Портландцемент.

Получают путем тонкого измельчения обожженной до спекания сырьевой смеси. Сырьевая смесь состоит из известняка (75-78%) и глины (22-25%). В качестве добавки для регулирования сроков схватывания цемента вводят до 5% гипса. Производство портландцемента осуществляется в два приема:

1.Производство клинкера (добыча сырьевых материалов, их транспортировку, дробление, помол, смешивание в определенном количественном соотношении, обжиг сырьевой смеси до получения клинкера и его магнезирование).

2.Переработка клинкера в портландцемент (тонкий помол клинкера вместе с добавками, транспортировка цемента в силостный склад, хранение, расфасовка, выдача потребителю).

Технологическая схема получения портландцемента мокрым

способом.

1. склад известняка

2. склад глины

3. дробилка

4. глиняная болтушка

5. питатель

6. сырьевая смесь

7. вертикальный шлам-бассейн

8. горизонтальный шлам-бассейн

9. питатель

10. вращающаяся печь

11. склад клинкера

12. склад добавок

13. дробилка

14. цементная мельница

15. силостный склад цемента

16. упаковочная машина

Существует 2 способа приготовления сырьевой смеси:

1. По мокрому способу - в виде шлама с влажностью 36-42% подается сырьё.

Минус этого способа: высокие энергозатраты на испарение воды.

Плюс: высокая однородность сырья, следовательно, качественный цемент.

2. Сухой способ - в виде сырьевой муки подается сырье с влажностью от 8 до 12 %.

Минус этого способа: возможность получения цемента марок 300 и 400

Плюс: более экономичен.

Обжиг сырьевой смеси во вращающейся печи.

Во время обжига сырьевая смесь перемещается вдоль печи от места загрузки к месту выгрузки и при этом претерпевает ряд физико-химических превращений. В результате образуется спекшаяся каменная масса с размером зерен от 20 до 40мм – цементный клинкер. В зависимости от тех процессов, которые происходят во время обжига в различных частях печи, она условно (т.е. печь) делится на 6 зон.

1. зона сушки	2. зона прогрева	3. зона кольцени-рования	4. зона экзотермических реакций	5. зона спекания	6. зона остывания
tº≈200ºC	tº≈500ºC	tº≈900-1200ºC	tº≈1300ºC	tº≈1450-1500ºC	tº≈1000ºC

Во 2 зоне происходит выгорание органических примесей и полная дегидратация сырья.

В 3 зоне происходит разложение сырья на оксиды.

В 4 зоне образуются первые три клинкерных минерала:

2CaO·SiO₂; 3 CaO·Al₂O₃; 4CaO· Al₂O₃·Fe₂O₃

В 5 зоне спекание происходит за счет образования жидкой фазы легкоплавкой составляющей сырьевой смеси. Сырье здесь находится 20-30 минут. Происходит практически полное присоединение оксида кальция с образованием четвертого минерала: 3CaO·SiO₂

Содержание клинкерных минералов в портландцементе.

3CaO·SiO₂—C₃Sот 37 до 60%

2CaO·SiO₂—C₂Sот 15 до 35%

3 CaO·Al₂O₃—C₃Aот 4 до 16%

4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃—C₄AFот 10 до 18%

Твердение портландцемента.

В результате взаимодействия клинкерных минералов с водой образуются новые соединения: гидраты и силикаты. Эти гелеобразные вещества взаимодействуют между собой и с исходными клинкерными минералами, давая новые соединения. Все процессы протекают одновременно и налагаются один на другой. В процессе твердения портландцемента основное значение имеют скорости схватывания и твердения, причем они различны у всех клинкерных минералов.

Наибольшее влияние на качество цемента оказывает содержание трехкальциевого силиката, который обладает свойствами быстротвердеющего гидравлического вяжущего.

Двухкальциевый силикат- это медленно твердеющее гидравлическое вяжущее средней прочности.

Четырехкальциевый алюмофферит твердеет со средней скоростью и имеет среднюю прочность.

Таким образом, изменяя минералогический состав цемента, можно варьировать его качества.

Цементы высоких марок и быстротвердеющие изготавливают с высоким содержанием алита (трехкальциевый силикат).

