3.5. Портландцемент.

Портландцемент – це гідравлічна в’яжуча речовина, яка отримується шляхом сумісного тонкого помелу клінкеру, необхідної кількості гіпсу та інших добавок, що твердіє на повітрі і у воді.

Портланцементний клінкер – продукт спікання сировинної суміші певного хімічного складу, що забезпечує після випалювання переважання силікатів кальцію.

Згідно державного стандарту, який діє на Україні (ДСТУ БД 27-46-96) цементизагальнобудівельного призначення поділяють на 5 типів за речовинним складом і міцністю на стиск у 28 добовому віці.

Тип І – портландцемент (0...5 % мінеральних добавок), марки 300,400, 500, 550, 600.

Тип ІІ – портландцемент з добавками (6...35% мінеральних добавок), марки 300, 400, 500 , 550, 600.

Тип ІІІ – шлакопортландцемент (36...80% доменного гранульованого шлаку), марки 300, 400, 500.

Тип ІV – пуцолановий цемент (21...55% мінеральних добавок) марки 300, 400, 500.

Тип V – композиційний цемент (36...80% мінеральних добавок) марки 300, 400, 500.

Хімічний склад клінкеру: СаО – 63 ... 66% , - 21..24%, - 4..8%, - 2..4%, - 0,5...5% , - 0,3...1%, - 0,4...1%, - 0,2...0,5%.

У процесі випалювання до спікання утворюється чотири основних мінерали цементного клінкеру: трикальцієвий силікат (аліт) — 45...60%, двокальцієвий силікат (біліт) – 20...30%, трикальцієвий алюмінат - 4...14%, чотирикальцієвийалюмоферит (целіт) – 10..18%.

Виробництво портландцементу полягає у приготуванні сировинної суміші, її випалювання до скіпання в клінкер, його помел із гіпсом, мінеральними та іншими добавками. Залежно від способу приготування сировинної суміші розрізняють три способи виробництва портландцементу: мокрий, сухий та комбінований.

Мокрий спосіб підготовки сировинної маси (рис. 4) доцільно застосовувати, якщо сировина має значну вологість. Вихідні компоненти подрібнюють і змішують з великою кількістю води (36…42% від маси сухої речовини), утворюючи масу у вигляді суспензії (шлам).

Глину переробляють на водну суспензію в глинобовтанках, а звідти дозують у кульовий млин, куди після подрібнення і дозування надходить вапняк, а також коригуючі добавки. Із млинів шлам подають у шламбасейни, де коригують і усереднюють його склад, а звідти – в обертову піч на випалювання.

Мокрий спосіб дає змогу знизити енергоємність процесу подрібнення, полегшити транспортування й перемішування сировинної суміші, проте витрата палива на її випалювання в печі в 1,5...2 рази більша ніж при сухому способі.

Сухий спосіб підготовки (рис. 5) полягає в подрібненні та ретельному перемішуванні сухих або попередньо висушених сировинних матеріалів. Подрібнення в млинах вапняку та глини поєднують із сушінням до їх остаточної вологості 1…2 % відхідними газами печей. Із млинів сировина надходить у силоси, де коригують її склад і створюють потрібний технологічний запас для безперебійної роботи печей. Сухий спосіб найвигідніший, якщо використовують вапно і глину невеликої вологості (10…15%), однорідного складу й структуру, завдяки чому вдається отримати однорідну сировинну суміш.

Комбінований спосіб передбачає підготовку сировинної суміші для випалювання у вигляді гранул. Шлаки обезводнюють до вологості 16..18 % і переробляють на гранули. Реалізація цього способу порівняно із мокрим дає можливість економити 20..30% палива.

Випалювання є вирішальною технологічною операцією при виробництві портландцементу. Сировинну суміш до утворення цементного клінкеру випалюють, як правило, в обертових печах (рис. 6) температурі 1300...1450С.

О бертові печі дають змогу випалювати сировину, підготовлену сухим та мокрими способами. Обертова піч має вигляд довгого, встановленого похило, сталевого циліндра (барабану), що обертається з вогнетривким футеруванням усередині. Довжина печей може бути 60…95 м, для сухого способу, або 150..230 м для мокрого способу, а діаметр 5…7 м.

Після випалу, виходячи із печі, клінкер інтенсивно охолоджується до 100...200С у барабанних рекуператорах та холодильниках. Із холодильників клінкер надходить на склад, де його витримують протягом 1…2 тижнів для гашення решти вільного вапна та його карбонізації.

Цементний клінкер після охолодження та витримування надходить на помел, що здійснюється у трубних кульових млинах (рис. 7), броньованих із середини твердими сталевими плитами й розділених дірчастими перегородками на кілька камер. Матеріал у таких млинах подрібнюють сталевими кулями (у камерах грубого помелу) або сталевими циліндрами. При помелі можуть вводитись спеціальні поверхнево-активні добавки для інтенсифікації подрібнення або надання цементу спеціальних властивостей.

Із млинів цемент пневмотранспортом направляють на зберігання в силоси – залізобетонні ємкості діаметром 8...15 м, висотою 25…30 м. У силосах цемент повністю охолоджується після помелу, а звідти завантажують його у спеціальні криті залізничні вагони, цистерни, автоцементовози або упаковують у багатошарові паперові мішки.