Химия цемента: Спиновая химия цементных систем

Получение. Сырьем для получения цементов служат прир. материалы (известковые, глинистые, мергелистые, гипсовые, глиноземистые породы) и пром. отходы (металлургич. и топливные шлаки, золы от сжигания углей, белитовый шлам, отходы от переработки нефелиновых пород и др.).
Произ-во цементов включает приготовление сырьевой смеси (дробление исходных материалов, их тонкий помол, перемешивание, корректировка хим. состава смеси), обжиг сырьевой смеси, тонкий помол обожженного продукта (клинкера) до порошкообразного состояния вместе с небольшим кол-вом гипса, активными (шлак, зола, гемза) и неактивными при взаимод. с водой (кварц, карбонатные породы) минер. добавками и др. в-вами, придающими цементам нужные св-ва (напр., пластификаторы, гидрофобные добавки).
В зависимости от метода приготовления сырьевой смеси различают сухой, мокрый и комбинир. способы произ-ва. При сухом способе сырье (известняк и глина) в процессе дробления и помола в мельницах высушивается и превращается в сырьевую муку, после чего мука поступает на обжиг. При мокром способе помол сырьевых компонентов осуществляют в мельницах в присут. воды, к-рую вводят для понижения твердости, интенсификации процесса помола и уменьшения удельного расхода энергии. Влажность сырьевой смеси (шлама), поступающего на обжиг, при мокром помоле составляет 34-43% по массе; для снижения влажности шлама к сырьевой смеси добавляют сульфитно-дрожжевую бражку, триполифосфат Na или ПАВ. При комбинированном способе сырьевая смесь готовится по предыдущей схеме, затем обезвоживается на вакуум-фильтрах или вакуум-прессах, формуется в гранулы и поступает на обжиг.
Обжиг сырьевой смеси осуществляют при 1450 °С во вращающихся (редко шахтных) печах, представляющих собой наклонный стальной цилиндр, в загрузочную часть к-рого подается сырьевая смесь, а со стороны выгрузки (головки) печи через форсунку — топливо (см. Печи). Сырьевая смесь движется по направлению к головке печи, подвергаясь действию нагретых топочных газов. Вращающуюся печь условно разделяют на неск. технол. зон. В зоне сушки под действием отходящих топочных газов сырьевая смесь подсушивается, в зоне подогрева нагревается до 500-600 °С и переходит в зону кальцинирования (900-1200 °С), в к-рой происходит разложение СаСО₃. Получающийся СаО в твердом состоянии взаимод. с составными частями глины и железистого компонента с образованием в экзотермич. зоне 2CaO x SiO₂, 5СаО x 3А1₂О₃, 3СаО x А1₂O₃, 4CaO x Al₂O₃ x_{Fe2O3, 2CaO x Fe2O3, а также СаО, MgO и др. оксидов.
В зоне спекания при т-ре 1450 °С обжигаемый материал (клинкер) частично плавится; в этой зоне образуется главный минерал клинкера ЗСаО x SiO2. При дальнейшем прохождении по печи клинкер попадает в зону охлаждения (т-ра 1000-1200 °С). Холодный клинкер дробят и тонко измельчают вместе с гипсом и др. добавками в барабанных шаровых мельницах, а затем транспортируют в железобетонные цилиндрич. емкости - т. наз. цементные силосы.}

Свойства. При взаимод. цементов с водой — гидратации, затворении — первоначально образуется пластичное цементное тесто, к-рое со временем на воздухе или в воде уплотняется, теряет пластичность и превращается в т. наз. цементный камень. Безводные минералы клинкера превращаются при этом в соответствующие гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферраты(III) Са, напр.:

ЗСаО x SiO₂ + 2H₂O Ca₂SiO₄ x Н₂О + Са(ОН)₂
Ca₂SiO₄ + Н₂О Ca₂SiO₄ х Н₂О ЗСаО х А1₂О₃ + 6Н₂О ЗСаО х А1₂О₃ х 6Н₂О

Образовавшийся Са(ОН)₂ под действием СО₂воздуха постепенно превращается в СаСО₃, гидроалюминаты Са с гипсом в присут. воды дают двойные основные сульфаты, напр. Са₆А1₂(ОН)₁₂(SО₄)₃ x26Н₂О и Ca₄Al₂(OH)₁₂SO₄ x6H₂O. При получении бетона образовавшийся Са(ОН)₂ с СО₂воздуха и SiO₂ превращается в очень прочную массу, состоящую из карбонатов и силикатов Са.

