белый и цветные цементы готовят  на маложелезистом клинкере, отличающемся от обычного повышенным содержанием Si0₂ (23,5—25,5%) и А1₂О₃ (5,5—7%), а главное, незначительным количеством Fe₂О₃ (до 0,4— 0,5 %). В лучших образцах белого цемента содержание Fe₂О₃ не превышает 0,25—0,35 %, a MnO — 0,05—0,15 %. Минеральный состав клинкера для белых цементов колеблется в пределах (%): C₃S - 35…50; C₂S - 35…45; С₃А -  14…17; C₄AF - 0,9…1,4. Содержание в нем MgO не должно превышать 4,5 %.

      Для производства белого и цветного портландцементов используют наиболее чистые разновидности  карбонатного и песчано-глннистого сырья. В частности, применяют чистые известняки или мел, содержащие не более 0,15 %  Fe₂О₃ для белого цемента и 0,25 % для цветного, а соединении марганца (в пересчете на МnО) соответственно не более 0,015 и 0,03 %. Глинистым компонентом служат каолин, отходы его обогащения и другие материалы. Для повышения силикатного модуля применяют тонкозернистые белые кварцевые пески, отходы кварцевого песка, получаемые при обогащении каолина, и др.  Содержание Fe₂O₃ в глинистом и кремнеземистом сырье не должно превышать 1 %, а Ti0₂ — 0,8%.

      По  вещественному составу различают  белый портландцемент и белый портландцемент с минеральными добавками. Последние вводятся в количестве не более 20 % по массе, в том числе инертных — не более 10 %. По согласованию с потребителем допускается введение в них добавок специальных не более 2 % по массе цемента, пластифицирующих или гидрофобизирующих — не более 0,5 %. Белый цемент выпускают марок 400 и 500 при испытании его по ГОСТ 310.1—76 (с изм.)—ГОСТ 310.4.—81. Получают его тонким измельчением с применением оборудования, предотвращающего загрязнение продукта железистыми и иными примесями.

      Степень белизны, определяемая коэффициентом  отражения, % абсолютной шкалы, должна быть не ниже для первого сорта - 80, второго — 75, третьего—70.

      Цветной портландцемент изготовляют совместным тонким измельчением белого маложелезистого или цветного клинкера, активной минеральной добавки (белого диатомита), красящей добавки (пигмента) и гипса. Цветные клинкеры получают, вводя в сырьевые смеси небольшое количество соединений кобальта, хрома, марганца и др.

      Цветной портландцемент должен содержать не менее 80 % клинкера, не более 6 % активной минеральной добавки, не более 15 % минерального искусственного или природного пигмента или не более 0,5 % органического пигмента по массе цемента. Содержание гипса — не более 3,5 % в расчете на S0₃. Активная минеральная добавка должна обладать белизной не менее 68 %

      Цветные портландцементы по цвету разделяют  на следующие основные разновидности: желтый, розовый, красный, коричневый, голубой, зеленый и черный.

      Красящие  пигменты для цветных цементов должны обладать большой красящей способностью, высокой стойкостью к щелочам (в частности, к Са(ОН)₂, образующемуся при твердении цемента), солнечному свету и атмосферным воздействиям. Они не должны содержать вредных примесей и растворимых солей. Этим требованиям удовлетворяют следующие пигменты: охра (желтый цвет), сурик (красный цвет), двуоксид марганца — пиролюзит (черный и коричневый цвета), оксид хрома (зеленый цвет), оксид кобальта и ультрамарин (голубой цвет), углеродистые пигменты (черный цвет).

      Белый и цветной цементы характеризуются повышенной усадкой при твердении и пониженной коррозионной стойкостью и морозостойкостью. Усадочные деформации в них возрастают с увеличением содержания белита и трехкальциевого алюмината, активных минеральных добавок и некоторых видов красителей.

      5.Пуццолановый портландцемент. Пуццолановым портландцементом называют вяжущее, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера нормированного минерального состава (ГОСТ 22266—76), кислой активной минеральной добавки (ГОСТ 21-9-81) и двуводного гипса (ГОСТ 4013—82). Содержание трехкальциевого алюмината в клинкере для производства этого цемента должно быть не более 8 %

      В этом цементе допускается следующее  содержание активных минеральных добавок: осадочного происхождения— не менее 21 и не более 30%; вулканического происхождения, обожженной глины, глиежа или топливной золы — не менее 25 и не более 40 %.

      Гипс  вводят в пуццолановый портландцемент для регулирования сроков схватывания. Содержание его зависит от качества портландцементного клинкера и не должно превышать 3,5 % в пересчете на S0₃.

