- •Кафедра «Производство строительных изделий и конструкций»
- •1. Введение
- •1.1. Общие сведения о вяжущих веществах, их значение для народного хозяйства
- •1.2. Краткие сведения о развитии производства вяжущих веществ
- •1.3. Классификация и номенклатура минеральных вяжущих материалов
- •2. Гипсовые и ангидритовые вяжущие
- •2.1. Сырье для производства гипсовых вяжущих
- •2.2. Дегидратация двуводного гипса и модификации водного и безводного СаSо4
- •2.3. Технология производства гипсовых вяжущих
- •2.4. Твердение гипсовых вяжущих
- •2.5. Свойства гипсовых вяжущих и их применение
- •2.6. Ангидритовые вяжущие вещества
- •3. Воздушная строительная известь
- •3.1. Разновидности строительной извести, ее состав
- •3.2. Сырьевые материалы для производства строительной воздушной извести
- •3.3. Технология производства строительной извести
- •3.4. Виды твердения воздушной строительной извести
- •3.5. Свойства строительной извести и ее применение
- •4. Магнезиальные вяжущие вещества
- •4.1. Сырье для производства магнезиальных вяжущих веществ
- •4.2. Производство каустического магнезита и каустического доломита
- •4.3. Твердение магнезиальных вяжущих веществ
- •4.4. Свойства магнезиальных вяжущих веществ
- •4.5. Применение магнезиальных вяжущих веществ
- •5. Гидравлическая известь
- •6. Портландцемент
- •6.1. Общая характеристика и вещественный состав портландцемента
- •6.2. Химический и минеральный состав клинкера
- •6.3. Сырьевые материалы для производства портландцемента
- •7. Технология производства портландцемента
- •7.1. Способы производства портландцемента
- •7.2. Добыча и транспортирование сырьевых материалов
- •7.3. Складирование сырья, добавок, топлива
- •7.4. Измельчение материалов и приготовление сырьевой смеси
- •7.5. Обжиг сырьевой смеси и получение клинкера
- •7.6. Помол клинкера и добавок и получение портландцемента
- •8. Физико-химические основы схватывания и твердения портландцемента. Структура цементного теста и камня
- •8.1. Взаимодействие цемента с водой и химический состав новообразований
- •8.2. Теория твердения портландцемента
- •8.3. Формирование структуры и свойств цементного теста
- •8.3. Структура цементного камня
- •10. Стойкость портландцемента к химической коррозии
- •11. Разновидностипортландцемента
- •11.1 Быстротвердеющий и высокопрочный портландцементы
- •11.2. Портландцемент с поверхностно-активными добавками
- •11.3. Сульфатостойкий портландцемент
- •11.4. Портландцемент с умеренной экзотермией
- •11.5. Портландцемент для дорожного строительства
- •11.5. Портландцемент для производства асбестоцементных изделий
- •11.6. Белый и цветные портландцементы
- •12. Многокомпонентные цементы с природными минеральными добавками
- •12.1. Активные минеральные добавки
- •12.2. Пуццолановый портландцемент
- •12.3. Известково-пуццолановое вяжущее вещество
- •12.4. Цементы с микронаполнителями
- •12.5. Композиционные гипсовые вяжущие
- •13. Шлаковые цементы
- •13.1. Шлаки и их свойства
- •13.2. Шлакопортландцемент
- •13.3. Извсстково-шлаковое вяжущее
- •13.4. Известково-зольное вяжущее
- •13.5. Сульфатно-шлаковые вяжущие
- •14. Цементы из специальных клинкеров
- •14.1. Глиноземистый цемент
- •14.2. Расширяющиеся и напрягающие цементы
- •14.3. Сверхбыстротвердеющие цементы
- •15. Органические вяжущие вещества
- •15.1. Полимерные вяжущие
- •15.2. Битумные и дегтевые вяжущие
- •15.3. Неорганические вяжущие с добавками полимерных веществ
11. Разновидностипортландцемента
Интенсивное развитие промышленного, гражданского, сельскохозяйственного и других видов строительства требует производства цементов, отличающихся от рядового портландцемента специальными строительно-техническими свойствами, областью применения и технологией изготовления. Ассортимент выпускаемых цементной промышленностью вяжущих материалов на основе портландцементного клинкера постоянно увеличивается, удовлетворяя запросы в них всех отраслей народного хозяйства страны.