Табл. 1.-ОСНОВНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

*Гидрофобные добавки — мылонафт, олеиновая к-та, иногда триэтаноламин. **Пластифицирующая добавка — лигносульфонаты. ***При содержании 40-48% Al₂O₃ наз. обычным глиноземистым, при содержании 60-72% Al₂O₃ — высокоглиноземистым (талюмом), при более 72% Al₂O₃ — особо чистым высоко-глиноземистым.

Существуют две осн. теории механизма гидратации цементов: согласно одной из них, гидратация идет в р-ре, из к-рого выпадают образующиеся гидраты, согласно второй — вода присоединяется к твердому в-ву. Гидратные новообразования совместно с первоначальными частицами создают рыхлую коагуляц. структуру, в к-рой протекают процессы кристаллизации гидратов. При этом образуются кристаллич. сростки, пронизывающие структуру и вызывающие уплотнение цементного теста (схватывание). Началом схватывания считается начало процесса потери пластичности, концом — переход в плотное (хотя и непрочное) состояние. Нарастание прочности при твердении определяется медленной кристаллизацией гидратных составляющих цементного камня.
По прочности цементы делится на марки, к-рые определяются гл. обр. пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40 х 40 х 160 мм, изготовленных из цементного р-ра состава 1:3 (по массе) с кварцевым песком (срок твердения образцов в воде 28 сут с момента изготовления). Марки выражаются цифрами 300-600 (как правило, через 100), обозначающими прочность при сжатии соотв. в 30-60 МПа (табл. 2).

Табл. 2.— ПРОЧНОСТЬ НЕКОТОРЫХ МАРОК ЦЕМЕНТОВ

Лит. : Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В. В., Химическая технология вяжущих материалов, М., 1980; Кузнецова Т. В., Алюминатные и сульфалюминатные цементы, М., 1986; Taylor H.F.W., Cement chemistry, L., 1990.

Т. В. Кузнецова.

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

ХИМИЯ ЦЕМЕНТА И ВИДЫ ЦЕМЕНТА 3

ЕСЛИ ВЫ РАБОТАЕТЕ В ЦЕМЕНТНЫЙ ЗАВОД И ВАМ НУЖНЫ КУРСЫ И РУКОВОДСТВА, КАК ЭТО РУКОВОДСТВО, А ТАКЖЕ КНИГИ, ЛИСТЫ EXCEL И ПРИМЕЧАНИЯ Я ПОТРЕБОВАЛ 23 ГОДА, ЧТОБЫ ЗАГРУЗИТЬ ИХ СЕЙЧАС

Цемент представляет собой гидравлическое вяжущее, т.е. лик, тонкоизмельченное вещество, которое после смешивания с водой схватывается и твердеет самостоятельно в результате химических реакций с водой затворения и после затвердевания сохраняет свою прочность и устойчивость даже под водой. Поэтому наиболее важной областью применения является производство раствора и бетона, т. е. склеивание природных или искусственных заполнителей с образованием прочного строительного материала, стойкого к обычным воздействиям окружающей среды.
Портландцемент — это название, данное цементу, полученному путем тщательного смешивания известняковых и глинистых или других материалов, содержащих кремнезем, глинозем и оксид железа, их обжига при температуре клинкера и измельчения полученного клинкера. Тем не менее цемент можно рассматривать как находящийся в замороженном равновесии, т. е. предполагается, что охлажденные продукты воспроизводят равновесие, существующее при температуре клинкера.
Основные соединения в цементе: Во всех портландцементах есть четыре основных соединения. Изменение процентного состава соединений влияет на свойства цемента. Эти соединения приведены в таблице 1.1 ниже:

Таблица 1.1
Состав цемента

Эти основные фазы присутствуют в клинкере и негидратированном портландцементе.
Образуются при высокой температуре (1450 °C) в цементной печи. Соединения, обозначаемые как C3S, C2S,
C3A и C4AF, известны как основные кристаллические фазы портландцемента. Фазовый состав
конкретного цемента можно количественно определить с помощью сложного набора вычислений, известного как формула Bogue
.

