1.Лугинина и.Г. Химия и химическая технология неорганических вяжущих материалов: учеб. Пособие в 2 ч. – Белгород: Изд-во бгту им. В.Г.Шухова, 2004. – ч. 1. – 240с. Ч. 2. – 199с.

2.Бутт Ю.М., Тимашев В.В.. Практикум по химической технологии вяжущих материалов. – М.: Высшая школа, 1973. –504 с.

Форма отчетности

1. Показ и проверка выполненных расчетов, обоснование оптимальности состава сырьевой шихты для получения клинкера.

2. Результаты выполненных расчетов сводятся в таблицы 1,2, 1.3, 1.4. По результатам расчетов магистранты делают выводы по обжигаемости и спекаемости сырьевых шихт, оптимальности их состава.

Практическое занятие № 3

Тема занятие: Расчет сырьевых шихт для получения клинкеров специальных цементов по заданному минералогическому составу

План занятия:

1. Выполнить расчет сырьевой смеси для получения клинкера быстротвердеющего портландцемента.

2. Выполнить расчет сырьевой смеси для получения клинкера высокопрочного портландцемента марки 550, 600.

3. Выполнить расчет сырьевой смеси для получения клинкера сульфатостойкого портландцемента.

Цель и задачи занятия, умения, навыки и компетенции: ознакомить магистрантов с методами расчетов сырьевых шихт для получения клинкеров специальных цементов.

Краткие теоретические сведения

Специальные цементы изготавливаются на основе портландцементного клинкера: быстротвердеющие и высокопрочные, белые и цветные, сульфатостойкие портландцементы, гидрофобный и пластифицированный цемент, цемент для асбестоцементных изделий, портландцемент для аэродромов и дорожных бетонов, тампонажный портландцемент. Эти портландцементы выпускают путем изменения химико-минералогического состава и структуры клинкера, путем ввода различных добавок и другими технологическими мерами.

К высокопрочным цементам (ВПЦ) относятся портландцементы марок 500, 550 и 600. Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) это портландцемент без добавок или с минеральными добавками, отличающийся интенсивным нараста­нием прочности в начальный период твердения. При производстве ВПЦ и БТЦ тщательно подготовленная сырьевая смесь должна быть одно­родна по составу и не содержать вредных примесей либо содержание МgCO₃, доломита, щелочей Na₂O, K₂O, серы SO₃, фосфора Р₂О₅ должно быть минимальным. Помол сырья ведут так, чтобы на сите № 02 остаток отсутствовал, а на сите № 008 не превышал 2...3 %. Обжиг ведут на беззольном топливе, после чего производят резкое охлаждение клинкера. Повышенная прочность БТЦ в начальные сроки твердения достигается правильным подбо­ром минералогического состава клинкера, увеличением дозировки гипса, повышением тонкости помола цемента.

Наиболее интенсивно гидратирующими минералами являются трехкальциевый силикат и трехкальциевый алюминат. Поэтому содержание C₃S в клинкере должно быть не менее 50 %, содержание С₃А - около 8 %. Для получения такого клинкера коэффициент насыщения должен быть в пределах 0,93…0,96. При таком высоком коэффициенте насыщения процесс обжига клинкера затрудняется.

С 1 января 2015 года введена в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации новая редакция межгосударственного стандарта ГОСТ 22266-2013 «Цементы сульфатостойкие. Технические условия».

Основным отличием нового ГОСТа 22266-2013 от действовавшего ранее стандарта является переход на новые обозначения типов цементов в зависимости от их вещественного состава и на классы и подклассы прочности взамен марки цемента. В новом ГОСТе 22266-2013 предусмотрено производство всего трех видов сульфатостойкого цемента: бездобавочного, с минеральными добавками и сульфатостойкого шлакопортландцемента.

В соответствии с новой версией ГОСТа 22266-2013 сульфатостойкий цемент без минеральных добавок типа ЦЕМ I СС можно производить в соответствии с двумя классами прочности (32, 5 и 42,5) и двумя подклассами по скорости твердения — нормальнотвердеющий (Н) и быстротвердеющий (Б).

Введение минеральных добавок в цемент типа ЦЕМ I СС в качестве основного компонента не допускается, как и в цемент ССПЦ Д0, однако в него можно вводить до 5 масс. % минеральной добавки (шлака, пуццоланы, золы- уноса и др.) в качестве вспомогательного компонента. Если потребитель желает получить сульфатостойкий цемент по ГОСТу 22266-2013, не содержащий никаких других компонентов кроме портландцементного клинкера и гипса, то в контракте на поставку следует специально оговорить, что введение в состав цемента каких-либо вспомогательных компонентов запрещено.