11.1 Быстротвердеющий и высокопрочный портландцементы
Для обеспечения интенсивного возведения зданий и сооружений из сборного железобетона, изготовления фундаментов небольшого сечения, изделий и конструкций из железобетона без тепловлажностной обработки, получения предварительно напряженных изделий высоких марок, заделки швов и стыков при производстве аварийно-ремонтных и других видов работ необходимо применять цементы, обладающие высокой гидратационной активностью, быстрым нарастанием прочности в первые 1—3 сут твердения, имеющие высокую прочность в возрасте 7, 28 сут и в более поздние сроки твердения. Для удовлетворения потребности в цементах, имеющих перечисленные свойства, цементная промышленность страны выпускает быстротвердеющий портландцемент с минеральными добавками до 20 %—ПЦ-Д20-Б марок 400 и 500 и высокопрочный портландцемент марок 550 и 600 (ПЦ-ВП). Высокопрочные портландцементы, как правило, также обладают высокой прочностью и в начальные сроки твердения.
Производство высокопрочных и быстротвердеющих портландцементов является сложным процессом, требующим тщательного соблюдения требований специально разработанных технологических карт, четко налаженного оперативного контроля производства, начиная с карьеров и кончая отгрузкой готового цемента.
Минералогический состав клинкера для получения ПЦ-ВП и ПЦ-Б должен отличаться повышенным содержанием C3S: более 50 % для ПЦ-Б и около 60 % для ПЦ-ВП, чтобы повысить скорость гидратации и нарастания прочности цементного камня в начальные сроки твердения. Несмотря на высокую гидратационную активность, увеличение содержания в клинкере С3А выше 8—10 % нежелательно из-за повышения вязкости жидкой фазы в процессе обжига клинкера, затрудняющей полное усвоение извести при повышенных значениях КН смеси.
Сырьевая смесь для производства таких цементов должна быть измельчена значительно тоньше по сравнению с приготовленной для получения рядового портландцемента (остаток на сите № 008 не должен превышать 5 %). Корректирование и усреднение сырьевой смеси производят тщательно, чтобы шлам, поступающий в печь, имел постоянный химический состав и влажность. Питание печи осуществляют равномерно в строгом соответствии с заданной производительностью печи. Внутрипечные теплообменные устройства, в том числе цепная завеса, должны быть в полной исправности, а материал, выходящий из теплообменников, должен состоять из гранул оптимального зернового состава.
Обжигают клинкер для получения ПЦ-ВП и ПЦ-Б основном на беззольном топливе при более высокой (на 50 — 70 °С) температуре с укороченной ближней зоной спекания, стремясь к сильному и равномерному обжигу при непродолжительном воздействии максимальных температур. Охлаждение клинкера должно быть по возможности резким, для чего укорачивают зону охлаждения печи приближением факела и зоны спекания к головке печи, и клинкер с температурой 1200—1300 °С закаливают холодным воздухом (до 700 — 900 °С), подавая в колосниковый холодильник повышенное количество воздуха вентилятором острого дутья.
Для ускорения протекания реакций клинкерообразования в сырьевую смесь целесообразно вводить 0,5 — 1 % минерализатора процесса обжига (фториды и кремнефториды Na, Ca, Mg и др.). Применение минерализаторов позволяет увеличить производительность печи на 5—10 %, уменьшить расход топлива примерно на 5 %, поддерживать устойчивую обмазку во вращающейся печи.
Степень гидратации портландцемента обычного помола, твердевшего в течение 28 сут при нормальных условиях в растворе или бетоне, не превышает 55 — 60 %. Для повышения скорости гидратации при производстве ПЦ-ВП и ПЦ-Б увеличивают тонкость помола цемента до получения 3 — 8 % остатка на сите № 008. Образование большого количества очень мелких частиц в результате более продолжительного помола и измельчения грубых частиц клинкера, значительно увеличивает их общую поверхность, которая при взаимодействии с водой в момент затворения ускоряет процессы гидратации и гидролиза.
