Составы, хар-ки и классификация пца.

Гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением ПЦного клинкера с гипсом, а иногда со спец-ными добавками. Клинкер получают обжигом тонкодисперсной однородной сырьевой смеси до спекания. Сырьевая смесь содержит известняк, глину, а также другие материалы: мергель или шлаки, лесс или золы и др. Получают клинкер после обжига в виде спекшихся гранул размером 10-20 и до 50-60 мм в диаметре, в зависимости от типа печи. Гипс вводят для регулирования сроков схватывания. Можно вводить в Цы до 20% шлаков без изменения названия, если шлаков 21-80% - это уже ШПЦ. Спец-ные добавки в Це – до 1%. АМД осадочные – до 10%, другие до 15%. По микроструктуре клинкер – сложная тонкозернистая смесь многих кристаллических фаз и небольшого количества стекловидной фазы. Основные марки ПЦ: 400, 500, 550, 600. Химический состав клинкера – колеблется в сравнительно широких пределах. Вне обозначенных пределов вяжущие свойства ПЦ – клинкера ухудшаются за счет образования инертных фаз. Сод-ние оксидов в клинкере (хим состав): СаО-60-67, Аl₂O₃-3-8, SiO₂-17-25, Fe₂O₃-0,2-6, Кроме этого в незначительных количествах могут входить: MgO – 0,5-5%; SO₃ – 0,3-1%, Na₂O+K₂O – 0,4-1%; TiO₂+CrO₃ – 0,2-0,5%; P₂O₅ – 0,1-0,3%; Mn₂O₃ может быть до 2%. Основными минералами яв-ся алит 3СаО·SiO₂ (С₃S)в количестве 45-60% определяет высокую прочность, быстроту твердевания. Белит 2СаО· SiO₂ (C₂S) 20-30% отличается медленным твердением, но обеспечивает достижение высокой прочности при длител тверден ПЦ. Трехкальциевый алюминат 3СаО· Аl₂O₃ (С₃А) 3-15%. Целит (алюмоферрит) 4СаО· Аl₂O₃· Fe₂O₃ (С₄АF) 10-20%. Алит C₃S (40-75%) - важнейший клинкер минерал, определяющий все основные свойства. На прочность и другие свойства ПЦ влияют форма кристаллов, их размеры, распределение по величине и степень закристаллизованности. Три полиморфные формы: чистый C₃S – триклинная, в Цах – моноклинная, тригональная. Белит bC₂S (5-25%) – второй основной минерал ПЦ-клинкера, отличается медленным твердением, обеспечивает достижение высокой прочности при длительном твердении ПЦ имеет 4 полиморфные формы в Цах (a, a’, b и g) C₃A (2-15%) - C₃A + C₅A₃ отвечает за начальную прочность и схватывание, но понижается Мрз и сульфотостойкость. Кристаллы в кубической системе в виде шестиугольников и прямоугольников. C₄AF (5-20%) (алюмоферрит или целит) – С₆А₂F, С₆АF₂ и С₂F. Разного состава твердая фаза, но по своему составу близки к C₄AF. С повышенным сод-нием C₃S и C₃A – твердеют особо быстро ПЦ; с высоким сод-нием С₂S₄ и C₄AF – твердение медленно, но при твердении выделяют мало теплоты. Влияние химического состава на свойства клинкера С повышением СаО (в сумме с кислыми окислами) – повышается скорость твердения, обуславливает высокую конечную прочность, но снижается водостойкость. С повышением SiO₂ – снижается скорость твердения в начале и повышается Rсж при длительном твердении, повышается водо – и сульфатостойкость. С повышением Al₂O₃ – ускоряется твердость в начальные сроки; снижается Мрз и водостойкость, сульфатостойкость. С повышением Fe₂O₃ – снижается tа спекания клинкера; при низком сод-нии Al₂O₃ (глинозем) как и SiO₂ – повышается сульфатостойкость. С повышением MgO – неравномерное изменение объема при тепловой обработке (ТВО – пропаривание) С повышением SО₃ – в виде гипса – кроме регулирования сроков схватывания ПЦ – неравномерное изменение объема. TiO₂ – способствует лучшей кристаллизации клинкера. Хар-ка ПЦ выражается через составы: 1) Вещественный – соот-ние масс ПЦ-клинкера, гипса и добавок с указанием их вида 2) Химический – сод-ние окислов 3) Фазовый (минералогический) – 4 основных минерала ПЦ-клинкера и минералы, входящие в состав добавок и гипса 4) Гранулометрический (фракционный) – показывает процентное сод-ние в ПЦ частиц разных фракций. Хар-ка клинкера: Качество Цного клинкера может быть охарактеризовано: 1) сод-нием отдельных окислов – химическим составом; 2) численными значениями модулей, выражающих соот-ние между количествами главных окислов, взятыми в %; 3) микроструктурой клинкера, размерами, формой кристаллов; 4) сод-нием основных клинкерных минералов. Хар-ка по модулям: 1. Модуль силикатный или кремнеземистый – n

n= ___ SiO₂___ = 1,7-3,5 - для обычного ПЦ

Al₂O₃+Fe₂O₃ 4 и > - для сульфатостойкого ПЦ. Определяют в Це отношение между минералами – силикатами и минералами – плавнями (алюмоферритной и алюминатной составляющей клинкера). Сырьевые смеси с высоким n спекаются труднее, чем с низким. 2. Глиноземный модуль

