4.3. Гидравлические вяжущие, сырье и технология их получения

Свойствами твердения в водной среде обладают тонко измельченные вещества, которые имеют в своем составе преимущественно окиси кальция (СаО) с кремнеземом , глиноземом или с окислом железа . Такие соединения соответственно называют силикатами , алюминатами ферритами и алюмоферритами кальция .

Получить указанные выше соединения можно двумя способами – обжигом горных пород и путем смешивания извести и веществ, имеющих активные кислотные окислы.

Обжигом горных пород или искусственных смесей, состоящих из углекислого кальция и глины, получают гидравлическую известь, портландцемент, глиноземистый цемент. Рассмотрим портландцемент и его разновидности.

Портландцемент – основной материал в современном промышленном, гражданском, гидротехническом и дорожном строительстве. Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания смеси глины и известняка или горной породы – мергеля. Спекшуюся сырьевую смесь, имеющую вид мелких камневидных зерен, называют клинкером. Тонко измельченный клинкер при затворении водой очень быстро схватывается, что затрудняет возможность его практического использования. Для замедления сроков схватывания портландцемента к нему добавляют при помоле гипс с таким расчетом, чтобы содержание гипса в цементе в пересчете на было не менее 1,5 и не более 3,5%.

Основными операциями при производстве портландцемента являются: получение из сырьевой смеси клинкера и последующее его измельчение с гипсом и добавками.

Производство портландцемента в нашей стране осуществляют двумя способами: сухим и мокрым. При первом способе (рис. 16) сырьевую смесь приготавливают следующим способом: сырьевые материалы (известняк и глина) высушиваются, а затем измельчаются и смешиваются

Рис. 16. Технологическая схема приготовления сырьевой смеси для производства цемента по сухому способу:

1 – карьер известняка; 2 – карьер глины; 3 – вагоны с огарками; 4 – валковая дробилка; 5, 13, 16, 20, 24 – контрольные станции определения химсостава; 6 – щековая дробилка; 7 – склад; 8, 10, 15, 23 – дозаторы по массе; 9 – бункера; 10 – мельница; 12 – циклон; 14 – промежуточные силосы; 17 – центробежные сепараторы; 18 – бункер-весоизмеритель; 19 – шаровая мельница; 21 – гомогенизационный силос; 22 – запасной силос.

Мокрый способ (рис.17) сводится к измельчению сырьевых материалов с водой. Независимо от применяемого способа производства всегда стремятся получить по возможности наиболее тонкую и однородную сырьевую смесь, что определяет хорошее качество цемента, так как с увеличением степени дисперсности реагирующих веществ и с повышением полноты их смешения между собой быстрее и полнее идут реакции при обжиге. На отечественных заводах наиболее распространен мокрый способ, хотя по расходу топлива он менее выгоден.

Рис 17. Схема производства портландцемента по мокрому способу:

1 – глиноболтушка; 2 – подача воды; 3 – подача глины; 4 – подача известняка; 5 – дробилка; 6 – сырьевая мельница; 7 – шлам-бассейн; 8 – вращающаяся печь; 9 – холодильник; 10 – подача угольной пыли в печь; 11 – элеватор для подачи угля; 12 - сушильный барабан; 13 – склад угля; 14 – мельница для угля; 15 – склад гипса; 16 – элеватор для подачи гипса; 17 – склад клинкера; 18 – трубная мельница; 19 – склад для цемента; 20 – упаковка цемента.

Схема получения портландцемента по мокрому способу заключается в следующем. Глину предварительно превращают в жидкий глиняный шлам, после чего подают в сырьевую мельницу, куда одновременно поступает дробленый известняк. Глину и известняк подают в мельницу в строго определенной пропорции.

После помола сметанообразная смесь известняка, глины и воды (шлам) направляется в шламбассейн, где происходит корректировка химического состава шлама и тщательное его перемешивание. В шламе содержится примерно 75% известняка и 25% глины (в перечете на сухое вещество). Из бассейна шлам поступает в обжигательную вращательную печь диаметром 3,6 – 5 м, длиной 150 – 185 м, наклоненную под некоторым углом к горизонту, примерно 35 . Наклон барабана обеспечивает при его вращении определенное продвижение материала в сторону нижнего конца.

Шлам подают со стороны поднятой части, а топливо в виде газа или угольной пыли выдувается вентилятором со стороны нижней части. Топливо сгорает вблизи его подачи, где развивается наиболее высокая температура (до 1520 С), которая необходима для спекания клинкера и образования клинкерообразующих минералов (рис. 18).

Рис. 18. Вращающаяся печь для обжига и получения цементного клинкера:

1 – дымосос; 2 – питатель для подачи шлама; 3 – барабан; 4 – привод; 5 - вентилятор для подачи топлива; 6 – холодильник.

По мере продвижения сырьевых материалов в сторону высоких температур вначале испаряется вода из шлама, затем выгорают органические примеси, содержащиеся в сырье, а при температуре 1000 - 1100 С известняк разлагается на окись кальция и углекислый газ. Последний удаляется с дымовыми газами, а окись кальция вступает в химическое взаимодействие с окислами, составляющими глину образуя клинкерные минералы (алит, белит, целит, алюмоферрит и RO-фазу).

После зоны обжига клинкер в виде серых очень твердых, спекшихся шариков поступает в холодильник, где охлаждается потоком холодного воздуха. Следующая за обжигом технологическая операция производства портландцемента – это помол, при котором происходит тонкое измельчение клинкера совместно с гипсом и активными добавками. Помол производится в шаровых мельницах, откуда цемент выходит нередко с температурой свыше 100 С. Для охлаждения его направляют в силосы, откуда через 7 – 14 дней направляют на стройки навалом или в бумажных мешках.