Содержание C₃A в клинкере теперь не должно превышать 3,5 масс. % (вместо 5 масс. % ГОСТу 22266-94), однако исчезло ограничение по максимальному содержанию трехкальциевого силиката (не более 50 масс. %) и сумме C₃A+ C₄AҒ (не более 22 масс. %).

В ассортименте цементов благодаря снятию ограничений на максимальное содержание алита в клинкере вместо одного цемента ССПЦ 400-Д0 появились несколько: ЦЕМ І СС 32,5Н, 32,5Б, 42,5Н, 42,5В. Снятие ограничений на максимальное содержание минерала алита в клинкере позволит получать сульфатостойкие цементы без минеральных добавок с высоким классом прочности, а также быстротвердеющие, например 42,5Б.

В ГОСТе 22266-2013 добавлено также несколько новых требований к химическому составу цемента (максимальное значение потерь при прокаливании ППП, нерастворимого остатка НО, содержанию иона Cl^-), аналогичных тем, которые представлены в ГОСТе 31108-2003.

ГОСТ 22266-2013 предусматривает выпуск сульфатостойкого цемента с минеральными добавками двух подтипов, различающихся предельным содержанием минеральной добавки: ЦЕМ II/А СС, содержащего до 20 % минеральной добавки в качестве основного компонента, и ЦЕМ II/В СС содержащего до 35 % такой минеральной добавки. Цемент подтипа ЦЕМ II/B СС может производиться только при использовании доменного гранулированного шлака в качестве минеральной добавки. Допускается использовать в качестве минеральной добавки смесь шлака и пуццоланы или шлака, пуццоланы и микрокремнезема, однако в этом случае суммарное содержание добавок не должно превышать 20 %.

Взамен марок цемента 400 и 500 новым ГОСТом предусмотрено производство сульфатостойкого цемента двух классов прочности - 32,5 и 42,5, а для цемента класса прочности 32,5 - дополнительно цементов двух подклассов: нормальнотвердеющего (Н) и быстротвердеющего (Б).

Предельное содержание алюмината кальция С₃А в клинкере для производства сульфатостойкого цемента с минеральными добавками не должно, как и в старом ГОСТе, превышать 5 %, однако в новой версии стандарта удалено ограничение по содержанию суммы алюминатов и алюмоферритов кальция С₃А + C₄AF (не более 22 %).

Как и в случае сульфатостойкого цемента без минеральных добавок, в новом ГОСТе 22266-2013 добавлены несколько новых требований к химическому составу цемента с минеральными добавками: максимальные значения ППП, нерастворимого остатка НО, содержания иона CI^-.

Остальные требования к сульфатостойкому цементу с минеральными добавками по обеих версиям ГОСТа 22266 близки. Отмечается, что в целом требования к нему нового и прежнего стандартов различаются незначительно.

Поскольку действие ГОСТа 22266- 94 на территории России отменено с 1 января 2015 года, производители цемента в ближайшее время переходят на выпуск сульфатостойкого цемента в соответствии ГОСТом 22266—2013 и будут проводить его испытания в соответствии с ГОСТом 30744-2001. Необходимо также перейти на новую маркировку продукции и внести соответствующие изменения в технологическую документацию.

Для производства асбестоцементных изделий (АЦИ) выпускается специальный вид портландцемента марок М400 и М500. Его получают путем совместного помола клинкера нормированного минералогического состава и гипса. Содержание алита в клинкере должно быть не менее 52 %, трехкальциевого алюмината - не менее 3 и не более 8 %, свободной извести - не более 1 %, МgO - не более 5 %. Специфика технологии производства АЦИ такова, что цемент должен сравнительно медленно схватываться, но быстро набирать прочность в полуфабрикате. Начало схватывания должно наступать не ранее 1 ч 30 мин, а конец - не позднее чем через 10 ч после затворения. Для выполнения этих требований особенно жестко нормируется тонкость помола (в отличие от других видов цементов по удельной поверхности), она должна быть не менее 220 и не более 320 м²/кг.

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 поставляется цемент, изготавливаемый на основе клинкера нормированного состава с содержанием трехкальциевого алюмината С₃А не более 8 %.

Для этих целей по согласованию с потребителем должен поставляться один их следующих видов 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 должен поставляться цемент I или II группы по эффективности пропаривания по ГОСТ 22236-85);

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

Пуццолановый портландцемент - это гидравлическое вяжущее вещество получаемое путем совместного помола портландцементного клинкера норми­рованного минералогического состава с содержанием С₃А до 8 %, гипса и активных минеральных добавок.

Таким образом, для получения клинкеров специальных цементов необходимо подобрать соответствующий химико-минералогического состав клинкера.