Тонкоизмельченный клинкер характеризуется короткими сроками схватывания (от 3до 5 минут).

Алит в чистом виде вообще не пригоден. Задачу замедления сроков схватывания выполняет гипс, который энергично взаимодействует при затворении водой с трехкальциевым алюминатом с образованием нового минерала - эттрингит.

Замедление схватывания объясняется тем, что на поверхности зерен цемента образуются тонкие пленки эттрингита, которые препятствуют проникновению воды в глубь зерна цемента. Это снижает скорость схватывания цемента. При твердении цемента его объем равномерно изменяется на воздухе. С потерей влажности объем уменьшается на воздухе, а в воде происходит небольшое увеличение объема.

Для предупреждения усадочной деформации твердение цемента должно происходить во влажной среде. При испарении воды твердение цемента практически прекращается.

Значительное влияние на структуру строительного камня оказывает пористость, которая образуется вследствие вовлечения воздуха при перемешивании и зависит от начального содержания воды.

Для получения удобоукладываемой бетонной смеси в неё вводится в 2-3 раза больше воды, чем это требуется для химической её связи с цементом в процессе твердения. При благоприятных условиях воды требуется от 15 до 20 % от массы цемента. Для бетонной смеси требуется 40-60% воды.

Большое количество воды находится в свободном состоянии в виде мельчайших капель. После её испарения из затвердевшего цементного камня образуется множество пор, поэтому всегда для получения более плотной структуры цементного камня стремятся применять бетонную смесь с минимальным содержанием воды.

Прочность портландцемента характеризуется пределом прочности при изгибе и сжатии. Испытания проводятся на балочках размером 40*40*160 мм в течение 28 суток. Нормальные условия твердения цемента: влажность более 90% и

tº≈18±2ºC.

Марки цемента: М300(300-399 кгс/см²R_сж)

М400(400-499 кгс/см²R_сж)

М 500(500-549 кгс/см²R_сж)

М550(550-599 кгс/см²R_сж)

М600(600-699 кгс/см²R_сж)

В процессе твердения прочность цемента возрастает неравномерно.

Тонкость помола цемента, определяющая прочность цементного камня, оценивают удельной поверхностью зерен в 1г цемента.

S_уд.=2500-300см²/г

Считается, что повышение удельной поверхности на 1000см²/г увеличивает прочность цемента на 20-25%.

Усадка цементного камня.

В процессе эксплуатации и, особенно, в процессе твердения цемента у него изменяется объем. На воздухе при потере воды происходит уменьшение его объема, а во влажной среде или воде изменение объема практически не происходит.

Усадка вызывается физико-химическими процессами, протекающими в цементе при твердении с изменением влажности.

Суммарная величина усадки складывается из 3-х компонентов: влажностная усадка, контракционная усадка, карбонизационная усадка.

Влажностная усадкавызывается изменением распределения, перемещения и испарения воды в образовавшемся скелете цемента. Эта составляющая играет ведущую роль в суммарной усадке.

Контракционная усадкавызывается тем, что объем новообразований цемента меньше объема, занимаемого веществами, вступившими во взаимодействия. Данная усадка протекает в момент взаимодействия материалов с водой и между собой. В этот момент цемент ещё достаточно пластичен.

Карбонизационная усадкавызывается карбонизацией гидрата окиси кальция и развивается постепенно с поверхности вглубь материалов.

Ca(OH)₂+CO₂+nH₂O→CaCO₃+n+H₂O

Наиболее опасна влажностная усадка, поэтому в процессе твердения цемента необходимо соблюдать и выдерживать необходимые условия (влажность более 90%).

Стойкость цементного камня.

Цементный камень в инженерных сооружениях в процессе эксплуатации может подвергаться агрессивному воздействию: пресных и минерализованных вод, совместному действию воды и мороза, попеременному увлажнению и высыханию. Среди компонентов бетона цементный камень наиболее подвержен развитию коррозийных процессов.

Для этого цементный камень должен быть водо - , морозо - и атмосферостойким. Наиболее опасное воздействие на цемент - водной среды, которое подразделяется на 3 вида:

1. Разрушение цементного камня в результате растворения и вымывания некоторых составных частей.

