Технологическая линия по производству общестроительных портландцементов

Под действием той или иной кислоты на цементный камень образуются кальциевая соль и аморфные бес­связные массы SiO2*aq, A1(OH)3, Fe(OH)3.

Образовавшиеся продукты, растворимые в воде, выносятся из цементного камня, нерастворимые же в виде рыхлых масс остаются. Все это сопровождается снижением прочности цементного камня, а в последующем и полным его разрушением.

3.   Углекислотная коррозия (II), обусловленная действием на цементный камень,  углекислоты и являющаяся частным случаем кислотной корро­зии.

Углекислая коррозия развивается при действии на цементный камень, содержащей углекис­лый газ СО2. При этом вначале идет реакция между Са(ОН)2 цемента и углекислотой с образованием мало­растворимого СаСО3 по схеме:

Ca(OH)2 + CO2 + H2O = CaCO3 + 2H2O

Дальнейшее воздействие Н2СО3 на це­мент приводит, однако, к образованию более раствори­мого гидрокарбоната:

CaCO3 + H2CO3 ↔ Ca(HCO3)2.

              Углекислая коррозия воздействует на цементный камень тем слабее, чем больше в водном растворе гидрокарбонатов кальция и магния.

4. Сульфатная коррозия (III), подразделяемая на сульфоалюминатную, вызываемую действием на цемент ио­нов при их концентрации от 250—300 до 1000 мг/л; сульфоалюминатно-гипсовую, также возникающую главным образом под действием сульфатных ионов , но при концентрации их в растворе более 1000 мг/л, и гипсовую, которая происходит под действием воды,   содер­жащей большое количество Na2SO4  или  K2SO4.

Сульфоалюминатная коррозия (разновидность сульфатной) является следствием взаимодействия гипса с высокоосновными алюминатами кальция, содержащимися в цементном камне, по схеме:

3CaO*Al2O3*6H2O + 3CaSO4 + 25H2O = 3CaO*Al2O3*3CaSO4*31H2O.

              Образование малорастворимой трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) из твердого C3AH6 и растворенного в воде гипса сопровождается увеличением твердой фазы (по сравнению с C3AH6) примерно в 4,76 раза. Это вызывает возникновение сильных напряжений в цементном камне, приводящих к нарушению его структуры, деформациям и снижению прочности.

5. Маг­незиальная коррозия (II), подразделяемая на собственно маг­незиальную, вызываемую    действием    катионов магния при отсутствии в воде ионов SO4 и сульфатно-магнези­альную, происходящую в цементном камне при совмест­ном действии на него ионов Mg2+ и .

Магнезиальная кор­розия цементного камня наступает под действи­ем на них растворимых солей магния, кроме MgSO4. В этом случае между гидроксидом кальция цементного кам­ня и, например, хлористым магнием происходит реакция по схеме:

Ca(OH)2 + MgCl2 = CaCI2 + Mg(OH)2,

вызывая разрушение цементного камня.

              В случае сульфатно-магнезиальной коррозии реакция идет по схеме:

Ca(OH)2 + MgSO4 + 2H2O = CaSO4*2H2O + Mg(OH)2.

Влияние на цементный камень растворов хлоридов натрия, калия и кальция (но не аммония) при умерен­ных их концентрациях не сказывается отрицательно, од­нако растворы СаС12 высокой концентрации действуют агрессивно. 

Области применения БТЦ.

БТЦ в настоящее время широко применяются в промышленности. Они повышают марку бетона, что приводит к уменьшению массы изделий и экономии бетона на 8 – 30 %, стали – до 15 % и снижению стоимости изделий – на 3 – 15 %. При использовании БТЦ появляется реальная возможность сократить производственный цикл, увеличить оборачиваемость форм.

