3.9.5. Процессы, происходящие в зоне охлаждения клинкера

В зону охлаждения поступает материал в виде гранул размером от нескольких миллиметров до 2−3 и более сантиметров. Гранулы имеют пористость, достигающую до 15−30%.

В зависимости от скорости охлаждения структура клинкера и его минералогчисеий состав могут существенно отличаться. Скорость охлаждения в значительной мере определяется величиной глиноземного модуля. Чем больше значение р, тем быстрее должен охлаждаться клинкер во избежание поверхностного размягчения кристаллов С₃S, так называемой резорбции. Так, например, в клинкере с р = 2,0 содержание С₃S в медленно охлажденном клинкере будет примрно на 2% ниже, чем в быстроохлажденном. При модуле р = 3 эта разница составит уже  6%.

Расчетное содержание С₃S и С₂S в клинкерах определяют по модулю В. А. Кинда:

% С₃S = 3,8 (3 КН − 2) S_c ;

% С₂S = 8,6 (1 − КН) S_c ,

где КН − коэффициент насыщения, S_c = S_общ − S_св − количество кремнезема, связанное в минералы − силикаты, определяемое как разность между общим содержанием SiO₂ в клинкере по данным химического анализа (S_общ) и количеством кремнезема, не вступившего в реакцию, т. е. свободного (S_св), характеризуемого величиной нерастворимого остатка клинкера при его растворении в 0,5 N НCl.

Содержание остальных фаз определяют из уравнений:

% С₄AF = 3,04Fe₂O₃ ;

% С₃A = 2,65(Al₂O₃  0,64Fe₂O₃).

В зависимости от скорости охлаждения изменяется размер и форма кристаллов, что, в свою очередь, повлияет на свойства цемента. Кристаллы алита должны быть хорошо оформленными пластинками или дендритами с преобладающим размером 2050 мкм. Белит в клинкере обычно находится в виде мелкокристаллических округлых, изъеденных, зазубренных кристаллов в значительной степени корродированных клинкерным расплавом. Трехкальциевый алюминат имеет вид гексагональных пластинчатых кристаллов, а также дендритов. Свободный СаО и периклаз имеют вид мелких округлых кристалликов размером 515 мкм.

Скорость охлаждения клинкера влияет на стабилизационные процессы, протекающие в клинкерных фазах. Так, например, алит, является устойчивым лишь при температуре выше 1250С, поэтому при медленном охлаждении подвергается термическому распаду на С₂S и СаО. Этому нежелательному процессу способствует восстановительная среда в печи.

Быстрое охлаждение необходимо и для предотвращения крайне нежелательного силикатного распада   С₂S    С₂S.

Остальные клинкерные минералы С₃А и С₄AF малочувствительны к медленному охлаждению, т. е. они сохраняют стабильность. Для них опасна восстановительная среда, в которой авлюмоферриты кальция распадаются с образованием С₃А, СаО и металлического железа.

Таким образом, скорость охлаждения клинкера повлияет на технические свойства цемента следующим образом

1. Медленноохлажденные клинкера могут придать цементам ложное схватывание (потеря пластичности в начальный момент затворения).

2. Цементы из медленноохлажденных клинкеров содержат повышенное количество MgO (35%), что может вызвать неравномерность изменения объема.

3. Медленное охлаждение вызовет клинкерное пыление из-за перехода   С₂S    С₂S, сопровождающееся увеличением объема.

4. Интенсивное охлаждение клинкера обеспечивает большую теплоту гидратации из-за большого количества стеклофазы, увеличивает сульфатостойкость цемента.

5. Негативным проявлением быстрого охлаждения является ухудшение размалываемости клинкера.