Портландцемент

Прочие разновидностипортландцемента. Пластифицированный портландцемент предназначается дляизготовлени монолитного бетона гидротехнических сооружений, а так же длядорожных и аэродромных покрытий. Он отличается повышенной морозостойкостью,достигаемой за счет введения при помоле клинкера 0.15-0.25% пластифицирующейповерхностноактивной добавки от веса цемента в пересчете на сухое вещество.

 Гидрофобный портландцемент обладает пониженной гидроскопичностью.Это свойство придается цементу путем введения при помоле клинкерагидрофобизирующих поверхностно-активных добавок( асидола, мылонафта,асидола-мылонафта, олеиновой кислоты или окисленного петролатума) в количестве0.06-0.3%. Цемент гидрофобизируют обычно в тех случаях, когда его необходимотранспортировать на дальние расстояния по водным магистралям.

 Портландцемент для производства асбестоцементных изделий получаютиз клинкера с пониженным содержанием С3А. введение каких-либо добавок, кромегипса, не допускается. Для более быстрого нарастания прочности асбестоцементныхизделий в первые часы после их изготовления цемент измалывают более тонко.

 Пуццолановые портландцементы предназначены для бетонных ижелезобетонных сооружений, подвергающихся воздействию пресных вод.Приготовляются они из клинкера обычного минералогического состава собязательным введением при его помоле не менее 25-40% добавок вулканическогопроисхождения, не менее 20% и не более 30% осадочного происхождения.

 Сульфатостойкий пуццолановый портландцемент предназначен дляподводных и подземных бетонных и железобетонных сооружений, работающих вусловиях постоянного воздействия сульфатных агрессивных вод. Сульфатостойкостьдостигается за счет понижения в клинкере содержания С3А до величины, непревышающей 8%. Содержание добавок вулканического происхождения должно быть неменее 25% и не более 40%, а осадочного происхождения – не менее 20% и не более30%.

 Шлакопортландцементы предназначены для бетонных и железобетонныхнадземных и подводных сооружений, подвергающихся воздействию пресных вод.Приготовляются они путём совместного или раздельного помола клинкера обычногоминералогического состава и 30-60% доменного гранулированного шлака. Шлакопортландцементпри твердении выделяет значительно меньше гидрата окиси кальция, чемпортландцемент, и поэтому он обладает более высокой водостойкостью ихарактеризуется меньшей теплотой гидратации.

 Магнезиальный шлакопортландцемент получают на основе клинкера сповышенным содержанием MgO (до 10%) и применяют для надземныхбетонных и железобетонных сооружений. Добавка гранулированного доменного шлакав магнезиальный щлакопортландцемент разрешается в количестве 30-50 %.

 К разновидностям портландцемента относится так же рудный илижелезистый портландцемент. В нем совершенно отсутствуют алюминаты кальция,поэтому он отличается повышенной сульфатостойкостью и кислотостойкостью изамедленным нарастанием механической прочности в первые сроки твердения.

 СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВАПОРТЛАНДЦЕМЕНТА.

 Основными сырьевыми материалами для производства портландцементаявляются широко распространенные в природе осадочные известняковые горныепороды с высоким содержанием углекислого кальция (СаСО ) и глинистые породы свысоким содержанием кремнезёма (SiO ), глинозема (Al O )и окиси железа (Fe O ).

 К известняковым породам, применяемым в цементной промышленностиРоссии, относятся известняки, мел, известковый туф, известняк-ракушечник и др.Все эти материалы представляют собой первый, так называемый известковыйкомпонент сырьевой смеси.

 К глинистым породам относится глина, глинистые сланцы, лёсс и др.;они составляют второй компонент сырьевой смеси – глинистый.

 Решение вопроса о пригодности сырьевых материалов для изготовленияпортландцемента и о выборе способа производства принимается на основевсестороннего изучения химического и минералогического составов сырья иисследования его физико-механических свойств.

 Наличие в известковом компоненте большого количества включенийкварца или кремниевых прослоек осложняет и удорожает подготовку сырьевой смеси,а так же неблагоприятно отражается на процессе обжига и качества цемента.Известняки с крупными кремниевыми включениями требуют предварительногообогащения.

 Сырьевые материалы с высоким содержанием гипса или пирита дляпроизводства портландцемента не применяются, так как серного ангидрида всырьевой смеси должно быть не больше 2%, с тем чтобы его содержание в клинкерене превышало 3%. Превышение этого предела может привести к получению цемента снеравномерным изменением объема в процессе его твердения.