БТЦ целесообразно применять при изготовлении высокопрочных, обычных и преднапряженных железобетонных изделий и конструкций. Это дает возможность значительно сократить потребность в металлических формах.[3]

Применение БТЦ в строительстве имеет исключительно важное значение. Они позволяют отказаться от самого длительного и дорогого процесса – тепловлажностной обработки железобетонных изделий на заводах, требующей значительного расхода топлива и больших производственных площадей для размещения тепловых установок (камер, котельных установок и др.). Они позволяют особенно эффективно решать проблемы возведения зданий и сооружений из монолитного бетона с применением скользящих и переставных опалубок.

При их использовании значительно экономичнее должны решаться задачи зимнего бетонирования. Предпосылкой для этого является то обстоятельство, что бетоны на БТЦ уже через 4 – 10 ч твердения при 10 – 15 оС могут набирать до 30 – 50 % марочной прочности. Как известно, последующее замерзание бетона почти не отражается на конечной его прочности после оттаивания.

1.4. Сырьевые  материалы для   производства  продукта:

вещественный, химический          и минералогический состав.

Показатели качества сырьевых      материалов.

Правила      приемки,      маркировки, транспортирования и

хранения сырьевых материалов.

              Для производства цементов применяют портландцементный клинкер, минеральные добавки, указанные в таблицах 1 и 2, гипс или другие материалы, содержащие сульфат кальция, для регулирования сроков схватывания. В цемент могут быть введены специальные добавки для регулирования отдельных строительно-технических свойств цемента и технологические добавки для улучшения процесса помола и (или) облегчения транспортирования цемента по трубопроводам.

ПЦ клинкер.

              Химический состав  ПЦ клинкера. ПЦ клинкер обычно получают в виде спекшихся  мелких и более крупных гранул и кусков размером до 10 – 20 или до 50 – 60 мм в зависимости от типа печи.

              Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широких пределах. Главные оксиды цементного клинкера – оксид кальция CaO, двуоксид кремния SiO2, оксиды алюминия Al2O3, железа Fe2O3, суммарное содержание которых 95 – 97 %. Кроме них в состав клинкера в виде различных соединений в небольших количествах могут входить оксиды магния MgO, серный ангидрит SO3, двуоксид титана TiO2, оксиды хрома Cr2O3, марганца Mn2O3, щелочи Na2O и K2O, фосфорный ангидрит P2O5 и др. Содержание этих оксидов в клинкере колеблется в пределах, указанных в таблице 3.

Таблица 3 [2]

О качестве клинкера в определенной степени можно судить по дан­ным его химического анализа. Химический анализ готового портланд­цемента не является показательным, так как введенные при помоле добавки изменяют его состав.

При анализе клинкера определяют не только общее количество от­дельных оксидов, но и степень связывания СаО и SiO2, т. е. узнают, сколько СаО и SiO2 осталось в свободном состоянии.

Как уже указывалось, первым по содержанию и значению является СаО. Чем больше в цементе СаО, тем более высокопрочным и быстротвердеющим он будет. Однако обязательное условие получения высококачественного клинкера — полное связывание СаО кислотными оксидами. СаО, остающийся в свободном состоянии, вызывает неравномерность изменения объема, поскольку при обжиге клинкера в результате высокой температуры он получается намертво обожженным и не га­сится при затворении цемента водой, а гидратируется в уже за твердеющем цементе, вызывая появление опасных напряжений. Цементы с повышенным содержанием СаО во время твердения выделяют большое количество теплоты, обладают пониженной водостойкостью.

Кремнезем - одна из важнейших составных частей клинкера. Он связывает СаО в силикаты, способные к гидравлическому твердению. Увеличенное содержание SiO2 в клинкере ведет к замедлению схватывания и твердения. Однако цементы с повышенным содержанием SiO2, обладают высокой прочностью поздние сроки твердения. При их гидратации выделяется умеренное количество теплоты, они отличаются повышенными водо- и сульфатостойкостью.

Глинозем - основном компонент алюминатов, повышение его содержания обусловливает быстрое схватывание и ускоренное твердение (Rcж. 3 суток).

