1 Теоретическая часть

1.1 Производство портландцемента

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Портландцемент – продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой гипса (3-5 %). Клинкер представляет собой зернистый материал («горошек»), полученный обжигом до спекания (при 14500°С) сырьевой смеси, состоящей в основном из углекислого кальция (известняки различного вида) и алюмосиликатов (глины, мергеля, доменного шлака и др.). Небольшая добавка гипса регулирует сроки схватывания портландцемента.

Наиболее распространенный цемент, называемый портландцементом, получают путем обжига при высокой температуре (1400-1500°С) природного сырья в виде мергелей или искусственной смеси известняка с глиной и другими материалами. Обжиг производится в специальных печах. Обычно цементообжигательная печь - это огромный, длиной 100-150 метров, горизонтально расположенный цилиндр, выложенный внутри огнеупорным кирпичом и медленно вращающийся. Печь устанавливается с наклоном; благодаря этому материалы в ней, пересыпаясь, постепенно передвигаются от одного конца к другому. При обжиге получается спекшийся материал, часть которого расплавилась и застыла в стекловидном состоянии. Этот материал носит название цементного клинкера.

Цементный клинкер подвергается размолу в тонкий порошок с добавкой при размоле нескольких процентов гипса (обычно до 5 %), и цемент готов.

Цементный клинкер имеет сложный состав. В него входят соединения извести с окисью кремния, так называемые силикаты кальция. Они составляют основную часть - около 75 % - клинкера. Большое влияние на свойства клинкера оказывает содержание в нем соединений окиси алюминия с окисью кальция, которые называются алюминатами кальция.

Одно из этих соединений, преимущественно представляющее алюминаты кальция, - трехкальциевый алюминат, в большой степени влияет на технические свойства цемента. Это вещество очень быстро соединяется с водой, но не дает устойчивых соединений. В зависимости от вида исходных материалов и условий обжига состав цементного клинкера, а, следовательно, и его технические свойства изменяются.

Различие в составе клинкера определяет такие важные технические свойства цемента, как скорость затвердевания, устойчивость в природных водах, морозостойкость и др.

В цементный клинкер при помоле могут вводиться, кроме гипса, и другие добавки: горные породы, шлаки, которые, присутствуя в цементе в количестве до 10-15 %, существенно не ухудшают его прочности и позволяют экономить таким образом более дорогой клинкер. Однако там, где требуется высокая морозостойкость, как, например, в дорожных покрытиях, рекомендуется применять цемент, полученный размолом цементного клинкера, без каких-либо добавок, кроме гипса.

1.2 Классификация портландцемента

По назначению цементы подразделяют на следующие:

- общестроительные;

- специальные (быстротвердеющий, особобыстротвердеющий и сверхбыстротвердеющий цемент; сульфатостойкий; портландцементы с органическими добавками - пластифицированный, гидрофобный портландцемент, вяжущие низкой водопотребности; портландцементы с минеральными добавками - пуццолановый, шлакопортландцемент, гипсоцементнопуццолановые вяжущие; белый и цветные портландцементы; тампонажный портландцемент; глиноземистый цемент; расширяющиеся и безусадочные цементы и т.д.).

По виду клинкера цементы подразделяют на основе:

- портландцементного клинкера;

- глиноземистого (высокоглиноземистого) клинкера;

- сульфоалюминатного (ферритного) клинкера.

По вещественному составу цемент подразделяют на следующие типы:

- портландцемент (без минеральных добавок);

- портландцемент с добавками (с активными минеральными добавками не более 20 %);

- шлакопортландцемент (с добавками гранулированного шлака более 20 %).

По скорости твердения общестроительные цементы подразделяют на следующие:

- нормальнотвердеющие — с нормированием прочности в возрасте 2 (7) и 28 суток;

- быстротвердеющие — с нормированием прочности в возрасте 2 суток, повышенной по сравнению с нормальнотвердеющими, и 28 суток.

По срокам схватывания цементы подразделяют на следующие:

- медленносхватывающиеся — с нормируемым сроком начала схватывания более 2 ч;

- нормальносхватывающиеся — с нормируемым сроком начала схватывания от 45 мин до 2 ч;

- быстросхватывающиеся - с нормируемым сроком начала схватывания менее 45 мин.

Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец - не позднее 10 ч от начала затворения.

Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 85 % массы просеиваемой пробы.

Цемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде, а при содержании MgО в клинкере более 5 % — в автоклаве.

