Классификация, основные свойства и назначение минеральных вяжущих материалов

Строительными минеральными вяжущими веществами называ­ются порошкообразные материалы, которые при смешивании с во­дой образуют пластичную удобообрабатываемую массу, способную под влиянием физико-химических процессов самопроизвольно затвердевать и превращаться в прочное камневидное тело.

Это свойство вяжущих веществ широко используют при приго­товлении строительных растворов, в производстве безобжиговых искусственных каменных материалов и изделий, бетонов и железо-бетонов, при возведении гидротехнических сооружений, в дорож­ном строительстве. Основным показателем свойств вяжущих веществ является их механическая прочность после затвердевания.

Минеральные вяжущие вещества по способности затвердевать и сохранять прочность на воздухе или в воде подразделяют на воз­душные и гидравлические.

Воздушные вяжущие вещества после смешивания с водой твердеют, прочность получающегося камня сохраняется или повышается только на воздухе. Поэтому такие вяжущие при­меняют при возведении надземных сооружений, не подвергающихся действию воды.

Гидравлические вяжущие вещества обладают эти­ми свойствами не только на воздухе, но и в воде, их применяют в надземных, подземных, гидротехнических и других сооружениях.

К воздушным вяжущим веществам относятся: воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие, кислотоупорные це­менты, жидкое стекло — силикат натрия или калия (в виде водного раствора), к гидравлическим — портландцемент и его разновид­ности, глиноземистый цемент, пуццолановые и шлаковые цементы, гидравлическая известь и романцемент.

Основными характеристиками вяжущих веществ являются нор­мальная густота теста, скорость схватывания и механическая проч­ность после затвердения, тонкость помола

Св-ва: 1) мин.в-ва легко затвердевают.,2) легко превращаются в твердое камневидное тело

69. Технология производства портландцемента по сухому и мокрому способу.

Портландцемент представляет собой продукт тонкого измельче­ния цементного клинкера, получаемого в результате обжига до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в цементе силикатов кальция. Это гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее на воздухе и в воде.

В зависимости от метода приготовления сырьевой смеси раз­личают мокрый и сухой способы производства портландцемента.

По мокрому способу сырьевые материалы, достав­ляемые из карьера на завод, подвергают предварительному из­мельчению до крупности частиц не более 5 мм: твердые породы (известняк) — в щековых или валковых дробилках, мягкие компоненты (мел, глину) — перемешиванием с водой в бассейнах-глино-болтушках. Болтушка представляет собой круглый железобетонный резервуар диаметром 5...10 м и высотой 2,5...3,5 м, футерованный чугунными плитами. Вокруг вертикальной оси в нем вращается крестовина с подвешенными к ней на цепях стальными граблями для измельчения кусков глины. Полученный глиняный шлам, или суспензия, выпускается через отверстие с сеткой и перекачивается в трубную мельницу, куда непрерывно подается дробленый известняк или меловой шлам.

Материал, подаваемый с одного конца мельницы, постепенно перемещается к другому и измельчается перекатывающимися стальными шарами истиранием или ударом. Тонкоизмельченный материал в виде сметанообразной массы, (шлама влажностью 35...45%) подается насосом в шламбассейны, представляющие собой железобетонные или стальные резервуары цилиндрической формы. В них окончательно корректируется химический состав шлама и создается некоторый запас последнего для обеспечения бесперебойной работы печи.

Обжиг сырьевой смеси производится в специальных вращаю­щихся печах из листовой стали. Вращающиеся печи работают по принципу противотока. Сырье­вая смесь подается в печь со стороны ее верхнего (холодного) конца, а топливно-воздушная смесь вдувается со стороны нижнего (горячего). Поток газа движется навстречу материалу и нагревает последний до требуемой температуры. Для обеспечения перемеще­ния материала барабан печи установлен с наклоном 3...4 % и вра­щается со скоростью 1 об/мин. В нижней части печи, где про­исходит горение топлива, развивается высокая температура, обеспечивающая спекание цементного клинкера. Сырьевая смесь, поступающая в печь, медленно перемещаясь вдоль барабана, проходит шесть зон.

