Портландцементный клинкер

Основные минералы, ко­торые может содержать портландцементный клинкер, даны в таблице 1:

Таблица 1 – Минералогический состав портландцементного клинкера

Материал	Область применения	Формула	Сокращенное обозначение
Трехкальциевый силикат (алит)		3CaO . SiО2	C3S
Двухкальциевый силикат (белит)		2CaO . SiО2	C2S
Трехкальциевый алюминат	Al2О3  Fe2О3	3CaO.Al2О3	C3A
Четырехкальциевый алюмоферрит		4CaO(Al2O3, FeaO3)	C4AF
Алюмоферрит каль­ция (смешанно-кристаллическая фаза)	Al2О3<Fe2О3	2CaO(Al2О3,Fe2О3)	C2(A, F)
Свободная известь		CaO	–
Свободная окись магния (периклаз)		MgO	–
Щелочесодержащий алюминат	K2О+Na2O>SО3	(K, Na)2О.8CaO.3Al2О3	(K, N) C8A3
Сульфат щелочного металла	K2О+Na2O<SО3	(K, Na)2SО4	–
Сульфат кальция		CaSО4	–

Клинкерные минералы не являются чистыми соединениями, а представляют собой смеси, содержащие в незначительном ко­личестве компоненты других минералов в виде смешанных кристаллических соединений; это относится и к остальным хи­мическим примесям клинкера, которые не могут образовать самостоятельных фаз. Поэтому, чтобы четко отличать чистые соединения от клинкерных минералов, Тёрнебом в 1897 г. дал основным минералам клинкера C₃S и C₂S названия «алит» и «белит» и, еще не зная их состава, исследовал под микроскопом отличия между ними.

Алит. Алит C₃S является основным, клинкерным мине­ралом, определяющим прочность Цемента. Из шести известных модификаций C₃S в клинкере возникают только две¹ высоко­температурные модификации, которые стабилизируются путем включения атомов примесей. [¹ Третья модификация – триклинная – также изредка встречается.].

Белит. Белит главным образом представляет собой -форму C₂S. При температуре спекания клинкера, превышаю­щей 1420 °С, образуется -C₂S, а при температуре до 1420°С – -C₂S. Последняя форма во время охлаждения клинкера при температуре 670 °С превращается в метастабильный -C₂S. При дальнейшем медленном охлаждении из -C₂S может обра­зоваться стабильная -форма. Этот процесс протекает с увели­чением объема на 10 % и при определенных условиях может привести к рассыпанию клинкера. Быстрое охлаждение клинкера и наличие примесей препятствует переходу белита в гид­равлически инертную -фазу, снижающую его качество. Белит твердеет значительно медленнее алита, но в конце концов достигает такой же прочности, как алит.

Если в Клинкере глинозема содержится меньше, чем оксида железа (в молях), то оба компонента, вступая в соеди­нение с известью, образуют алюмоферрит кальция (см. табл.) – смешанно-кристаллическую фазу с конечным членом 2CaO^.Fe₂О₃, где Fe может непрерывно замещаться Al. Этот смешанно-кристаллический ряд сохраняет стабильность до молярного отношения Al₂О₃:Fe₂О₃=2:1; однако в портландцементном клинкере, содержащем только соединения, богатые известью, ряд завершается уже при отношении 1:1. Если в клинкере преобладает глинозем, то его избыток сверх указан­ного отношения (как это имеет место в формуле 4CaO^.Al₂О₃^.Fe₂О₃) образует трехкальциевый алюминат, богатый известью. Трехкальциевый алюминат очень легко вступает в реакцию с водой, однако, не имеет ясно выраженных гидравлических свойств и совместно с силикатами повышает начальную прочность цемента. Алюмоферрит кальция мало способствует гидравлическому твердению цемента.

Особенности маркировки цемента

Цемент различается по марке и по количеству добавок.

Марка цемента отображается аббревиатурой ПЦ или М, например М500 обозначает, что цемент пятисотой марки и выдерживает давление в 500 кг на кубический сантиметр.

