39.Физико-химические процессы, протекающие при обжиге сырья в производстве клинкера портландцемента.

Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при влажном способе производства осуществляется во вращающихся печах при t=1450оС. Печь представляет собой длинный, слегка наклоненный цилиндр длиной до 230м и диаметром 5-7м. Сырье занимает только часть печи, и при ее вращении медленно движется к нижнему концу, проходя различные температурные зоны: 1) В зоне испарения (t=200° С) протекают удаление воды из материала, его подсушка. 2) В зоне подогрева материал нагревается до 500-700оС;начинаются химические реакции, происходит разложение и выгорание органических веществ. Образуется коалинитовый ангидрит Al2O3*2SiO2. 3) В зоне декарбонизации температура материала повышается до 900-1100оC; происходит разложение карбоната кальция, распад глинистых минералов, появляется свободная известь. Образуются минералы 3СаО*Al2O3, СаО*Al2O3, 2CaO*SiO2 –белит. 4) В экзотермической зоне (t до 1300° С) скорость реакций увеличивается, образуется C2S,алюминаты и алюмоферриты (3СаО*Al2O3, 4СаО*Al2O3*Fe2O3). 5)При поступлении в зону спекания (t=1450° С) материал начинает частично расплавляться. Образуется главный минерал клинкера (алит - C3S) 3CaO*SiO2. 6) В зоне охлаждения температура снижается до 1000° С. Последующее охлаждение клинкера до температуры ~50 С происходит на выходе клинкера из печи, клинкер выдерживается на складе.Помол клинкера производится в трубных мельницах. ПЦ выдерживают до его охлаждения и гашения остатков свободного оксида кальция. Готовый ПЦ очень тонкий порошок темно-серого цвета.

40. Минеральный состав портландцементного клинкера, характеристики клинкерных минералов и их влияние на свойства портландцемента.

Химический состав клинкера выражают содержанием оксидов (% по массе). Главными являются: СаО-63-66%, SiO2-21-24%, Al2O3-4-8%, Fe2O3=2-4%, суммарное количество которых составляет 95-97%. В процессе обжига главные оксиды образуют силикаты, алюминаты, алюмоферрит кальция. Основными минералами клинкера являются: Алит 3CaO*SiO2(С3S)– главный минерал цементного клинкера, имеет большую активность в реакции с водой (в начальном сроке). Быстро твердеет и набирает высокую прочность, содержится в клинкере в количестве 45-60%. Белит 2CaO*SiO2 (C2S) менее активен, чем алит, второй по важности и содержанию (20-30%) минерал клинкера. Твердеет медленно. К месячному сроку его продукт обладает сравнительно невысокой прочностью. Трехкальциевый алюминат 3СаО*Al2O3(С3А). Самый активный; отличается быстрым взаимодействием с водой. Большое тепловыделение. Быстрое твердение порождает раннее структурное образование в цементном тесте и сильно ускоряет сроки схватывания (несколько минут). Если не ввести добавку гипса, то получится цемент «быстряк» - бетонная смесь, которая не успевает перемешаться и уложиться в форму. С3А из всех минералов наименее морозостойкий, содержание в клинкере 4-12%. Четырехкальциевый алюмоферрит4СаО*Al2O3*Fe2O3 обладает умеренным тепловыделением. Быстрота твердения занимает промежуточное положение между алитом и белитом. Прочность продуктов твердения (гидратация) в ранние сроки ниже, чем у алита и выше, чем у белита, содержится в количестве 10-20%. Содержание СаО и MgO не должно превышать соответственно 1 и 5%, иначе снижается качество цемента. Щелочи(Na2O, K2O) присутствуют в виде сульфатов, их содержание не должно превышать 0,6% из-за опасности растрескивания.