В зоне испарения (до 200 °С) испаряется свободная вода, про­исходит высушивание сырьевой смеси, подсушенный материал комкуется.

Дальнейшее высушивание смеси, выгорание органических при­месей, начало дегидратации глины — удаления химически связан­ной воды, разрушение глинистых минералов происходит в зоне подогрева (200...700 °С). В третьей зоне — зоне декарбонизации (700...1100 °С) —за­вершается процесс диссоциации карбонатных солей кальция и маг­ния. Появляются значительные выделения свободного оксида каль­ция. Термическая диссоциация СаСОз — эндотермический процесс, поэтому потребление теплоты в третьей зоне печи наибольшее. В этой же зоне происходит распад дегидратированных глинистых минералов «а оксиды SiO2, А12Оз, Ре2Оз, которые вступают в хими­ческое взаимодействие с СаО.

В зоне экзотермических реакций (1100...1300 °С) идет процесс образования основных клинкерных минералов (2CaO-SiO2, ЗСаО-А12О3, 4СаО-А12О3-Ре2О3).

При температуре 1300...1450 °С в зоне спекания в образую­щейся жидкой фазе происходит образование главного минерала клинкера — алита (3CaO-SiO2).

В зоне охлаждения раскаленный клинкер охлаждается в колос­никовых холодильниках до температуры 50...200 °С и в виде мелких камнеподобных зерен — гранул темно-серого или зеленовато-серо­го цвета — направляется на склад. На складе клинкер вылежива­ется две недели. При этом свободная известь гасится влагой, содер­жащейся в воздухе, по реакции: CaO-t-H2O->-Ca(OH) +Q-В процессе гашения извести выделяется большое количество теп­лоты и клинкер становится более рыхлым, что облегчает его помол. Измельчение клинкера (помол) производится в трубных много­камерных мельницах. Добавки измельчаются вместе с клинкером (совместный помол) или раздельно и затем смешиваются с клин­керным материалом. Готовый портландцемент пневматически транспортируется в силосы для охлаждения. Затем его расфасовы­вают (по 50 кг) в многослойные бумажные мешки, внутренний слой которых пропитан битумом, или загружают в специально оборудованные автомобильные (цементовозы), железнодорожные или водные транспортные средства. В настоящее время в мировой практике наметилась тенденция к переводу предприятий, работающих по мокрому способу произ­водства цемента, на сухой с установкой мощных вращающихся печей.

Сухой способ производства цемента отличается тем, что сырьевые материалы влажностью менее 10 % после предваритель­ного дробления сразу измельчаются в шаровых мельницах. Полу­ченные порошкообразные компоненты тщательно смешиваются в смесителях и после корректирования и усреднения до заданного химического состава смесь подается во вращающуюся печь на обжиг.

Каждый из способов производства цемента имеет свои достоин­ства и недостатки. Так, при мокром способе в присутствии воды облегчается измельчение материалов, проще достигается однород­ность смеси, надежнее и удобнее транспортировка шлама, лучше санитарно-гигиенические условия труда. Но при этом расход теп­лоты на обжиг смеси на 30...40 % больше, чем при сухом способе, необходима большая рабочая вместимость печи, так как в ней происходит испарение воды из шлама.

Основным преимуществом сухого способа производства цемен­та является снижение расхода теплоты на обжиг клинкера (до 3,4...5 МДж/кг по сравнению с 5,8...6,7 МДж/кг при мокром спо­собе). Однако усложняется процесс корректировки состава шихты, усложняется оборудование, повышается расход электроэнергии и т. п. При этом необходимо решать вопросы охраны окружающей среды. В целом по технико-экономическим показателям сухой спо­соб значительно превосходит мокрый: капитальные затраты на сооружение завода на 5...10 % меньше, чем завода той же мощ­ности, работающего по мокрому способу; за счет экономии топлива снижаются на 2,5...5 % годовые эксплуатационные затраты