Количество добавок отображается буквой Д и процентом содержания добавок. Соответственно Д20 – это цемент содержащий 20 % добавок. Добавки влияют на пластичность цемента и прочностные характеристики.

Существуют также разновидности цемента, обладающие специфическими свойствами. Такой цемент маркируется определенной аббревиатурой:

Б – быстротвердеющий цемент;

СС – сульфатостойкий цемент;

Н – цемент на основе клинкера нормированного состава (нормированный цемент).

Марки цемента, их назначение и область применения

Цемент М500 Д0. Цемент марки ПЦ 500-Д0 применяется при производстве ответственных бетонных и железобетонных конструкций в промышленном строительстве, где предъявляются высокие требования к водостойкости, морозостойкости, долговечности. Цемент этой марки эффективен при проведении аварийных ремонтных и восстановительных работ ввиду высокой начальной прочности бетона.

Цемент М500 Д20. Цемент марки ПЦ 500-Д20 применяется в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительстве для производства сборного железобетона, фундаментов, балок, плит перекрытий и др., а так же успешно используется для изготовления бетонных и строительных растворов, штукатурных, кладочных и других ремонтно-строительных работ. Цемент этой марки обладает водостойкостью, морозостойкостью, пониженной сопротивляемостью коррозионным воздействиям по сравнению с обычным портландцементом.

Цемент М400 Д0.  Цемент марки ПЦ 400-Д0 используется для производства сборных бетонных и железобетонных конструкций с применением термовлажностной обработки, а также для бетонных, железобетонных подземных, надземных и подводных сооружений, подвергающихся действию пресных и минерализированных вод. Цемент этой марки успешно зарекомендовал себя для изготовления бетонных и строительных растворов.

Цемент М400 Д20. Цемент марки ПЦ 400-Д20 применяется в промышленном, жилищном и сельскохозяйственном строительстве для производства сборного железобетона, фундаментов, балок, плит перекрытий, стеновых панелей и др. Цемент этой марки обладает хорошей водостойкостью и морозостойкостью.

Быстротвердеющий цемент – это цемент, характеризующийся интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения. Применяется в основном для изготовления сборных железобетонных конструкций и изделий. Повышенная механическая прочность быстротвердеющего цемента в раннем возрасте твердения обусловливается соответственным минералогическим составом и микроструктурой клинкера, дозировкой добавок и тонкостью помола цемента.

Сульфатостойкий цемент, сульфатостойкий портландцемент, разновидность портландцемента. По сравнению с обычным портландцементом сульфатостойкий цемент обладает повышенной стойкостью к действию минерализованных вод, содержащих сульфаты, меньшим тепловыделением, замедленной интенсивностью твердения и высокой морозостойкостью. Сульфатостойкий цемент получают тонким измельчением клинкера нормированного минералогического состава. Предназначается для изготовления бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических и др. сооружений, испытывающих воздействие агрессивной сульфатной среды (например, морской воды), особенно в условиях переменного увлажнения, чередующихся замерзания и оттаивания.

Цемент, полученный на основе клинкера нормированного состава. Для бетона дорожных и аэродромных покрытий, железобетонных напорных и безнапорных труб, железобетонных шпал, мостовых конструкций, стоек опор высоковольтных линий электропередач, контактной сети железнодорожного транспорта и освещения следует поставлять цемент, изготовляемый на основе клинкера нормированного состава с содержанием трехкальциевого алюмината (С₃А) в количестве не более 8 % по массе.

Для этих изделий по согласованию с потребителем необходимо поставлять один из следующих типов цемента:

ПЦ 400-Д0-Н, ПЦ 500-Д0-Н для всех изделий;

ПЦ 500-Д5-Н для труб, шпал, опор, мостовых конструкций независимо от вида добавки. Для напорных труб необходимо поставлять цемент I или II группы по эффективности пропаривания согласно приложению А ГОСТ 10178-85;

ПЦ 400-Д20-Н, ПЦ 500-Д20-Н для бетона дорожных и аэродромных покрытий при применении в качестве добавки гранулированного шлака не более 15 %.