 До последнего времени известняки с высоким содержанием окисимагния для производства портландцемента не применялись. Согласно ГОСТ 10178-62содержание MgO в клинкере не должно превышать 5%. Чтобы обеспечить этоусловие, суммарное содержание MgO в смеси должнобыть не более 3-3.5%. Такое ограничение вызвано тем, что окись магния,находящаяся в клинкере в виде минерала периклаза, в процессе твердения цементагидратируется медленно, с увеличением в объёме, что с течением времени прибольшом содержании MgO в цементе может привести кразрушению раствора и бетона.

 В 1958г. Был введен в эксплуатацию Ангарский цементный завод,который в качестве известкового компонента использовал в первые годы его работымагнезиальный мраморовидный кристаллический известняк, в качестве глинистогокомпонента – золу газогенераторной станции химического завода и глинистыеотходы, скопившиеся в террикониках при добыче черемховского угля. Из этогосырья получался клинкер с содержанием MgO, весьмажесткие автоклавные испытания цемента на равномерность изменения объема далиположительные результаты. Это первый завод в Советском Союзе, который выпускалв течение ряда лет портландцемент с повышенным содержанием MgO.

 До последнего времени считалось, что содержание в клинкерефосфорного ангидрида PO не должно превышать одного процента,так как предполагалось, что он отрицательно влияет на прочностныехарактеристики цемента. Однако исследованиями русских ученых Н. А. Торопова,А.И. Борисенко, английского ученого Р.У. Нерса и других установлено, что приправильном подборе минералогического состава клинкера содержание P O в нем можетдостигать без ухудшения свойств цемента 2-2.5%, а при особенно благоприятныхусловиях - и более. Минералогический состав клинкера должен быть рассчитантаким образом, чтобы весь P O вошел в состав твердого раствора с C S. Необходимодобиться отсутствия в клинкере Р О в виде растворимых в воде фосфатов, сильнозамедляющих процесс твердения цемента и снижающих его механическую прочность.

 Источником щелочей в клинкере являются обычно глинистые материалы,содержащие остатки полевого шпата, слюды, иллиты, и др. Применение глинистыхматериалов с высоким содержанием щелочей не желательно, так как использованиедля изготовление бетона цемента с повышенном количеством щелочей (Na O и K O) в сочетании сзаполнителями, имеющими аморфные видоизменения кремнезёма, может привести черезизвестный период времени к разрушению бетонных сооружений.

 К наиболее реакционноспособным горным породам и минераламотносятся опал, халцедон, андезит, риолит, тридимит, а так же кристобалит,кварцевое стекло и некоторые филлиты. При использовании подобных заполнителейсуммарное содержание щелочей в цементе ( в пересчете на Na O) не должнопревышать 0.6%.

 Повышенное содержание щелочей в сырье нарушает нормальное ведениетехнологического процесса, в особенности при сухом способе производства, о чемподробно говорится ниже.

 Кроме перечисленных выше природных сырьевых материалов, дляизготовления портландцемента могут быть использованы отходы других отраслейпромышленности: черной и цветной металлургии, газосланцевой промышленности,производства синтетического каучука и др. Так как эти отходы уже подвергалисьтермической обработке, то применение их значительно улучшаеттехнико-экономические показатели работы завода по сравнению с обычнымисырьевыми материалами.

 Крупными научными исследованиями, проведенными институтами БАМИ,Гипроцемент, Гипрохим и др., установлены возможность и условия использованияследующих отходов:

 нефелинового или белитового шлама – отхода, получаемого припроизводстве глинозема из нефелитовых концентратов;

 кислого гранулированного доменного шлака, отхода чернойметаллургии;

 сланцевого кокса – отхода газосланцевых заводов, перерабатывающихгорючие сланцы на газ;

 газогенераторной золы – отхода газогенераторной станции,перерабатывающей горючие сланцы на жидкие продукты перегонки;

 газогенераторной золы – отхода газогенераторной станции, перерабатывающихтвердое топливо на ряд химических продуктов.

 Сырьевая смесь надлежащего химического состава может быть полученаиз двух компонентов – известкового и глинистого – лишь при особо благоприятномих составе и высокой однородности.

 Последнее время в связи с повышением требований к качеству цементаи с увеличением удельного веса высокомарочных цементов заводы всё чаще работаютс применением трехкомпанентной и даже четырехкомпанентной смеси. В этом случаесырьевую смесь для получения клинкера заданного минералогического состававводят в так называемые корректирующие добавки.

 Для повышения содержания в сырьевой смеси окислов железа в неёвводят различные железосодержащие добавки: пиритные огарки (отходы сернокислогопроизводства), колошниковую пыль (отход металлургического производства),железную руду и т. п. При получении клинкеров из отходов алюминиевойпромышленности для повышения содержания окиси алюминия вводят бокситы.