Скорость гидратации и увеличение прочности портландцемента взаимосвязаны с его гранулометрическим составом. Помол, при котором в цементе преобладают зерна размером менее 30 мкм (больше 75 %), позволяет предположить, что такой цемент будет проявлять свойства ПЦ-ВП, повышенное содержание в нем частиц размером менее 10 мкм — свойства ПЦ-Б.
С целью увеличения плотности бетона, изготовляемого на ПЦ-ВП или ПЦ-Б, его морозостойкости и коррозионной устойчивости в эти цементы при помоле вводят активные минеральные добавки, несколько снижающие их тепловыделение и водоотделение, увеличивающие плотность бетона и его трещиностойкость. В ПЦ-Д20-Б, как правило, вводят около 6— 15 % активных минеральных добавок или до 20 % гранулированного доменного или электротермофосфорного шлака. SiO2, находящаяся в добавке в активной форме, образует с выделяющейся при гидролизе C3S Са(ОН)2низкоосновные гидросиликаты кальция в виде геля, уплотняющего первичный кристаллический каркас. Постепенно кристаллизуясь в виде нитевидных кристаллов, врастающих в поры и капилляры, гелеобразная масса упрочняет сформировавшуюся структуру цементного камня. Снижение концентрации Са(ОН)2в системе приводит к ускорению процесса гидролиза зерен C3S и ускорению роста прочности в системе. Наличие повышенной концентрации Са(ОН)2в растворе при гидратации цементов, содержащих добавку шлака, активизирует вяжущие свойства стекловидной фазы в гранулированном шлаке, вводимом в ПЦ-Д20-Б, что способствует ускорению процесса гидратации и гидролиза клинкерной и шлаковой составляющих такого цемента.
Введение в ПЦ-ВП и ПЦ-Б минеральных добавок положительно сказывается на себестоимости такого цемента, снижая расход топлива, электроэнергии, увеличивая выпуск цемента за счет экономии клинкера. В настоящее время разработано несколько видор кристаллических добавок, введение которых в цемент до 5 % при помоле значительно ускоряет твердение и повышает прочности цемента (кренты, сульфоалюминатно- и сульфоферритно-силикатные продукты и др.). Их применение позволяет получать безусадочные ПЦ-ВП и ГЩ-Б. Введение до 5 % крентов (кристаллических компонентов) позволяет повысить прочность цемента на 8—15 МПа, переводя, например, цемент марки 400 с активностью 450 кгс/см2(45 МПа) в категорию высокопрочных без существенного изменения технологии его производства. Эффект увеличения прочности при введении крентов в цемент можно объяснить тем, что они содержат в своем составе повышенное количество сульфоалюмината, сульфоферрита кальция и подобных соединений, которые при взаимодействии с водой снижают концентрацию в ней Са(ОН)2, ускоряя гидролиз C3S, ускоряют образование большого количества эттрингита, создающего в процессе твердения каркас пространственной структуры, которая заполняется продуктами гидратации; цементный камень уплотняется, что обусловливает последующее интенсивное нарастание прочности. Введение крентов в портландцемент позволяет получить высокопрочные бетоны классов В 45—В 60 (марок М 600— М 800) и выше, обладающие рядом специальных строительно-технических свойств.
Применение ПЦ-ОБ дает возможность резко повысить темпы сооружения промышленных и гражданских объектов, так как бетоны, изготовленные на таком цементе с применением крентов и твердевшие при 10— 15°С в течение б— 10 ч, способны набирать до 30 — 50 % марочной прочности, в связи с чем последующее замерзание бетона почти не отражается на его конечной прочности после оттаивания.
В соответствии с рекомендациями о рациональных областях применения цементов основное назначение ПЦ-ВП марок 550, 600 и более — для приготовления бетонов классов В 40 (марок М 500) и более; допускается его применение для изготовления бетонов классов В 30 и В 35 (марок М 400 и М 450); основное назначение ПЦ-Б — для бетонов сборных конструкций с повышенной отпускной прочностью и монолитных конструкций; допускается его использование для бетонных и железобетонных сборных конструкций.
Для полного использования прочностных свойств ПЦ-Б, ПЦ-ОБ и ПЦ-ВП необходимо соблюдать правила их перевозки и хранения, стремясь применять их в изделиях в минимально короткий срок с момента изготовления.