Тема: Гидравлические вяжущие вещества

Способностью к гидравлическому твердению обладают искусственно получаемые тонкоизмельченные вещества, состоящие в основном из соединений окиси кальция с кремнезёмом , глинозёмом и окислом железа .

Остальные вещества, входящие в состав гидравлических вяжущих (например, и ), содержатся в них в незначительном количестве.

Важнейшими соединениями, которые придают вяжущим веществам гидравлические свойства являются (силикаты кальция), (алюминаты кальция ), (ферриты кальция), а также комплексные соединения, например, (алюмоферрит кальция) и др.

Гидравлические вяжущие вещества получают двумя способами: обжигом горных пород или смешиванием извести с активными минеральными добавками.

Гидравлическая известь

Гидравлической известью называют вяжущее вещество, получаемое умеренным обжигом (не до спекания) мергелистых известняков, содержащих от 8 до 20 % глинистых примесей.

Эту известь получают обжигом сырья в шахтных печах при температуре около 900–1000 °С. При этом недожог снижает количество гидравлической извести. Для ускорения гашения продукт обжига в виде кусков размером 60–150 мм подвергают дроблению или помолу.

Составными частями гидравлической извести являются двухкальциевый силикат , однокальциевый алюминат , двухкальциевый феррит . В сырье содержатся остаточная окись кальция , не вошедшая в реакцию с кислотными окислами, окись магния и непрореагировавшие зерна кварца.

Если силикаты, алюминаты и ферриты кальция придают извести способность к гидравлическому твердению, то свободная окись кальция может твердеть только в воздухе. Чем больше содержится в извести свободной окиси кальция, тем меньше ее способность к гидравлическому твердению.

Для характеристики готового вяжущего обычно пользуются гидравлическим модулем, который выражается следующим отношением:

.

Для гидравлических известей этот модуль колеблется в пределах 1,7–9,0.

Различают два вида гидравлической извести: слабо-, и сильногидравлическую. К первому виду обычно относят известь с гидравлическим модулем 4,5–9,0, а ко второму – с модулем 1,7–4,5.

После смешивания с водой гидравлическая известь может твердеть только на воздухе, а затем она приобретает способность твердеть и в воде.

Гидравлическое твердение извести происходит в результате гидратации силикатов и ферритов кальция. Образующиеся при этом в коллоидном состоянии гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, переходя в кристаллическое состояние, уплотняют и упрочняют известковый камень.

Портландцемент

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество – продукт помола цементного клинкера, который получают путем обжига до спекания природного сырья или искусственной сырьевой смеси определенного состава, обеспечивающей в цементе преобладание силикатов кальция.

Для регулирования сроков схватывания этого цемента при помоле клинкера добавляют до 5 % гипса.

Основными технологическими операциями при производстве портландцемента являются следующие:

1) добыча сырья и приготовление сырьевой смеси;

2) обжиг сырьевой смеси и получение цементного клинкера;

3) помол цементного клинкера с добавками (до 15 % активной минеральной добавки).

Для получения портландцемента хорошего качества необходимо, чтобы содержание главнейших окислов в цементном клинкере колебалось в определенных пределах: –60–67 %, – 19–24 %, – 4–8 %, – 2–6 %.

Содержание в портландцементе допускается не более 5 %, а – в пределах 1,5–3,5 %).

Сырье, пригодное для получения портландцемента, должно иметь около 75–78 % и 22–25 % глины. Таким природным сырьем являются известковые мергели.

В зависимости от способа подготовки сырьевой смеси различают мокрый и сухой способы производства портландцемента. Выбор способа определяется, главным образом, качеством сырья. Если поступающее на завод сырье имеет значительные колебания химического состава, целесообразнее применять мокрый способ, при котором смесь лучше перемешается. Если же сырьевые материалы обладают высокой твердостью или сильно засорены каменистыми включениями, более экономичным будет сухой способ, так как помол твердого сырья на шаровых мельницах требует длительного времени и большого расхода электроэнергии.

Сырьевые материалы подвергают предварительному измельчению (до размеров не более 5 мм), перемешивают с водой в бассейнах-болтушках.

В бассейне получается густая сметанообразная масса с влажностью 35–40 %, называемая шламом. Затем шлам выпускают из бассейна и, смешивая с известняком, он поступает в трубные мельницы, где смесь подвергается окончательному тонкому измельчению.

Трубная мельница представляет собой стальной барабан длиной до 13 м, диаметром до 2,2–2,6 м, вращающийся вокруг горизонтальной оси и разделенный дырчатыми перегородками на 2–4 камеры. Материал поступает во вращающийся барабан через полую цапфу и, постепенно продвигаясь к другому концу мельницы, тонко измельчается стальными шарами и цилиндриками. Измельченный шлам вытекает из мельницы и при помощи насосов транспортируется в шлам-бассейны, где создается определенный запас и корректируются составные части шлама перед обжигом.

При мокром способе шлам поступает в верхнюю часть печи и нагревается в ней до 100 °С. Вода из шлама испаряется, масса высыхает и образуются крупные комья, которые затем распадаются на более мелкие. Медленно продвигаясь к факелу горения, комья материала попадают в зоны с возрастающей температурой. При этом выгорают органические вещества, дегидратируется каолинит, а при температуре около 800 °С начинает разлагаться углекислый кальций.

В зоне кальцинирования при температуре 1000–1100 °С разложение углекислого кальция полностью заканчивается, и выделяющаяся свободная известь начинает насыщать кремнезем и полуторные окислы. Все эти реакции при повышении температуры примерно до 1450 °С приводят к образованию следующих сложных соединений, носящих общее название клинкерных минералов:

– трехкальциевый силикат,

– двухкальциевый силикат,

– трехкальциевый алюминат,

– четырехкальциевый алюмоферрит.

Эти четыре соединения и служат основными частями цементного клинкера, причем силикаты кальция составляют 70–80 % от веса клинкера. В клинкере не должно быть свободной извести, так как она может вызвать вздутие и растрескивание затвердевшего цементного камня.

Полученный в результате обжига горячий цементный клинкер, выходя из печи, охлаждается в холодильниках и отправляется на склад для окончательного охлаждения и вылёживании перед помолом. После вылёживания цементный клинкер тонко размалывается в трубной мельнице совместно с добавками, и полученный цемент отправляют в силосы.