Портландцемент

При виробництві портландцементу застосовують різноманітні сировинні матеріали, одні з яких йдуть безпосередньо на виробництво клінкеру, другі ж ,у вигляді добавок, додаються при помелі клінкеру.

Основними сировинними матеріалами являються карбонатні і глинисті гірські породи. Наряду з природними сировинними матеріалами , широко застосовуються і штучні матеріали (відходи промисловості). Крім того, у виробництві портландцементу використовують різноманітні корегуючи матеріали.

Вміст карбонатного компоненту у цементній сировинній суміші досягає75-80%. Вміст глинистих порід у сировинній суміші – 20-25%.

Карбонатні породи – вапняк черепашник, вапняковий туф, мергель (не має хімічної формули, бо це – агломерат); крейда (вміст СаСО₃ у крейді складає 96-98%).

Глинисті породи – глини( хімічний склад легкоплавких глин – SiO₂- 70-80%, Al₂O₃ – 5-15%, Fe₂O₃ – 3-13%; може мати домішки, в невеликих кількостях CaO і MgO) ;суглинки, глинисті сланці, льос,

Побічні продукти і відходи промисловості – доменні шлаки (хімічний склад – SiO₂ – 36-40%, CaO – 42-44%, Al₂O₃ – 5-15%) ; паливний попіл (складається на 80-90% з оксиду кремнію, алюмінію, залізі, кальцію, магнію); нефеліновий (белітовий) шлам (складається з беліту ( CaO ● SiO₂), який заміняє глиняний компонент у сировинній суміші і на 50% вапняковий). Побічні продукти підприємств інших галузей промисловості можуть заміняти частково або повністю, у складі сировинної суміші, карбонатний або глиняний компонент.

Мінералізатори - ці речовини приймають участь в утворенні клінкерних мінералів при випалі і самі частково входять у її склад – плавиковий шпат (CaF₂ для прискорення процесу випалу клінкера); фосфогіпс (відхід виробництва фосфорної кислоти , додають до шламу для інтенсифікації процесу випалу або як замінник гіпсу, при помелу цементу).

Корегуючи добавки – вводять у сировинну суміш для корегування її хімічного складу – піритні випалки, колошниковий пил доменних печей (добавки, що містять залізо); мало залізисті глини, боксити, каоліни(глиноземні добавки); кварцові піски, опоки, трепел (кремнеземні добавки); сульфітно- дріжжєва бражка, сульфітно- спиртову барда(для зниження вологості шламу.

Добавки при помелі цементу – вводять у клінкер під час його помелу, їх кількість може досягати 80% від ваги клінкеру. Бувають природні (осадові-діатоміти, трепел, опока, глієжі; вивержені – вулканічний попіл, пемза, туф тощо); штучні.

Схема отримання цементу

Клінкер

Гіпс

Шлак Цемент

+ + =

Хімічний склад клінкера виражається процентним вмістом оксидів, що у процесі випалу беруть участь у реакціях мінералоутворення цементного клінкера. Так, цементний клінкер містить: СаО –63-66%, SiО₂ – 21-24%, Al₂О₃ – 4-8%, Fe₂O₃ – 2-4%.

Мінералогічний склад клінкера включає такі мінерали:

Аліт – 3СаОSiО₂, визначає швидкість твердіння, характеристики міцності майбутнього цементного каменю. Вміст у клінкері – 45-60%.

Беліт – 2СаОSiО_2, твердіє повільно, але забезпечує високу міцність при тривалому твердінні. Вміст у клінкері – 20-30%.

Трьох кальцієвий алюмінат – 3СаОAl₂О₃, активно вступає у взаємодію з водою. Підвищений вміст цього мінералу в складі цементу є причиною сульфатної корозії. Вміст у клінкері – 4-12%.

Чотирьох кальцієвий алюмоферит – 3СаОAl₂О₃, по швидкості твердіння займає проміжне положення між алітом і белітом. Вміст у клінкері – 10-20 %.

До складу цементної суміші, при помелі, можуть додавати різноманітні компоненти (добавки), для набування ним визначених якостей. Залежно від кількості клінкеру, шлаку і гіпсу , визначають марку цементу. Чим менша кількість клінкеру у готовому цементі, тим нижче його марка.

Марка матеріалу (М) – межа міцності на стискування (для цементу – зразок 40х40х160), суміш 1:3, витримка - 28 діб), кг/см².