Свойства отдельных фаз (минералов)

Трехкальциевый силикат C₃S обладает повышенной гидравлической активностью и скоростью твердения, формируя высокую прочность цементного камня в ранние сроки, который имеет пониженную водо- и коррозионную стойкость.

Двухкальциевый силикат C₂S имеет значительно мень­шую активность. В отличие от трехкальциевого силиката он твердеет очень медленно. Продукт, получившийся в ходе твер­дения, имеет невысокую прочность, но повышенную водо- и коррозионную стойкость.

Трехкальциевый алюминат С₃А обладает способностью к очень быстрому твердению, но сам продукт твердения имеет невысокую прочность и пониженную водо- и коррозионную стойкость.

Рис. 1.2. Схематическое изображение составных частей цементного клинкера (травление проводилось 1,2- Циклогександиамин-N, N,N',N'-тетрауксусной кислоты ди-натриевой солью (CDTA) (по Й.Планку)

Четырехкальциевый алюмоферрит C₄AF по всем параметрам (гидравлической активности, скорости твердения и прочностным характеристикам), занимает промежуточное положение между трехкальциевым и двухкальциевым силикатами. Продукты твердения обладают повышенной водо- и коррозионной стойкостью.

2. Оксидный состав

Оксид кальция СаО = 63...67 %;

Оксид кремния SiО₂ = 21...24 %;

Оксид алюминия Al₂O₃ = 4...7 %;

Оксид железа Fe₂O₃ = 3...5 %.

Оксид магния MgO < 5 %.

Ограничения по MgO (периклазу) вызваны тем, что при твердении цемента он гидратирует с запаздыванием в затвердевшем цементном камне и вследствие значительно увеличения объема может привести к его разрушению.

2. Модульные характеристики клинкера

Коэффициент насыщения

КН = ≈ 0,91

Силикатный (кремнеземистый) модуль

n = ≈ 2,2

Алюминатный (глиноземистый) модуль

p=Al₂O₃/Fe₂O₃ ≈ 1,4

Модули характеризуют:

КН..... C₃S / C₂S

n....... (C₃S + C₂S) / (C₃A+C₄AF)

р....... C₃A / C₄AF

Коэффициент насыщения КН равен отношению фактического СаО, связанного с SiО₂, к теоретически необходимому СаО для связывания этого количества SiО₂ в C₃S. Следовательно, содержание С₃А и

С₄АF не влияет на КН и с повышением КН возрастает доля C₃S и снижается – C₂S. При увеличении n и р повышается соответственно доля силикатных фаз и C₃A в клинкере. Таким образом, при изменении модулей свойства цемента изменяются в соответствии с изменением их фазового состава.

Описать характеристики цемента и исходных материалов.

.1.1. Оптимальная тонкость помола цемента

Цемент следует измельчать до достижения высокой удельной поверхности. Кроме того, готовый продукт должен отвечать определенному гранулометрическому составу, что позволит улучшить процесс твердения. На рис.21.1 показан рост прочности различных фракций одного и того же цемента, который свидетельствует, что чем тоньше размолот цемент, тем выше его прочность в ранние сроки твердения.

Рис.21.1. Прочность при сжатии различных фракций цемента

Однако чрезмерно тонкий помол не обеспечивает высокие прочностные свойства после 28 суток твердения. Поэтому увеличение удельной поверхности выше 500 м²/кг не приводит к дальнейшему повышению прочности, а, напротив, снижает ее. Наиболее благоприятна фракция размером от 3 до 30 мкм. Фракция с зернами размером менее 3 мкм оказывает влияние только на начальном этапе; эта фракция быстро гидратирует, и через 1 сутки цемент набирает максимальную прочность. Фракция более 60 мкм гидратирует очень медленно и мало влияет на прочность цемента до 28 суток твердения. Фракция от 3 до 30 мкм должна содержаться в цементе в следующем количестве: в обычных - 40...50%, в высокомарочных - 55...65%, в особо высокопрочных - более 70%.

При увеличении удельной поверхности S_уд выше 350 м²/кг значительно возрастает удельный расход электроэнергии N_э (рис. 21.2). Так, если при S_уд = 300 м²/кг расход электроэнергии составляет N_э ~ 33 кВт·ч/т цемента, то при увеличении удельной поверхности S_уд в 1,5 раза, до ~ 450 м²/кг, расход электроэнергии увеличится в 2 раза, до N_э ~ 66 кВт·ч/т.

Рис. 21.2. Расход электроэнергии в зависмости от тонкости помола цемента

Влияние удельной поверхности S_уд цемента на изменение производительности помольного агрегата с учетом зависимости Бонда выражается уравнением через коэффициент k_s :

K_s = [14/( ⁴√S-20)] – 2,5 (21.1)