      Для пуццоланового портландцемента целесообразнее всего применять кислые минеральные добавки повышенной активности. Использование малоактивных добавок вызывает необходимость увеличения их содержания в цементе для полного связывания выделяющейся при гидратации клинкера Са(ОН)₂. В ряде случаев это нежелательно, так как неизбежно значительное снижение прочности пуццоланового портландцемента.

      Пуццолановый  портландцемент изготовляют обычно на цементных заводах с полным технологическим циклом, т.е. там, где получают портландцементный клинкер. Такие заводы отличаются от заводов, вырабатывающих портландцемент, наличием в цехе помола отделения, предназначаемого для дробления и сушки добавок.

      Для ускорения процесса помола цемента  можно вводить не более 1 % специальных  добавок (поверхностно-активные, уголь и др.), не ухудшающих качество цемента. Пуццолановый портландцемент размалывают до остатка на сите № 008 не менее 85 %

      Наличие активной пуццолановой добавки качественно  не меняет характера взаимодействия клинкерных минералов с водой. Однако скорость гидролиза и гидратации C₃S, C₂S и других минералов возрастает. Это объясняется прежде всего тем, что в тесте из пуццоланового портландцемента на единицу массы клинкера приходится больше воды, чем в тесте из портландцемента. Таким образом происходит более быстрая гидратация зерен клинкера. Кроме того, активная добавка, связывая гидроксид кальция в нерастворимые соединения, снижает его концентрацию в водном растворе твердеющей цементной массы и тем ускоряет гидролиз содержащихся в клинкере силикатов кальция.

      Окончательный состав продуктов твердения пуццоланового  портландцемента в значительной степени зависит от вида и состава  активной добавки, ее содержания в пуццолановом портландцементе и условий твердения.

      При наличии в пуццолановом портландцементе  гипса образуется гидротрисульфоалюминат кальция. Его образование в начальной  стадии взаимодействия клинкерных частичек с водой способствует замедлению схватывания цемента.

      При гидратации пуццоланового портландцемента новообразования выделяются преимущественно в субмикроскопическом гелевидном состоянии, что отражается на технических свойствах цементного камня (повышенные показатели деформаций ползучести и усадки) 

      6.Глиноземистый  цемент и его  разновидности. Глиноземистым цементом называется быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, состоящее преимущественно из низкоосновных алюминатов кальция и получаемое тонким измельчением обожженной до плавления или спекания сырьевой смеси извести   (известняка) и бокситов. По ГОСТ 969—77, в глиноземистый цемент можно вводить до 1 % добавок, не ухудшающих его качество.

      Глиноземистый цемент все чаще применяют в строительстве как в чистом виде, так и в качестве компонента расширяющихся, быстротвердеющих, огнеупорных и других специальных вяжущих веществ.

      Химический  состав глиноземистых цементов подвержен значительным колебаниям. Так, содержание основных оксидов колеблется в следующих пределах, %: Аl₂O₃ – 30…50; СаО – 35…45; SiO₂ – 5…10; Fe₂O₃ – 5…15.

      Минеральный состав глиноземистых цементов представлен  преимущественно низкоосновными алюминатами  кальция СаО-А1₂O₃ и СаО-2А1₂O₃, которые и обусловливают его свойства как быстротвердеющего вяжущего вещества. При этом главная роль принадлежит однокальциевому алюминату. Однокальциевый двухалюминат, содержащийся в обычных цементах примерно в пределах 20— 30 °/о, при твердении характеризуется высокой прочностью, но нарастающей относительно медленно.

      7.Шлакопортландцемент. Шлакопортландцементом называется гидравлическое вяжущее, получаемое путем тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с гранулированным доменным или электротермофосфорным шлаком, а также с двуводным гипсом. Для получения быстротвердеющего шлакопортландцемента порошок портландцемента иногда размалывают с гранулированным шлаком. Шлака в шлакопортландцементе должно быть не менее 21 % и не более 80 % по массе ГОСТ 10178—85(2002). Гипс вводят в шлакопортландцемент для регулирования сроков схватывания, а также в качестве активизатора твердения шлака.

      По  своим физико-механическим свойствам  шлакопортландцемент близок к обычному портландцементу, но выгодно отличается от него более низкой стоимостью, При прочих равных условиях стоимость его на 15—20 % ниже стоимости портландцемента. Сейчас примерно около 25 % всего выпускаемого в нашей стране цемента приходится на долю шлакопортландцемента. В значительных количествах издавна выпускается он во Франции, ГДР, ФРГ, США, Англии и других странах.