Fe2O3 служит плавнем и улучшает спекание клинкера, а также является красящим оксидом. Цементы с высоким содержанием Fe2O3 и малым содержанием глинозема характеризуются повышенной сульфатостойкостью.

MgO нежелательная примесь в клинкере. Источник этого оксида — доломитизированные известняки. Поскольку клинкер обжигается при 1450 °С, значительное количество MgO при обычном химическом соста­ве клинкера получается в виде намертво обожженного периклаза, который гидратируется в уже затвердевшем цементе, вызывая снижение прочности и даже разрушение его. По ГОСТ 10178 - 85 портландцемент должен содержать не более 5 % MgO.

ТiО2 попадает в клинкер из глинистого сырья, его содержание в клинкере редко превышает 0,3 %. Этот оксид — полезный компонент клинкера, способствует улучшению его кристаллизации.

Mn2O3 содержится в клинкере в заметных количествах лишь тогда, когда в сырьевую смесь вводят вместо глинистого компонента доменный шлак.

Cr2O3 также может попадать в клинкер при использовании в каче­стве сырья различных вторичных продуктов. В количестве 0,1 - 0,3 %,  он является легирующей добавкой, увеличивает скорость твердения в начальные сроки, в количестве 1 - 2 % - замедляет интенсивность роста прочности.

              Ангидрид серной кислоты SO3 необходим для регулирования сроков схватывания.

Фосфорный ангидрид P2O5  и оксид хрома Cr2O3 оказывают легирующее действие на клинкер, увеличивая интенсивность твердения цемента в первые сроки и повышая его конечную прочность. [2]

Минералогический состав клинкера. Основными фазами портландцементного клинкера являются алит (C3S), белит (C2S), трехкалъциевый алюминат (С3А) и алюмоферрит (C4AF).

Основными минералами цементного  клинкера   явля­ются алит ЗСаО*SiO или   C3S   и  белит 2CaO*SiO2  или C2S. 

Алит — важнейший клинкерный минерал-силикат, оп­ределяющий высокую прочность, быстроту твердения и ряд других свойств портландцемента. В клинкере он со­держится обычно в количестве 45—60%.

Алит является твердым раствором наиболее насыщенного известью соединения в системе СаО – SiO2. Чистый С3S плавиться инконгруентно при 2070 оС. Ниже температуры 1250 оС  С3S нестабилен и разлагается на СаО и 2СаО* SiO2. Термодинамический расчет энергии Гиббса ∆G показывает, что С3S → С2S +CaO протекает при температуре более 1000 оС, скорость ее с повышением температуры сначала возрастает, а потом снижается. 

Максимальная скорость разложения чистого минерала наблюдается при 1100 °С, а минерала с добавками — при 1200 °С. Особенно ускоря­ют процесс ионы F-, а также СаSO4. Частичное разложение C3S про­исходит и в цементном клинкере. При  этом возникают свободные валент­ные связи и появляются дополнительные вакансии в решетке, что по­вышает гидравлическую активность. В интервале 20—1100 °С чистый С3S существует в шести полиморфных модификациях:

Температура, °С          600       920      980      990     1050

Модификация            Т1 ↔   Т11 ↔ Т111 ↔ М1  ↔ М11   ↔ R

Алит ПЦ клинкера является твердым раствором, содержащим ионы Mg2+, A13+, Fe3+ и некоторые другие. Количество MgO в алите зависит от температуры и не превышает 2,2%. Mg2+ всегда замещает Са2+ в октаэдрических позициях.

Предельное содержание А13О3 в алите — до 1,7 %.  Если концен­трация А12О3 невелика, то ионы А13+ замещают ионы Si4+ и для обеспе­чения электронейтральности один из четырех ионов А13+ размещается в октаэдрической пустоте решетки:

Если концентрация  A12O3 больше 0,45 %, то происходит гетеровалентный изоморфизм с одновременным замещением Si4+ + Ca2+: