20. Портландцемент. Состав клинкера. Способы производства.

Портландцемент - гидравлический вяжущий продукт тонкого помола цементного клинкера, который получается путем обжига до спекания природного сырья или искусственной сырьевой смеси определенного состава.

Сырье, пригодное для получения портландцемента должно иметь 75% карбоната кальция и 25% глины. Спёкшаяся сырьевая смесь в виде зерен 40-50 мм называется клинкером.

Химический состав клинкера:

Основные оксиды:

CaO – 62-67%

SiO₂ – 19-24%

AL₂O₃ - 6-8%

FE₂O₃ – 4-6%

Вредные оксиды, содержание которых ограничивают:

CaO_св - 1-3%

MgO - < 5%

Na₂O+K₂O - <0,6%

SO₃ – 1-3.5%

Минеральный состав клинкера:

3CaO SiO₂ – C₃S – 45-65%

2CaO Sia2 – C₂S – 15-35%

3CaO Al₂o3 – C₃A – <12%

4CaO Al₂O3 Fe₂O₃ – C₄AF – <18%

Способы производства:

1. Приготовление сырья

1. Мокрый способ: сырьевую смесь измельчают в шаровых мельницах в присутствии большого количества воды (36-42% массы сухого в-ва) и получают жидкотекучую массу – шлам).

2. Сухой способ: готовят сухой порошок смеси исходных материалов (сырьевую муку).

2. Обжиг сырьевой смеси: во вращающейся печи. Основные процессы:

100^о – удаление свободной воды, 475 ^о– разложение глинистого компонента на оксиды, 900^о – разложение известняка, 1200^о – образование клинкерных минералов, 1500^о – образование основного клинкерного минерала C₃S.

3. Резкое охлаждения клинкера до 100-200 ^о.

4. Измельчение клинкера с добавлением гипса и активных минеральных добавок.

21. Твердение портландцемента. Стойкость цементного камня (3 вида коррозии).

При затворении портландцемента водой образуется пластичное клейкое цементное тесто, которое постепенно загустевает, переходя в камневидное состояние.

В подготовительном периоде (1-3 часа) частицы цемента смачиваются водой и растворяются с поверхности; со временем образуется насыщенный раствор, цемент­ное тесто пластично и легко поддается формованию. Основные минералы клинкера в растворе с водой гидратируются по следующим уравнениям:

ЗСаО • SiO2 + 5Н2О = 2СаО • SiO2 • 4Н2О + Са(ОН)2;

2СаО • SiO2 + 4Н2О = 2СаО • SiO2 • 4Н2О;

ЗСаО • Аl2О3 + 6Н2О= 3СаО • Аl2О3 • 6Н2О;

4СаО • Аl2О3 • Fе2О3 + nН2О = 4СаО • Аl2О3 • Fе2О3 • nН2О.

В период коллоидации концентрация гидратных новообразо­ваний в растворе возрастает. Образующиеся соединения (ново­образования) отличаются меньшей растворимостью, чем мине­ралы клинкера. Гидратные новообразования в виде мель­чайших коллоидных частичек — выделя­ются из раствора, образуя цементный гель.

Возникновение большого количества геля приводит к загустеванию цементного теста, которое утрачивает пластичность. Момент загустевания (схватывания) цементного теста наступа­ет через 3-5 ч после затворения цемента водой.

Период кристаллизации характеризуется дальнейшей гидра­тацией цемента. Гель постепенно преобразуется в кристалличе­ские сростки. Цементный гель теряет значительное количество воды, и наступает конец схватывания. Число и площадь поверх­ности контактов в кристаллах новообразований увеличиваются, что приводит к росту прочности цементного камня.

Коррозионная стойкость портландцемента характеризуется стойкостью цементного камня к действию проточной воды, а также вод, содержащих растворимые соли или кислоту.

Коррозия первого вида обусловлена выщелачиванием гидроксида кальция из цементного камня. Такая коррозия развивается наиболее интен­сивно в мягких водах, содержащих небольшое количество солей. Средства борьбы с выщелачиванием - введение в состав цемента добавок, связывающих Са(ОН)2 в бо­лее стойкие соединения, гидроизоляция.

Коррозия второго вида обусловлена взаимодействием с агрес­сивными веществами внешней среды. В результате этого обра­зуются легкорастворимые соединения, которые вымываются из цементного камня. К этому виду отно­сится, например, углекислотная и кислотная (действие растворов кислот) и магнезиальная коррозии (действие магнезиальных полей, которые встречаются в растворенном виде в грунтовых и морских водах). Средства борьбы – кислотостойкие материалы, повышение плотности.

Коррозия третьего вида - в резуль­тате взаимодействия со средой в порах цементного камня возни­кают новые твердофазные соединения, объем которых намного больше объема исходных продуктов реакции. Щелочная коррозия, сульфатная коррозия: 3Ca(OH)2+MgSO4=CaSO4+Mg(OH)2. Меры – нормирование минерального состава клинкера.

Рисунок 1 Структура цементного камня