63.Физико-химические процессы при обжиге сырья при получении п/ц

Обжиг производится во вращающихся печах (горизонтальных), а при сухом способе возможно в шахтных (вертикальных).

Сырьё в печи проходит 6 зон.

1- зона подогрева и сушки(зона испарения) t увеличивается от 70 до 200°, происходит высушивание смеси, подсушенный материал комкуется, а при вращении печи комья распадаются на более мелкие гранулы;

2- зона испарения химически связанной воды(зона подогрева)t увеличивается от 200 до 700°,сгорают органические примеси, удаляется кристаллохимическая вода и образуется безводный каолинит Al2O3*2SiO2;

3- зона декарбонизации(кальцинирования) t=700-1100°, её протяжённость 20% длины печи, завершается процесс диссоциации карбонатных солей Ca и Mg, появляется значительное кол-во свободного оксида Ca.

4- зона экзотермических реакций t=1100-1250°, протяжённость 5-7% длины печи, проходят твёрдофазовые реакции образования C2S, C3A,C4AF. При этом выделяется большое кол-во теплоты и повышается температура материала на 150-200°

5- зона спекания(образования алита) t изменяется 1300-1450-1300°, протяженность 10-15% длины печи. При t=1300° образуется расплав в кол-ве 20-30% объёма обжигаемой массы из относительно легкоплавких материалов C3A,C4AF , а также MgO и легкоплавких примесей. При t=1450° на зёрнах клинкера появляется жидкая фаза, в которой растворяются C2S и CaO. В этом расплаве происходит насыщение C2S с образованием C3S. Алит плохо растворяется в расплаве и вследствие этого выделяется из него в виде мелких кристаллов, что приводит к дальнейшему растворению в расплаве C2S и CaO. Процесс образования алита длится 15-20 мин. За счёт вращения печи мелкие частички слипаются в гранулы. Уменьшение температуры до 1300° вызывает кристаллизацию из расплава C3A,C4AF и MgO, которая заканчивается в зоне охлаждения;

6-зона охлаждения(t=1300-1100).Полностью формируются структура и состав клинкера: C3S, C2S, C3A,C4AF ,MgO, стекловидная фаза и второстепенные составляющие.

Получаемый клинкер – гранулы серого, зеленоватого цвета, размером 4-25мм.

64.Хим и минер. состав п\ц

Химический состав: Примерный химический состав портландцемента в % следующий: СаО—60—67; SiO2—17—25; А12О3—3—8; Fe2O3—0,5—6; MgO-0,1-4; щелочей —0,4—1,3; SO3—1—3.

Минералогический состав: Хорошо обожженный клинкер не должен содержать свободных оксидов кальция и оксидов магния, т.к. они приводят к растрескиванию уже затвердевшего бетона.

Исследования цементного клинкера под микроскопом показывают, что в нем преобладают кристаллы алита и белита, между которыми размещается промежуточное вещество, состоящее из алюминатов и алюмоферритов кальция в кристаллической форме, а также незакристаллизованного стекла и оставшихся в свободном состоянии СаО и MgO.

Трехкальциевый силикат (алит) — главный минерал цементного клинкера — обладает большой активностью в реакции с водой, особенно в начальные сроки (величина тепловыделения к 3 сут достигает примерно 2/з от тепловыделения при полной гидратации). Алит быстро твердеет и набирает высокую прочность.

Двухкальциевый силикат (белит) значительно менее активен, чем алит. Тепловыделение белита при полной гидратации примерно в 2 раза меньше, чем у алита, и к 3 сут составляет около 10 % от тепловыделения при полной гидратации. Твердение белита происходит медленно. К месячному сроку продукт его твердения обладает сравнительно невысокой прочностью, но при длительном твердении (несколько лет) в благоприятных условиях (при положительной температуре и влажной среде) его прочность неуклонно возрастает.

Трехкальциевый алюминат — самый активный клинкерный минерал, отличающийся быстрым взаимодействием с водой. Его тепловыделение при полной гидратации почти в 2 раза больше, чем у алита, а за 3 сут составляет не менее 80 % от общего тепловыделения. Однако продукт его твердения имеет повышенную пористость, низкие прочность и долговечность. Быстрое твердение С3А вызывает раннее структурообразование в цементном тесте и сильно ускоряет сроки схватывания (всего до нескольких минут). Если не ввести добавку гипса, то получается цемент «быстряк», бетонные смеси на котором из-за преждевременного схватывания не успевают хорошо перемешать и уложить в форму.

Четырехкальциевый алюмоферрит характеризуется умеренным тепловыделением и по быстроте твердения занимает промежуточное положение между трехкальцие-вым и двухкальциевым силикатами. Прочность продуктов его гидратации в ранние сроки ниже, чем у алита,-и несколько выше, чем у белита.

 Нежелательными составными частями клинкера являются свободные оксиды кальция и магния. Их вредное влияние проявляется в том, что они гидратируются очень медленно в уже затвердевшем цементе (см. с. 133). Содержание свободных СаО и MgO в клинкере допускается соответственно не более 1 и 5 %