По прочности при сжатии (в соответствии с ГОСТ 10178) в 28-суточном возрасте цемент подразделяют на марки:

- портландцемент - 400, 500, 550 и 600;

- шлакопортландцемент - 300, 400 и 500;

- портландцемент быстротвердеющий - 400 и 500;

- шлакопортландцемент быстротвердеющий - 400.

Пределы прочности цемента при изгибе и сжатии должен быть не менее значений, указанных в таблице 1.

Таблица 1 - Пределы прочности цемента при изгибе и сжатии

	Гарантированная	Предел прочности, МПа (кгс/см2)
Обозначение вида цемента	марка	при изгибе в возрасте, сут		при сжатии в возрасте, сут
		3	28		3	28
ПЦ-Д0,ПЦ-Д5,	300	—	4,4 (45)		—	29,4 (300)
ПЦ-Д20, ШПЦ	400	—	5,4 (55)		—	39,2 (400)
	500	—	5,9 (60)		—	49,0 (500)
	550	—	6,1 (62)		—	53,9 (550)
	600	—	6,4 (65)		—	58,8 (600)
ПЦ-Д20-Б	400	3,9 (40)	5,4 (55)		24,5 (250)	39,2 (400)
	500	4,4 (45)	5,9 (60)		27,5 (280)	49,0 (500)
ШПЦ-Б	400	3,4 (35)	5,4 (55)		21,5 (220)	39,2 (400)

2 Методика выполнения эксперимента

2.1 Определение тонкости полома портландцемента

От средней пробы цемента отвешивают 50 г и высыпают его на сито с сеткой № 008. Закрыв сито крышкой, устанавливают его в прибор для механического просеивания. Через 5-7 мин просеивания прибор останавливают, снимают донышко и высыпают из него, прошедший через сито цемент. Затем прочищают сетку с нижней стороны мягкой кистью, вставляют донышко и продолжают просеивание. Опыт считается законченным, если при контрольном просеивании сквозь сито проходит не более 0,05 г цемента. Контрольное просеивание производят вручную при снятом донышке в течение одной минуты. Тонкость помола цемента определяют как остаток на сите в процентах к первоначальной массе пробы с точностью до 0,1 %. Допускается проведение опыта ручным просеиванием.

2.2 Определение нормальной густоты цементного теста

Нормальной густотой цементного теста считают такую консис­тенцию его, при которой пестик прибора Вика (рис.1), погружен­ный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Нормальную густоту цементного теста характеризуют количе­ством воды затворения, выраженным в процентах от массы це­мента.

Перед началом испытания проверяют, свободно ли опус­кается стержень прибора Вика, а также нулевое показание при­бора, соприкасая пестик с пластинкой, на которой расположено кольцо. При отклонении от нуля шкалу прибора соответствующим образом передвигают.

Кольцо и пластинку перед началом испытаний смазывают тон­ким слоем машинного масла. Для ручного приготовления цементного теста отвешива­ют 400 г цемента, высыпают в чашу, предварительно протертую влажной тканью.

Затем делают в цементе углубление, в которое вливают в один прием воду в количестве, необходимом (ориенти­ровочно принято 110-112 см³, т.е. 25-28% по массе цемента) для получения цементного теста нормальной густоты. Углубление засыпают цементом и через 30 с после прилипания воды сначала осторожно перемешивают, а затем энергично рас­тирают тесто лопаткой. Продолжительность перемешивания и растирания составля­ет 5 мин с момента приливания воды.

1 - цилиндрический металлический стержень, 2 - обойма ста­нины,

3 - стопорное устройство, 4 – указатель, 5 – шкала, 6 – пестик, 7 - игла

Рисунок 1 - Прибор Вика

После окончания перемешивания кольцо быстро напол­няют в один прием цементным тестом и 5-6 раз встряхивают его, постукивая пластинку о твердое основание. Поверхность тес­та выравнивают с краями кольца, срезая избыток теста ножом, протертым влажной тканью. Немедленно после этого приводят пестик прибора в соприкос­новение с поверхностью теста в центре кольца и закрепляют стержень стопорным устройством, затем быстро освобождают его и предос­тавляют пестику свободно пог­ружаться в тесто. Через 30 секунд с момента освобождения стержня, производят отсчет погружения по шкале. Кольцо с тестом при от­счете не должно подвергаться толчкам.

При несоответ­ствующей консистенции цементного теста изменяют количество воды и вновь затворяют тесто, добиваясь погружения пестика на 5-7 мм от пластинки. Количество добавляемой воды для получения теста нормальной густоты определяют с точностью до 0,25 %.