8. Портландцемент

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция. Его получают путем совместного тонкого измельчения, клин­кера с добавкой гипса.

Гипс добавляется к клинкеру для замедления сроков схватывания. Количество гипса выбирается в соответствии с минеральным составом клинкера. Клинкер-зернистый материал, получ.обжигом до спекания при t=1450 С сырьевой смеси, в кот преобладают углекислый кальций и алюмосиликаты.

Весьма ценным сырьем являются доменные шлаки. Приготовление сырьевой смеси осуществляется сухим, мокрым и комбинированным способами. Сухой способ заключается в измельчении и тесном смещении сухих материалов, поэтому сырьевая смесь получается в виде порошка, называемого сырьевой мукой. Мокрый способ применяют, если мягкое сырье имеет значительную влажность. Тонкое измельчение и смешение исходных материалов осуществляется в водной среде, поэтому сырьевая смесь получается в виде жидко-текучей массы,большой расход энергии.

Комбинир.способ даёт возможность на 20-30% уменьш.расход топлива по срав.с мокрым Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном в печах.

1. зона испарения происходит высушивание поступившего сырья при постепенном повышении температуры с 70-80°С.

2. зона подогрева –постепен. Нагрев. сырья с 200°С до 700°С. Происходит сгорание органич. Примесей,из глинистых минералов уд-ся кристалло-хим.вода и обр-ся калинитовый ангидрит Al2O3*SiO2

3. зона кальцинирования t 700°С до 1100°С, здесь завершается процесс диссоциации углекислых солей кальция и магния и появляется значительное количество свободного оксида кальция.

CaCO3=CaO+CO2

4. зона экзотермических реакций (1100–1250°С) проходят реакции образования ЗСаО*Аl₂Оз; 4СаО*А1₂0з*Fе₂0з и 2CaO*SiO2.

5. зона спекания (1300–1450°С)

1300С-обр-ся расплав из ЗСаО*Аl₂Оз ,4СаО*А1₂0з*Fе₂0з ,MgO

1450 в клинкерной ж-ти расплавляется 2CaO*SiO2 и СаО,обр-ся осн.минерал п/ц клинкера 3CaO*SiO2

6. В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300°С до 1000°С; здесь полностью формируется его структура и состав.

9. Клинкер

Минеральный состав клинкера выражает содержание в нем главных минералов

Для определения минерального состава используют раз­личные экспериментальные методы: оптическую и электриче­скую микроскопию, рентгеновский фазовый анализ и др.

Основными минералами клинкера являются: алит, белит, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит.

Алит ЗСаО • SiO₂ (или С₃S)—самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения и прочность портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45— 60%.

Алит представляет собой твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2—4%) МgО, А1₂Оз, Р₂ O₅, Сr₂О₃ и других примесей, которые могут существенно влиять на структуру и свойства.

Белит 2СаО • SiO₂ (или С₂S)—второй по важности и со­держанию (20—30%) силикатный минерал клинкера. Белит в клинкере представляет собой твердый раствор двухкальциевого силиката и небольшого количества (1—3%) А1₂О₃, Fе₂О₃, МgО, Сг₂О₃ и др.

Трехкальциевый алюминат ЗСаО•А1₂О₃ (или С₃А) в клин­кере содержится в количестве 4—12%.

Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО • А1₂О₃ • Fе₂О₃ (или С₄АF) в клинкере содержится в количестве 10—20%.

Оксид магния присутствует в свободном со­стоянии в виде кристаллов медленно гидратирующего мине­рала.При содержании оксида магния более 5% это может явиться при­чиной неравномерного изменения объема цемента при твер­дении.

Свободный оксид кальция (СаО_своб) находится в свеже­обожженном клинкере в виде зерен, его содержание не долж­но превышать 1%. При более высоком содержании СаОсвоб снижается качество цемента и может проявиться неравно­мерное изменение его объема при твердении, связанное с пе­реходом СаО в Са(ОН)₂.

Гидратация цементных минералов является экзотермиче­ским процессом

Наиболее быстро гидратирующимися минералами цемент­ного клинкера являются трехкальциевый алюминат и трехкальцйевый силикат. Эти же минералы отличаются высоким и быстрым тепловыделением. Медленная гидратация в на­чальный период — до 6 месяцев — происходит у двухкальциевого силиката.

Трехкальциевый силикат быстро твердеет и приобретает высокую прочность.

У двухкальциевого силиката в первые сроки твердения наблюдается замедленное нарастание прочности, и наоборот, в возрасте 3 и 6 месяцев имеет место достаточно интенсив­ный прирост ее. Трехкальциевый алюминат отличается очень быстрым ростом прочности в начальные сроки, но в дальней­шем она почти не изменяется. Повышение содержания четырехкальциевого алюмоферрита за счет С₃А несколько снижа­ет прочность в первые сроки твердения, обеспечивая в даль­нейшем устойчивое длительное нарастание прочности.