2. Разрушение цементного камня водой, содержащей соли, способные вступать в обменные реакции с его составляющими. При этом образуются продукты, которые легко вымываются и выносятся фильтрующейся водой.

3. Разрушение цементного камня под действием сульфатов.

В порах цементного камня откладываются малорастворимые вещества, содержащиеся в воде. Эти вещества кристаллизуются, постепенно кристалл растет, оказывая значительное давление на стенки пор, и, в конечном итоге,разрывает его.

Виды борьбы с коррозией цементного камня.

1.Конструктивные меры:

-гидроизоляция

-водоотвод

-дренаж

2.Технологические меры:

-интенсивное уплотнение бетона при укладке

-использование бетонов с минимальным водоцементным отношением

- тщательный подбор состава и заполнителя

3.Получать коррозионостойкий цемент.

Пуццоланизация - связывание гидрата окиси кальция с активным кремнеземом из кислых гидравлических добавок.

Разновидности портландцемента.

Пластифицированный.

Содержит поверхностно активные добавки, повышающие подвижность и удобоукладываемость цемента, а затвердевшему цементному камню высокую морозостойкость. Это происходит вследствие высокой плотности цементного камня. В качестве пластифицирующих добавок часто используют отходы пищевой промышленности.

Гидрофобный портландцемент.

Содержит гидрофолизирующие добавки. В качестве добавки используют: мылонафт, асидол в количестве от 0,06-0,3% от массы цемента, вводят при помощи цементного клинкера.

В процессе измельчения добавка равномерно покрывает каждое зерно цемента, образуя тонкую пленку, таким образом, уменьшается свойство цемента смачиваться водой.

Быстротвердеющий портландцемент.

Маркировка обычного портландцемента: ПЦДО-М; ПЦД%5-М; ПЦД20-М.

Маркировка быстротвердеющего портландцемента БТЦ характеризуется интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения. Для этого требуется более тонкий помол цемента и большее содержание трехкальциевого силиката/

S_уд=4500-5500 см²/г

Белый портландцемент.

В качестве сырья для его получения используют чистый известняк или мрамор, и белые каолиновые глины. В качестве топлива используют природные краски. Различают три сорта по белизне: БЦ-1,БЦ-2,БЦ-3; и три марки по прочности: М-300, М-400,М-500. БЦ транспортируют только в закрытой таре.

Цветные портландцементы.

Получают совместным помолом клинкера белого цвета с минеральными красителями.

Красные - охра.

Синие - ультрамарин.

Зеленые - окись хрома

Черные - сажа.

Пуццолановый портландцемент.

Получают при помоле цементного клинкера с 25-40% активными минеральными добавками. Активными минеральными добавками называют природные или искусственные силикатные материалы, способные в тонкоизмельченном состоянии при затворении водой вступать в химическое взаимодействие с гидратом окиси кальция, образуя трудно растворимые соединения, благодаря чему такие цементы более стойкие к агрессивным воздействиям минерализованных вод.

Шлаковые цементы.

Эти цементы более высокого качества по сравнению с пуццолановыми, т.к. шлаки сами обладают свойствами гидравлических вяжущих. Получают совместным помолом цементного клинкера с 20-40% гранулированного доменного шлака. Такие цементы на 15-20% дешевле портландцемента. (ШПЦ)

Глиноземистый цемент.

Это быстротвердеющее в воде и на воздухе высокопрочное вяжущее вещество. Получают путем обжига до расплавления смеси материалов, богатых глиноземом Al₂O₃известью или известняком с последующим тонким измельчением. В отличие от портландцемента, клинкер которого состоит из силикатов кальция 3CaO·SiO₂и 2CaO·SiO₂от 70 до 80 %, глиноземистый цемент состоит в основном из низкоосновного алюминатокальцияCaO·Al₂O₃.Такие цементы в 3-4 раза дороже портландцемента.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ).

Получают при совместном помоле цементного клинкера, высокоглиноземистого шлака, гипса и гидравлических добавок. В отличие от обычного портландцемента расширяющийся цемент даже при твердении на воздухе увеличивается в объеме.