17. Шлакопортландцемент. Особенности технологии производства. Требования к доменным шлакам как компонентам шпц. Рациональное применение шпц.
Шлакопортландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного помола портландцементного клинкера и доменного гранулированного шлака или тщательным смешением в сухом виде тех же раздельно измельченных материалов.
Содержание шлака в готовом продукте (по массе) может колебаться в пределах 30-60%. Допускается замена части шлака активными минеральными добавками (не более 15%). При помоле цемента добавляют гипс в количестве, необходимом для регулирования сроков схватывания, с тем, однако, чтобы содержание SO3 в шлакопортландцементе было не более 3,5%.
Технология получения шлакопортландцемента такая же, как и пуццоланового портландцемента. Обычно при изготовлении портландцементной сырьевой смеси по сухому способу глину здесь заменяют шлаком, что весьма выгодно. Шлаки содержат в основном те же окислы, что и портландцемент, но в другом количественном соотношении. В отличие от портландцемента, в них меньше окиси кальция и больше кремнезема и глинозема. Следовательно, при добавке известняка, вводящего в сырьевую смесь окись кальция, можно получить портландцементный клинкер. Выход клинкера получается большим потому, что шлак не содержит гидратной воды, а известковый компонент в нем уже свободен от углекислоты. Кроме того, известняка, дающего большую потерю при прокаливании, добавляют меньше, так как шлак содержит значительно больше окиси кальция, чем глина. Применение шлака в качестве сырья к тому же дает значительную экономию топлива и повышает производительность печи. Следует отметить, что шлак поступает в производство подготовленным для подачи на помол, тогда как глину приходится предварительно добывать и подготавливать.
Таким образом, в производстве шлакопортландцемента доменный шлак можно применять в качестве
глинистого компонента, при получении портландцементного клинкера и как гидравлический компонент при помоле шлакопортландцемента.
К химическому составу шлака, применяемого для изготовления клинкера, предъявляют те же требования, что и к составу других: видов сырья. Содержание в клинкере MgO, SO3, MnO и др. не должно превышать допустимых величин. Особое внимание следует обращать на количество МnО. Если ее больше 3%, то это вредно влияет на футеровку и снижает качество клинкера.
Для производства клинкера можно использовать как гранулированный, так и негранулированный шлак, так как в этом случае имеют значение главным образом химический состав, а не физическая структура шлака. Однако применение неграиулированного шлака значительно усложняет процесс производства. Та часть основных шлаков, которую добавляют после обжига, должна быть обязательно гранулированной.
При твердении шлакопортландцемента в первую очередь реагирует с водой портландцемент. Выделяющийся при этом гидрат окиси кальция образует насыщенный раствор и действует как щелочной активизатор алюминатной и силикатной части шлака, в результате чего протекает их гидратация, и образуются сначала гидроалюминаты, а затем и гидросиликаты кальция. Добавляемый к шлакопортландцементу гипс ускоряет его твердение, так как, переходя в раствор, действует как сульфатный активизатор твердения шлака. Соединяясь с растворимым в воде алюминатом кальция, гипс образует гидросульфоалюминат кальция. Это соединение получается в данном случае не за счет затвердевшего гидроалюмината кальция и потому не оказывает вредного влияния на твердеющий цемент, а, наоборот, способствует созданию твердого камневидного тела. Если гипс в портландцементе замедляет схватывание, то в шлакопортландцементе он выступает и в роли регулятора процесса схватывания портландцемента и активизатора твердения шлака. Гидрат окиси кальция и гипс являются активизаторами твердения шлака при воздействии воды в первый период гидратации шлаковых зерен. В дальнейшем они непосредственно реагируют со шлаковыми составляющими и водой, образуя типичные для шлаковых вяжущих новообразования: гидрогеленит и гидрогранаты. При твердении шлакопортландцемента образуются гидросиликаты меньшей основности, чем при твердении портландцемента.
Шлакопортландцемент — медленно твердеющее вяжущее. Понижение температуры еще более замедляет его твердение. Чтобы ускорить его, рекомендуется применять клинкер с повышенным содержанием трехкалыцевого силиката и алюмината и шлаки с более высоким количеством: глинозема Повышенные температуры при условии достаточной влажности значительно ускоряют твердение, что делает весьма эффективной тепловлажностную обработку твердеющего шлакопортландцемента (пропаривание в камерах и запаривание в автоклавах).
Шлакопортландцемент размалывают примерно до такой же тонкости помола, что и портландцемент. На практике следует стремиться к возможно более тонкому помолу, так как это ускоряет твердение и повышает прочность цемента, причем увеличение тонкости помола для шлакопортландцемента относительно более эффективно, чем для портландцемента Возможен совместный и двухстадийный помол шлакопортландцемента. В нервом случае несколько менее твердый шлак измельчается тоньше, чем портландцементный клинкер. Двухстадийный помол создает условия для более тонкого измельчения клинкерной части цемента, что улучшает его свойства, но усложняет производство и повышает расход электроэнергии.
Ускорить твердение шлакопортландцемента можно, вводя и ускорители твердения СаСI2, Са(NОз)2, BaCl2 и др.
Преждевременное высыхание вредно влияет на твердение шлакопортланд-цемента. Поэтому рекомендуется выдерживать его, как и описанные ранее пуццолановые вяжущие, длительное время во влажной среде.
