1.6. Гидравлическая известь и романцемент

1.6.1. Гидравлическая известь. Сырьем для производства гидравлической извести служат мергелистые из­вестняки, т.е. известняки, содержащие глинистые и другие вещества в значительном коли­честве. По мере повышения содержания глинистых и кремнеземистых примесей, в продукте обжига содержится все меньше свободной извести и больше силикатов, алюминатов и ферритов кальция. Вместе с тем уменьшается способность извести к гашению и увеличивается ее способ­ность к гидравлическому твердению.

Производство гидравлической извести складывается из обжига сырья (при 900…1100^оС), га­шения продукта обжига, отделения непогасившихся частиц, их помола и сме­шения измельченных зерен с погасивщимся материалом. Иногда выпускаются два раздельных продукта. Обожженная гидравлическая известь состоит из силиката, алюмината и феррита кальция: 2СаО·SiO₂; (C₂S), СаО·Al₂O₃(CA) и 2СаО·Fe₂O₃(С₂F), и свободной СаО.

Процесс твердениягидравлической извести сочетает воздушное твердение с участием Ca(ОН)₂(см. п. 1.4.1) и гидравлическое твердение силикатов, алюминатов и ферритов кальция, которые при взаимодействии с водой превращаются в гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция. Гидравлическая известь твердеет быстрее воздушной и достигает большей проч­ности.

Применениекак воздушной, так и гидравлической извести ограничивается в основном строительными растворами, применяемыми для каменной кладки и для штукатурных работ. К известковому раствору иногда добавляют строительный гипс или портландцемент. Извести широко используют для производства различных автоклавных строительных материалов. Их называют силикатными.

1.6.2. Романцемент. В качестве сырья для производства романцемента служат известковые или магнезиаль­ные мергели, в которых соотношение между известковой и глинистой частями таково, что в результате обжига (1000…1100 °С), не доводящего эти материалы до спекания, получается продукт, в кото­ром почти вся известь связана в силикаты, алюминаты и ферриты кальция (C₂S, CA, С₅А₃, C₂F). Обожженный продукт при смачивании водой не гасится и поэтому превращается в вяжущее вещество только путем помола.

Гидравлические свойствароманцемента сильнее, чем у гидравлической извести, но слабее, чем у портландцемента. Прочность его в жестком растворе может достигать 10 МПа.

Применениероманцемента в составе строительного раствора ограничивается каменной кладкой, а в составе бетона – неответственными частями сооружения.

1.7. Портландцемент и его разновидности

1.7.1. Портландцемент(ПЦ)есть гидравлическое вяжущее вещество – продукт тон­кого измельчения клинкера, получаемого обжигом до спекания сырьевой смеси, состоящей чаще всего из известняка (75…78 %), содержащегоCaCO₃, и глины (25…22 %), назначение которой – обеспечить при разложении нужное количество в шихте кислотных окислов: SiO₂, Al₂O₃и Fe₂O₃. Эти окислы должны связать всю свободную известьCaO, образующуюся при разложенииCaCO₃, в труднорастворимые соединения: ЗСаО·SiO₂; 2СаО·SiO₂; ЗСаО·Al₂O₃; 4СаО·Al₂O₃·Fe₂O₃.

Приготовление сырьевой смесивыполняется мокрым (с добавлением воды при смешении и измельчении сырьевых компонентов) или сухим способом, с получением либо жидкогопродукта (шлама), либо сухой сырьевой муки.

Химический состав сырья и получаемого из него клинкера включает окислы, указанные ниже.

Окислы	СаО	SiO2	Al2O3	Fe2O3	МgO	SO3	Проч.
Содержание, %	63÷66	21÷24	4÷8	2÷4	0,5÷5	0,3÷1	0,7÷1,8

Необходимыми окислами являются: окись каль­ция (СаО), кремнезем (SiO₂), глинозем (Al₂O₃) и окись железа (Fe₂O₃). Остальные окислы нежелательны. Их содержание ограничивается пределами: МgO≤5 %; SO₃=1,5…3,5 %; (Nа₂O+К₂О)≤0,6 %. Превышение указанных пределов может привести к увеличению объема цементного камня при твердении. Это происходит также, если частьCaOостается несвязанной.

Обжигпроводят исключительно во вращающихся печах, которые позволяют обжигать как жидкую смесь (шлам), так и сырьевую муку. При обжиге происходит диссоциация углекислого кальция (СаСО₃=СаО+СО₂) и разложение минералов глины на кислот­ные окислы SiO₂, Al₂O₃и Fe₂O₃, вступающие во взаимодействие с основным окислом СаО. Этот процесс завершается в зоне наиболее высокого нагрева (1450 °С), где происходит спекание материала, т. е. превращение его из порошкообразного в камнеподобное состояние, в результате застывания расплава, который образуется в небольшом количестве (20…30 %). Материал, выходящий из печи, представляет собой окатанные гранулы, называемыеклинкером. Клинкер охлаждают до 50…150 °С и подвергают помолу в шаровых мельницах, однако, не сразу, а через 3…4 дня, что повышает качество цемента.

Помол клинкерапроизводится в основном в шаровых мельницах. При помоле добавляют до 5 % природного гипса для удлинения сроков схватывания. Без добавки гипса портландцемент схватывается практически мгновенно. Допускается введение при помоле до 20 % по массе активных минеральных добавок. Содержание добавки указывается обозначением Д0, Д5 и Д20 после обозначения марки цемента, например, ПЦ 400-Д20

Минералогический состав клинкера портландцемента представлен четырьмя индивидуальными веществами (минералами), условно названными­:алит, белит, алюминатицелит. По химическому составу они близки, соответственно, ктрехкальциевому силикату;двухкальциевому силикату;трехкальциевому алюминату;четырехкальциевому алюмоферритуи для простоты отождествляются с ними (табл. 1.1).

Таблица 1.1