Строительный портландцемент

Портландцементом (ГОСТ 10178–85) называется гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе и представляющее собой продукт тонкого помола клинкера. Клинкер получают в результате обжига до спекания, искусственной сырьевой смеси, состав которой обеспечивает преобладающее содержание в клинкере силикатов кальция (70 – 80 %).

Состав портландцемента от полуфабриката-клинкера отличается, так как при помоле к нему добавляется гипс, чтобы замедлить сроки схватывания и улучшить некоторые свойства. Содержание гипса ограничивается допустимым общим содержанием в портландцементе ангидрида серной кислоты (SO₃ ), которое на ГОСТ 10178–62 должно быть не менее 1,5 и не более

3,5%. Кроме того, допускается введение при помоле в состав портландцемента, без изменения его наименования, до 15% активных минеральных добавок или гранулированных доменных шлаков. В состав портландцемента вводят и небольшое количество (до 1%) некоторых добавок для интенсификации процесса помола и улучшения отдельных свойств готового продукта. Однако свойства портландцемента при одной и той же удельной поверхности определяются главным образом составом клинкера, а не добавок; последние могут лишь несколько влиять на них.

Состав портландцемента клинкера характеризуется:

1. Содержанием отдельных окислов;
2. Соотношениями между главнейшими окислами, выражающимися различными коэффициентами и модулями, и
3. Содержанием клинкерообразующих соединений – клинкерных материалов.

Сырье для производства цемента.

Для получения портландцемента применяют, главным образом, карбонатные и глинистые породы. Кроме того, в качестве сырьевых материалов можно использовать и другие природные виды сырья, а также искусственные материалы, получаемые в виде отходов тех или иных производств. К ним основные и кислые доменные шлаки, отход, получаемый при производстве глинозема, белитовый (нефелиновый) шлам, отходы от переработки горючих сланцев, зола и др. Помимо основных сырьевых материалов в производстве портландцемента используют и различные корректирующие добавки.

Карбонатные породы.

Для производства портландцемента можно применять различные виды карбонатных пород, как–то: известняк, мел, известковый туф, известняк – ракушечник, мергелистый известняк, мергель и т. п. Во всех этих горных породах наряду с углекислым кальцием, главным образом в виде кальцита, желательно тонкодисперсного, могут содержаться примеси глинистых веществ, доломита, кремнезема, гипса и ряда других. Глину в производстве портландцемента всегда добавляют к известняку, поэтому примесь в нем глинистых веществ желательна. Примеси доломита и гипса в больших количествах вредны. Содержание MgO и SO₃ в известковых породах должно быть ограничено. Кварцевые зерна затрудняют производственный процесс.

Глинистые породы.

Из глинистых пород используют обычно глину, суглинок, глинистый сланец, мергелистую глину, лесс, лессовидный суглинок. Глины характеризуются значительным содержанием тонких частиц размером менее 0,001 мм. Они состоят из глинистого вещества и примесей. Первое представляет собой либо один глинистый минерал (мономинеральные глины), либо смесь различных минералов (полиминеральные глины). Глинистое вещество – это в основном гидроалюмосиликаты m Al₂ O₃ * n SiO₂ * p H₂ O, где значения коэффициентов при окислах для отдельных глинистых минералов различны. В кристаллическую решетку гидроалюмосиликатов могут также входить K, Na, Mg, Ca, Fe.

Известен ряд групп глинистых минералов: каолинитовая Al₂ O₃ * 2SiO₂ *

2H₂ O, галлуазитовая Al₂O₃ * 2SiO₂ * 4H₂O, монтмориллонитовая Al₂O₃ *

3 – 5 SiO₂ * n H₂O, монотермитовая 0,2 К₂О * Al₂O₃ * 3SiO₂ 1,5H₂O

(вместо калия в монотермит могут входить Na, Mg, Ca), гидрослюды – в виде железистых соединений, кварца. Карбонатов кальция и магния, гипса, полевого шпата и ряда других веществ.

Сырьем для производства портландцемента служат различные виды глин, поскольку обычно используют глины, залегающие вблизи месторождения карбонатных материалов. Чаще других применяют гидрослюдистые и монтмориллонитовые глины, реже каолинитовые и др.

Глинистые породы содержат нужные производства портландцемента кислотные окислы SiO₂ , Al₂O₃ и Fe₂O₃ , в известняках находится основной окисел СаО. Главным признаком пригодности глины для производства портландцемента, являются значения ее силикатного и глиноземного модулей, которые определяют величину этих модулей в портландцементе, так как карбонатный компонент сырьевой смеси обычно содержит немного глинистых примесей.

Карбонатное и глинистое (алюмосиликатное) сырье должно быть, возможно, более однородным по составу и структуре, не содержать включений крупных зерен кварца и других обломочных пород, затрудняющих помол сырья и трудно усваиваемых в процессе обжига.

Белитовый шлам.

Получаемый в виде отхода при производстве из нефелинов глинозема белитовый (нефелиновый) шлам по составу занимает промежуточное положение между портландцементом и основным доменным шлаком. Белитовый шлам полностью заменяет глинистый компонент и в значительной степени карбонатный. Он поступает на завод в тонкоизмельченном виде, что сокращает затраты на помол сырья. Белитовый шлам по сравнению с известняком представляет собой декарбонизированный материал, содержащий до 85% двухкальциевого силиката, что значительно облегчает обжиг, увеличивает производительность печей и снижает расход топлива.

Корректирующие добавки.

В качестве добавок, корректирующих значения силикатного и глиноземного модулей, применяют различные материалы. Чтобы увеличить содержание в сырьевой смеси Fe₂ O₃ , используют колчеданные огарки, колошниковую пыль, железную руду. Обе эти добавки богаты окисью железа.

Для повышения содержания SiO₂ употребляют трепел, диатомит, опоку, маршалит, кварцевый песок, а для повышения содержания Al₂O₃ – боксит и богатые глиноземом маложелезистые глины. Чаще всего используют железосодержащие корректирующие добавки.

Существует три основных способа производства цемента: мокрый, сухой и комбинированный.

 

Марка цемента	Предел прочности через 28 суток МПа
	При изгибе	При сжатии
400	5.5	40
500	6.0	50
550	6.2	55
600	6.5	60