Шлакопортландцемент более устойчив по отношению к минерализованным водам, чем портландцемент. Это объясняется меньшим содержанием выделяющегося при твердении портландцемента гидрата окиси кальция, который вступает в реакцию с растворенными в минерализованных водах солями, а также образованием в шлакопортландцементе гидросиликатов меньшей основности.
Количество тепла, выделяющегося при твердении шлакопортландцемента, меньше, чем при твердении портландцемента. Это позволяет эффективно применять его в массивных сооружениях.
Морозостойкость шлакопортландцемента достаточно удовлетворительная. Однако в зоне переменного уровня воды при попеременном замораживании и оттаивании, а также увлажнении и высыхании он уступает в этом отношении портландцементу. Шлакопортландцемент обладает примерно такой же воздухостойкостью, как и обычный портландцемент. Объемные деформации: его при твердении (усадка и набухание) меньше, чем у портландцемента. Водопотребность и водоотделение примерно одинаковы. Сцепление растворов и бетонов на шлакопортландцементе с железной арматурой сохранность ее в них примерно такие же, как и при использовании
растворов и бетонов на портландцементе.
Плотность шлакопортландцемента в зависимости от содержания шлака колеблется в пределах 2800-3000 кг/м3.
Объемная масса шлакопортландцемента в рыхлом состоянии 900—1200 кг/м3, а в уплотненном 1400—1800 кг/м3. Начало схватывания по стандарту должно быть не ранее 45 мин, а конец не позднее 12 ч. Шлакопортландцемент должен равномерно изменяться в объеме.
Марки шлакопортландцемента по ГОСТ 10178 – 62: 200, 300, 400, 500. Предел прочности при изгибе должен быть соответственно не менее: 3,5; 4,5; 5,5; 6 МПа.
Быстротвердеющий шлакопортландцемент отличается более интенсивным по сравнению с обычным шлакопортландцементом нарастанием прочности в начальный период твердения. Предел прочности при сжатии этого цемента через 3 суток должен быть не менее 20 и через 28 суток 40 МПа. Содержание шлака в быстротвердеющем портландцементе 30—50%. Клинкер для его производства обычно состоит из 55-65% C3S и --10% СзА. Суммарное содержание C3S и СзА составляет 65—75%. Вяжущее размалывают до удельной поверхности 3500-4500 см 2/т. Предпочтительнее двухстадийный помол или помол в сепараторных мельницах.
Наряду с тем, что введение шлака в качестве компонента сырьевой смеси вызывает снижение расхода топлива, добавка шлака к готовому клинкеру дает еще более значительную экономию топлива, так как шлак не требует обжига, а поступает в помол после сушилки. В ведение в состав цемента шлака при совместном помоле его с клинкером уменьшает расход рабочей силы и затраты на текущий ремонт, сокращает капиталовложения на строительство заводов и т. д. В итоге себестоимость шлакопортландцемента ниже, чем портландцемента. То же можно сказать и о других цементах, изготовляемых на основе доменных шлаков.
Шлакопортландцемент применяют для бетонных и железобетонных подземных, наземных и подводных сооружений, подвергающихся действию пресных и минерализованных вод, а также для внутримассивного бетона гидротехнических сооружений. Шлакопортландцемент более низких марок может быть использован для строительных растворов, а более высоких марок – для производства сборных бетонных и железобетонных конструкций с применением тепловлажностной обработки. Не рекомендуется использовать шлакопортландцемент для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию или увлажнению и высыханию, а также для производства строительных работ при сниженных температурах, (ниже +10°С) без искусственного обогрева за исключением массивных сооружений.
Шлакопортландцемент содержит от 21 до 80 % шлака, получается путем совместного помола клинкераи гранулированного доменного шлака.
Кк=1,25 – III сорт шлака
Кк>1,65 – I сорт шлака
Кк=1,2-1,65 требования к доменному шлаку для ШПЦ.
Шлак, как правило, поставляется влажным. Особенностью производства ШПЦ является то, что шлак надо высушить. Сушка производится в барабанных сушках и сушилках кипящего слоя. После сушки охлажденный шлак с гипсом подается в клинкерные мельницы. Желательно, чтобы шлак был мельче измельчен, чем клинкер. Лучше молоть шлак отдельно. Свойства ШПЦ: марки 300. 400. 500. ШПЦ менее активен, плохо набирает прочность в ранние сроки. Особенно плохо твердеет при пониженных температурах. Высокое преимущество в энерго и ресурсосбережении.
ШПЦ сильнее, чем ПЦ активируется при пропарке, имеет повышенную водостойкость, сульфатостойкость, пониженную морозостойкость. Лучше использовать высокоалитовый клинкер. Шлакопортландцемент можно применять в железобетонных конструкциях, для бетонных камней и полов, для растворов, предназначенных для каменной кладки и штукатурки. Быстро твердеющий ШПЦ, марки 400 является разновидностью ШПЦ и отличается большим содержанием в клинкере C3S и С3А и более высокой тонкостью помола. Применяется в производстве сборного железобетона. ШПЦ связывает Са(ОН)2 и поэтому бетоны на его основе более стойки в коррозионной среде (за исключением некоторых видов коррозии)