Рекомендации магистрантам по подготовке к занятиям

Магистрант должен быть подготовлен к практическим занятиям. Подготовка заключается в изучении материалов практического занятия по конспектам лекций, учебникам и учебным пособиям.

На практическом занятии магистранты изучают методику расчета сырьевых шихт для получения клинкеров специальных цементов на основе природного и техногенного сырья.

Во время практического занятия магистранты должны выполнить расчеты сырьевых шихт для получения клинкеров специальных высокопрочных, быстротвердеющих, сульфатостойких, белых и цветных и др. цементов на основе природного и техногенного сырья.

Задания и порядок выполнения работ в аудитории:

Задача 1. Выполнить расчет трехкомпонентной сырьевой смеси для получения клинкера высокопрочного портландцемента используя сырье Кувасайского завода. Установить пригодность минералогического состава клинкера для получения высокопрочного цемента. Химический состав исходных сырьевых компонентов и отходов приведен в таблице 1.1 и 2.1.

Задача 2. Выполнить расчет четырехкомпонентной сырьевой смеси для получения клинкера сульфатостойкого портландцемента используя сырье ТОО «Стандарт Цемент». Рассчитать минералогический состав клинкера. Определить пригодность минералогического состава клинкера для получения сульфатостойкого цемента без минеральных добавок типа ЦЕМ I СС.

Задача 3. Выполнить расчет четырехкомпонентной сырьевой смеси для получения клинкера нормированного состава для цементов бетона дорожных и аэродромных покрытий используя сырье ТОО «Казах Цемент». Рассчитать минералогический состав клинкера. Определить пригодность для получения цементов для бетона дорожных и аэродромных покрытий.

Технические и инструментальные средства: компьютер, программы расчетов сырьевых смесей для получения цементного клинкера РСС4, «Шихта», калькулятор, составы техногенного сырья и отходов.

Перечень и виды домашних заданий:

Задача 4. Выполнить расчет четырехкомпонентной сырьевой смеси для получения клинкера портландцемента для производства асбестоцементных изделий (АЦИ) используя сырье ТОО «Састобе Технолоджис». Рассчитать минералогический состав клинкера. Определить пригодность минералогического состава клинкера для получения ПЦ для АЦИ.

Контрольные вопросы

1.Каковы требования к технологии высокопрочных цементов?

2.От чего зависит скорость твердения цементов?

3.Как влияет минералогический состав и тонкость помола на прочность и скорость твердения?

4.Как влияет скорость охлаждения на кристаллическую структуру и активность клинкерных минералов?

5.Каковы требования к фазовому составу быстротвердеющих и высокопрочных цементов?

6. Каковы требования к фазовому составу сульфатостойких цементов?

7. Каковы требования к фазовому составу цементов для бетона дорожных и аэродромных покрытий?

Задания к СРМ

Ι. Вариант (простой)

1. Выполнить на компьютере расчет четырехкомпонентной сырьевой смеси ТОО «Стандарт Цемент» для получения клинкера высокопрочного цемента используя программу «Шихта», «Шихта 2».

ΙΙ. Вариант (средней сложност)

1. Выполнить на компьютере расчет четырехкомпонентной сырьевой смеси АО «Шымкентцемент» для получения клинкера сульфатостойкого портландцемента используя программу «Шихта», «Шихта 2».

при использовании техногенного сырья.

ΙΙΙ. Вариант (сложный)

1. Выполнить на компьютере расчет сырьевой смеси ТОО «Састобе Технолоджис» для получения клинкера дорожного портландцемента используя программу «Шихта», «Шихта 2» при утилизации техногенного сырья. Установить оптимальность показателей и параметров шихты.

Рекомендуемая литература:

Основная литература

1. Таймасов Б.Т. Химическая технология вяжущих материалов: Учебник. – Алматы: Эверо, 2015. Том 1. –332с. Том 2. –152 с.

2.Программы расчетов сырьевых смесей цементных заводов РСС, «Шихта» и др.

3. ГОСТ 22266-2013 Цементы сульфатостойкие. Технические условия. Введ. 2015-01-01. –М.: Стандартинформ, - 2014. -12с.

4. ГОСТ 22266-94 Цементы сульфатостойкие. Технические условия. Введ. 1996-01-01.-М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, - 1996. – 13 с.

5. ГОСТ 30744-2001. Цементы. Методы испытаний с использованием

полифракционного песка. Введ. 2002-03-01.-М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, - 2002. – 17 с.

6. ГОСТ 310.4-81. Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии. .-М.: Госстандарт СССР.

7. ГОСТ Р 55224 - 2012 Цементы для транспортного строительства. Технические условия. .-М.: Госстандарт России.

Дополнительная литература