Начало схватывания портландцемента для бетона дорожных и аэродромных покрытий должно наступать не ранее 2 ч, портландцемента для труб – не ранее 2 ч 15 мин от начала затворения цемента. По согласованию изготовителя с потребителем допускаются иные сроки схватывания

Цеолит в строительных материалах

Основные направления использования: молотый цеолит вводится в цемент для улучшения его свойств и для создания среды порообразования.

При производстве цемента:

• сокращается срок схватывания – начало на 1,5 часа, конец на 3 часа,

• увеличивается удельная поверхность на 800-1900 м²/т,

• повышается марка цемента на 30-40 ед.

Частичная замена клинкера 15–20 % цеолитовых туфов позволяет получать цемент марки 400, 500, пуццолановый портландцемент марки 300 с сокращенным временем начала и конца схватывания. Цеолиты применяются также в качестве активной минеральной добавки и компонента вяжущего силикатных бетонов и гипсоцементопуццоланового вяжущего и бетонов на их основе. Испытания проведены в Ангарском цементо-горном комбинате, институте СибНИИ проектцемент, Тимлюйском цементном заводе, институте ДальНИМС, Киевском политехническом университете. Приняты соответствующие технические условия: «Цеолиты природные Холинского месторождения для цементной промышленности» и «Цеолиты природные (Холинские) в строительных материалах». Холинские цеолиты могут применяться в тампонажных растворах, широко используемых при оборудовании нефтяных и газовых скважин.

Цеолит (содержание клиноптилолита – 83 %.) предназначен, как активная минеральная добавка, при изготовлении цементов, бетонных растворов, пено- и газобетонов.

Продукт производится из высококачественных природных цеолитов и предназначен для использования в производстве строительных материалов.

Может быть применен:

• для ввода в состав бетонов с целью экономии цемента и уменьшения растрескивания бетона;

• в качестве наполнителей бетонных растворов, т.к. не подвержен слеживаемости, что позволяет исключить применение антислеживателей;

• для производства высокопрочного бетона;

• в качестве известково-цеолитового вяжущего компонента для автоклавных и безавтоклавных силикатных бетонов;

• в качестве гипсоцементопуццоланового вяжущего компонента и бетонов на его основе;

• в производстве силикатных кирпичей;

• для производства сухих смесей, в том числе для производства осушающей штукатурки;

При производстве цемента, газобетона и пенобетона:

• сокращается срок схватывания – начало на 1,5 часа, конец на 3 часа,

• увеличивается удельная поверхность на 800–1900 м²/т,

• повышается марка цемента на 30–40 ед.

Для производства высокопрочного бетона используется смесь цемента и цеолита в пропорции от 19:1 – до 6:1. Это позволяет, по данным Горного бюро МВД США, получать бетон с большей сопротивляемостью сжатию, чем у портландцемента

Частичная замена клинкера на 15–20 % цеолита позволяет получать цемент марки 400, 500, пуццолановый портландцемент марки 300 с сокращенным временем начала и конца схватывания. Цеолиты применяются также в качестве активной минеральной добавки и вяжущего компонента силикатных бетонов и гипсоцементопуццоланового вяжущего компонента и бетонов на их основе. Приняты соответствующие технические условия: «Цеолиты природные для цементной промышленности» и «Цеолиты природные в строительных материалах». Цеолиты могут применяться в тампонажных растворах, широко используемых при оборудовании нефтяных и газовых скважин.

Цеолиты Закарпатья, являясь алюмосиликатами щелочных и щелочно-земельных металлов, являются активными минеральными добавками при изготовлении бетонов марок по прочности 100–400. При этом внесение в состав бетонов цеолита в оптимальных количествах позволяет уменьшить расход цемента в среднем на 50 кг на 1 м³ бетона при сохранении марки бетона по прочности.

Использование молотого цеолита в качестве активной минеральной добавки согласовано Госстроем Украины.

НИИСК Госстроя Украины изучено применение цеолитов в качестве наполнителей для герметизирующих полимерных композиций.