 Активность минеральных добавок чаще всего оценивается по ихспособности поглощать известь из водного известкового раствора и набухать приэтом. В качестве активных добавок могут быть использованы основные и кислыедоменные шлаки коксовой плавки литейного, передельных. В последние годыустановлена возможность применения для этой цели так же доменных шлаковспециальных марганцевых чугунов.

 Пригодность доменного шлака для использования в качестве активнойдобавки определяется его химическим и минералогическим составом, структурой игидравлическими свойствами. Обычно используют гранулированные доменные шлаки,то есть шлаки, полученные путем искусственного быстрого охлаждения шлаковогорасплава, выходящего из доменной печи. Быстрое охлаждение придает шлакугидравлические свойства. В состав доменных шлаков обычно входят окислы KО, SiO , Al O , MgOи Fe O сернистыесоединения CaS, MnS и FeS.

 СПОСОБЫ ПРИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА.

 Существует несколько способов производства портландцемента:

1.            сухой

2.            мокрый

3.            полусухой

4.            комбинированный

 Выбор способа производства зависит от особенностей приготовлениясырьевой смеси. Два основных способа производства портландцемента – мокрый исухой ; они различаются по характеру переработки сырьевых материалов, а так жепо физическим свойствам сырьевой смеси, поступающей     на обжиг.

 При производстве портландцемента мокрым способом применяютследующую технологическую схему. Поступающий из карьера твердый известняк сразмерами кусков до 1 м подвергается двух- или трехстадийному дроблению вдробилках с доведением кусков до 8-10 мм. Поступающую из карьера глину сразмерами кусков до 500 мм измельчают в вальцовых дробилках до кусков размером0-100 мм, а затем отмучивают в болтушках. Получаемый глиняный шлам с влажностью60-70 % подают в сырьевую мельницу где он размалывается совместно сраздробленным известняком. При использовании мягкого известкового компонента(мел, известковый туф и др.) технологическая схема меняется. Мел, раздробленныйв вальцовых дробилках вместе с глиной, отмучивается в болтушках, а затемподвергается размолу в мельнице.

 Полученный шлам, влажность которого находится в пределах 32-40%,центробежными насосами транспортируется в вертикальные шламовые бассейны, гдеон корректируется. Это необходимо для того, чтобы обеспечить постоянствозаданного заводской лабораторией химического состава шлама. Откорректированныйшлам поступает из вертикальных бассейнов в горизонтальные, где и хранится доподачи в печь для обжига. В вертикальных бассейнах шлам перемешивается сжатымвоздухом, а в горизонтальных – механическим путем и сжатым воздухом. Перемешиваниепредотвращает возможность осаждения шлама и позволяет достичь полной егогомогенизации. При использовании сырьевых компонентов, имеющих постоянныйхимический состав корректирование шлама производят не в вертикальных, анепосредственно в горизонтальных бассейнах большой емкости. Обжиг шлама наклинкер осуществляется во вращающихся печах. Полученный клинкер охлаждается вхолодильниках, дробится и подается транспортерами в бункеры цементных мельницдля помола или же направляется на хранение механизированных в механизированныйшихтовальный двор. Здесь складируются также гидравлические добавки и гипс,которые по мере надобности подаются в бункеры цементных мельниц для совместногопомола с клинкером. Твердое топливо для обжига шлама поступает с шихтовальню дворав дробилку, затем в сепараторные мельницы для одновременной сушки и помола.Приготовленный угольный порошок поступает для сжигания в печь при использованиигазообразного или жидкого топлива схема упрощается, так как в этом случаесооружение топливоподготовительного отделения не требуется.

 Полученный портландцемент транспортируется из мельницпневматическим путем в силосы для хранения. После определения качества цементачасть его поступает в упаковочную машину. Здесь он автоматически насыпается вбумажные мешки, которые затем отгружаются с завода железнодорожным,автомобильным или водным транспортом. Остальную часть цемента отправляютнавалом в специальных железнодорожных вагонах или в контейнерах цементовозах.

 При производстве портландцемента сухим способом применят следующуютехнологическую схему. Поступающие из карьера известняк и глину с низкойвлажностью после дробления направляются в сырьевую сепараторную мельницу дляодновременного помола и сушки. Полученная сухая сырьевая смесь транспортируетсяпневматическими установками к смесительным силосам, в которых перемешиваютсясжатым воздухом и корректируются. При использовании пластичного глинистогокомпонента сырьевая мука из силосов направляется в смесительные шнеки, гдеувлажняется 8-10% воды. Затем эта масса поступает на грануляторы, кудаодновременно подается добавочная вода. Здесь происходит образование прочныхгранул с влажностью 12-14%, поступающих затем в печь на обжиг. При непластичномглинистом компоненте сырьевая мука транспортируется в питательные дозаторы печинепосредственно из смесительных силосов.