р= Al₂O₃ = 1-2,5 до 3,0

Fe₂O₃ При одинаковом n, легче спекаются смеси с низким р, т.к они содержат повышенное количество Fe₂O3 (t обжига снижается). Цы с высоким n и низким р наиболее стойки в сульфатных водах. Твердеют они медленно, но спустя длительное время характеризуется высокой прочностью. Цы с высоким р быстро схватываются и твердеют, но имеют пониженную конечную прочность. В.А. Кинд и В.Н. Юнг принимая, что при обжиге клинкера в первую очередь образуются C₂S, C₃А, C₄AF и СаSО₄ и лишь в последующем избыток СаО начинает связываться с C₂S, давая C₃S, предложили формулу для оценки соот-ния между главными окислами Цного клинкера

КН = СаО – 1,65 Al₂O₃ – 0,35 Fe₂

2,8 SiO₂ КН – коэффициент насыщения показывает отношение кол-ва СаО, связанного к кол-ву СаО для полного связывания SiO₂ в C₃S. Более высокие показатели КН свидетельствуют о повышенном сод-нии в клинкере C₃S, обуславливающие высокие показатели прочности Цов и скорости твердения. Минералогический состав клинкера по данным его хим.состава определяют по формулам В.А. Кинда: % C₃S = 3,8 SiO₂ (3КН – 2), где SiO₂ – сод-ние связанного кремнезема в клинкере, %; % С₂S = 8,6 SiO₂ (1-КН). Сод-ние минералов – плавней вычисляют в зависимости от значения глиноземистого модуля:

При р>0,64 : %С₄AF = 3,04Fe₂O₃ % С₃А = 2,65 (Al₂O₃- 0,64 Fe₂O₃)

При р≤0,64 : % C₄AF = 4,77 Al₂O₃ % С₃А = 1,7 (Fe₂O₃- 1,57A₂O₃)

Сод-ние % СаSО₄ расчитывают: % СаSО₄ = 1,7 SО₃

Для обычного пц: р = 0,9-1,6; n = 1,9-2,6; КН = 0,88-0,92

Минералогич.состав: С₃S = 45-60%; С2S = 20-30%; С₃А = 3-15%; C₄AF = 10-20% Причем С₃S + C₂S = 75-82% и С₃А + C₄AF = 18-25% Получить клинкер в произ-венных условиях с сод-нием минералов-плавней >25% и <18% - нежелательно трудно. В первом случае (>25%) необходимо применять легкоплавкие сырьевые смеси, что может вызвать сваривание клинкера в крупные куски и образование колец из сварившейся шихты на стенках вращ.печей, во втором случае – сырьевые смеси требуют повышенной tы обжига, что приводит к увеличению расхода топлива и снижению стойкости футеровки печи. Пц может иметь монадобластическую микроструктуру с четкой кристаллизацией алита и белита и равномерным распределением их в объеме клинкерных зерен. Такая структура получается при оптимальных условиях обжига смеси, характеризующейся минимальным сод-нием кварц. Зерен и высоким КН (дают Ц с Rсж на 10-12 МПа больше). Клинкеры с плохой кристаллизацией алита и белита и скоплением полей незакристаллизованных минералов имеют структуру, называемую гломеробластической. Такая структура образуется при обжиге смесей с пониженным КН, значительным сод-нием кварц. зерен. Классификация клинкеров и номенклатура ПЦ-в С.Д. Окороков в зависимости от сод-ния в клинкерах основных минералов, принимая сумму С₃S + C₂S = 75%, С₃А + C₄AF = 25%, предложил классификацию клинкеров

Клинкер	Сод-ние, %
С3S	С2S	C3А	C4AF
Алитовый	>60	<15	-	-
Нормальный (по сод-нию алита)	60-37,5	15-37,5	-	-
Белитовый	<37,5	>37,5	-	-
Нормальный (по сод-нию алюмината)	-	-	15-7	10-8
Алюминатный	-	-	>15	<10
Целитовый	-	-	<7	>18

Когда клинкер одновременно характеризуется повышенным сод-нием минерала-силиката (С3S, С2S) и того или иного минерала-плавня – его называют алитово-алюминатный, белитово-алюминатный и т.д. Если менять минеральный состав клинкеров и изготавливать на их основе Цы с различными добавками, то можно получить большую гамму гидравлических вяжущих с различными стр-ными свойствами. Выпускают: ПЦ без добавок и с активными минеральными добавками, БТЦ, ШПЦ, ППЦ, ПЦ с пластифицирующими и гидрофобными добавками, сульфатостойкий ПЦ, белые и цветные ПЦ. В США – Цы не по названию, а Цы типа I - V.