Киевским инженерно-строительным институтом изучена возможность применения молотого цеолита при производстве кислотоустойчивых шлакощелочных вяжущих, сухих штукатурных смесей.

Использование цеолита в производстве цемента, бетона, пенно- и газобетона.

С древних времен природные цеолиты использовались в строительстве, главным образом в виде штучного камня. Еще в 70-х годах большая часть добываемых в Западной Европе цеолитов использовалась в качестве строительного камня, изоляционных материалов низкой плотности и при производстве пуццоланового цемента. Цеолиты особенно хорошо пригодны для производства гидравлических цементов, устойчивых к химическому воздействию среды, например такому, как морская вода. В качестве штучного камня цеолиты использовались и в Турции. В этой сфере, однако, конкурирующими и, пожалуй, наиболее конкурентоспособными материалами являются непосредственно вулканические туфы.

Исследования показали, что природные цеолиты могут быть использованы и в ядерной энергетике, так как они устойчивы к ядерной деградации и дешевле органических ионообменных смол. Цеолиты быстро реагируют с цементом и стеклом, что позволяет создавать более надежные бетонные хранилища для радиоактивных материалов. Значительные исследовательские работы в этой области проводились в последние 15–20 лет в таких странах, как США, СССР, Канада, Болгария, Франция, ФРГ, Великобритания, Япония.

Для производства высокопрочного бетона используется смесь цемента и добавки, содержащей 60 % клиноптилолита и морденита (в пропорции от 19:1 – до 6:1). Это позволяет, получать бетон с большей сопротивляемостью сжатию, чем у портландцемента.

Опыты показали, что цеолиты могут быть успешно использованы в производстве тампонажных растворов при оборудовании нефтяных и газовых скважин. Однако, экономически, использование или не использование цеолитов в этой и вышеуказанных сферах зависит от конкуренции местной сырьевой базы на местах производства или от экономической обоснованности транспортировки того или иного товара.

Благодаря использованию цеолита – превосходного природного ионообменника, позволяющего совместить процессы абсорбции и фильтрации, плиты Knauf Cleaneo Akustik кроме своих звукоизоляционных качеств способны проявлять хороши показатели по фильтрации запахов.

Монтаж панелей Knauf Cleaneo Akustik на стены или потолок позволяет создать непрерывное бесшовное звукопоглощающее покрытие. Плиты Knauf Cleaneo Akustik применяются для коррекции акустики студий звукозаписи, концертных залов, кинотеатров и прочих специализированных помещений. Плиты Knauf Cleaneo Akustik эффективно корректируют акустическую среду помещения на низких частотах.

Акустический потолок KNAUF

Молекулярные сита материалы – пористые материалы, у которых размеры пор соизмеримы с размерами молекул. МСМ поглощают лишь те вещества, диаметры молекул которых меньше или равны диаметрам их пор, что и обусловливает применение таких пористых материалов в качестве материалов молекулярных сит. Наиболее распространенными материалами такого типа являются природные и синтетические цеолиты. Молекулярные сита материалы – пористые материалы, у которых размеры пор соизмеримы с размерами молекул. МСМ поглощают лишь те вещества, диаметры молекул которых меньше или равны диаметрам их пор, что и обусловливает применение таких пористых материалов в качестве материалов молекулярных сит. Наиболее распространенными материалами такого типа являются природные и синтетические цеолиты

Все молекулярные сита представляют из себя высокопористый кристаллический алюмосиликат (молекулярное сито) с диаметром пор в кристаллах 3 ангстрема.

Молекулярные сита предназначены для заполнения дистанционных рамок при изготовлении ст/пакета.

В отличие от классического силикагеля современные молекулярные сита не поглощают молекул азота из воздуха, поэтому удается избежать прогиба стекол в ст/пакете при отрицательных температурах и выгиба стекол при значительных плюсовых температурах окружающей среды. Это уменьшает внутренние напряжения стекол в ст/пакете и увеличивает срок службы стеклопакета.

Молекулярное сито для стеклопакетов