Портландцемент и свойства его компонентов
Портландцемент – важнейшее и наиболее распространенное гидравлическое вяжущее вещество, для которого основным сырьем для производства служит известняк(мел) и глина, подобранные в соотношении примерно 3:1(в весовых частях).
Свойства цемента определяются в основном его химическим, минералогическим составом. Портландцементный клинкер имеет следующий минералогический состав:
- трехкальциевый силикат (алит) 3CaO·SіO2 40-65%;
- двухкальциевый силикат (белит) 2CaO·SіO2 15-40%;
- трехкальциевый алюминат 3СаО·А12О3 5–15%;
- четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО·Аl2O3• Fe 2О3 5- 15%;
- окись кальция до 1%.
Таким образом, изменяя количественное содержание клинкерных минералов, можно изменять определенные свойства цемента.
Твердение портландцемента после смешивания его с водой — сложный физико-химический процесс. Образовавшееся пластичное цементное тесто через несколько часов начинает загустевать(схватываться), а затем твердеть с постепенным нарастанием механической прочности цементного камня. Процесс твердения цементного камня продолжается несколько лет и его можно разделить на три периода.
Первый период – взаимодействие клинкерных материалов с водой с образованием гидратных соединений по реакциям: 3CaO·SiO2 +5Н2О =2СаО •SiO2•4Н2О+Са(ОН)2; 2CaO·SiO2 +4Н2О =2СаО·SiO2·4H2O: 3СаО·А12О3 +6Н2О =3СаО·А12О3·6Н 2О; 4CaO·A12O3·Fe2O3 + 6H2O = 4CaO·A12O3·Fe2O3·6H2O.
Второй период — коллоидационный. Из-за низкой растворимости гидратных соединений раствор оказывается перенасыщенным, и они начинают выделяться в коллоидном состоянии. При сближении между коллоидными частичками проявляются силы межмолекулярного взаимодействия, цементное тесто теряет подвижность, начинается его схватывание.
Третий период — кристаллизационный. В это время гидрат окиси кальция Са(ОН)2и трехкальциевый гидроалюминат3СаО•А12О3•6Н2О из коллоидного состояния переходят в кристаллическое. Кристаллы срастаются между собой, образуя прочный кристаллический сросток, пронизывающий коллоидную массу, состоящую главным образом из двухкальциевого гидросиликата 2CaO·SiO2·4H2O. Со временем прочность кристаллического сростка увеличивается, так как из него постепенно удаляется вода, поэтому прочность цементного камня спустя несколько лет в несколько раз превышает марочную.
Производство портландцемента. Природным сырьем, пригодным для получения портландцемента, являются известняковые мергели, известняки, мел, ракушечник, известняковый туф и глинистые горные породы, которые должны содержать около 75-78% известняка и 22-25% глины. В зависимости от способа подготовки сырьевой смеси различают следующие способы производства портландцемента:
- мокрый;
- сухой;
- комбинированный.
При мокром способе (помол и смешивание сырья проводят в присутствии воды до получения однородного 60% шлама) сырье дробят и размалывают без дополнительной подсушки. Весьма часто помол осуществляют с добавлением воды, глину размешивают в специальных емкостях - болтушках. Смесь готовят тщательным перемешиванием жидких молотых смесей в шламбассейнах. В этом случае подготовленная смесь - цементный шлам - содержит до 40 % и более воды.
При сухом способе (материалы измельчают, подсушивают и смешивают в сухом виде) тонкое измельчение исходного сырья - помол - осуществляют в сухом состоянии. Тщательное смешивание производят в специальных смесителях.
Правила приемки цементов. Цемент отгружают и принимают партиями. Размер партии устанавливают в пределах от 300 до 4000 т в зависимости от годовой мощности цементного завода.
Завод производит паспортизацию цемента и назначает его марку на основании данных текущего контроля производства. В паспорте указывается: полное название цемента, его гарантированная марка, вид и количество добавки, нормальная густота цементного теста, средняя активность цемента при пропаривании. Для проверки качества отгружаемой продукции поставщик производит физические и механические испытания цемента, определяя его прочность в возрасте 3 и 28 сут. По требованию потребителя поставщик сообщает потребителю результаты физико-механических и химических испытаний цемента в 10-дневный срок после их окончания.
Цемент отгружают навалом или в бумажных многослойных мешках; массу мешка указывают на упаковке. При транспортировании и хранении цемент должен защищаться от воздействия влаги и загрязнения. Цементы хранят раздельно по видам и маркам, смешивание разных цементов не допускается.