Основные фазы портландцемента до и после гидратации:

Эти оксиды используются для создания более сложных соединений. Основные кристаллические фазы, описанные ниже, относятся соответственно к составу:

• Клинкер и негидратированный портландцемент, и;
• Затвердевшие цементные массы, полученные после гидратации и схватывания цемента.
• Гидратированная цементная паста
• Продукты гидратации, образующиеся в затвердевших цементных пастах (ГЦП), более сложны, поскольку многие из этих продуктов имеют почти одинаковую формулу, а некоторые представляют собой твердые растворы с перекрывающейся формулой. Некоторые примеры приведены ниже:

• Дефисы в C-S-H указывают на фазу гидрата силиката кальция переменного состава, тогда как CSH указывает на фазу силиката кальция Cah3SiO4.

Различные виды производимого цемента:

> Обычный портландцемент (OPC): Это, безусловно, наиболее распространенный цемент, используемый в общем бетонном строительстве, когда нет воздействия сульфатов в почве или грунтовых водах. Как следствие, современные цементы имеют более высокую 28-дневную прочность, чем в прошлом, но более поздний прирост прочности меньше. Практическим следствием этого является то, что мы больше не можем ожидать «улучшения с возрастом». Обыкновенный портландцемент является наиболее широко используемым цементом. Кроме того, при использовании цемента с высокой начальной прочностью для заданной 28-дневной прочности бетона можно использовать более бедную смесь с более высоким водоцементным отношением. Некоторые из этих смесей имеют недостаточную стойкость.
> Портланд-пуццолановый цемент (PPC) содержит до 35% летучей золы. Летучая зола является пуццолановой, поэтому предельная прочность сохраняется. Поскольку добавление летучей золы позволяет снизить содержание воды в бетоне, можно также сохранить раннюю прочность. Там, где доступна дешевая летучая зола хорошего качества, она может быть экономичной альтернативой обычному портландцементу.
Как правило, портланд-пуццолановые цементы набирают прочность медленно и поэтому требуют отверждения в течение сравнительно длительного периода, но высокая долговременная прочность показывает, что аналогичное поведение происходит, когда пуццолан заменяет часть цемента, но долговременная прочность зависит от уровень замены.

>Шлакопортландцемент (ШПЦ) содержит до 70% молотого гранулированного доменного шлака, остальное портландклинкер и немного гипса. Все композиции обладают высоким пределом прочности, но с увеличением содержания шлака снижается начальная прочность, повышается сульфатостойкость и снижается тепловыделение. Используется как экономичная альтернатива сульфатостойким и низкотемпературным портландцементам.
Гидратация шлака начинается, когда известь, выделяющаяся при гидратации портландцемента, обеспечивает правильную щелочность; последующая гидратация не зависит от извести. Типичное использование — в массовом бетоне из-за более низкой теплоты гидратации и в строительстве с использованием морской воды из-за лучшей стойкости к сульфатам (из-за более низкого содержания C3A), чем у обычного портландцемента. Шлак с низким содержанием щелочи также можно использовать с заполнителем, предположительно реакционноспособным по отношению к щелочи.

• Необходимо использовать цемент соответствующей марки и типа для конкретных применений и условий окружающей среды. Различные типы цемента, производимые в Индии, показаны в таблице 1.1.

1.2 Физические и химические характеристики различных цементов приведены в таблицах 1.3 и 1.4.

Прочность Характеристики
> Функциональные требования — прогиб, ширина трещины и т. д.
> Расчетные параметры — прочность, крупность, требования по времени схватывания и т. д.
> Скорость строительства — время строительства и т. д.
> Условия окружающей среды — грунтовые условия, растворимые соли, сульфаты, химические вещества заводы и т. д.

1.6 Пригодность различных марок цемента:

А. 33 марки OPC:
 Применяется для бетона нормальной марки до М-20, штукатурных работ, настила полов, заливки кабельных каналов в ЦУП и т.д. Тонина должна быть между 225 и 280.
B. 43 класс OPC:
 Это наиболее широко используемый цемент общего назначения.
 Для бетона марок до М-30, сборные элементы.
 Для морских сооружений, но C3A должно быть в пределах 5-8%.
C. 53 марка OPC:
 Для бетона марки выше М-30, работ PSC, мостов, дорог, многоэтажных зданий и т.д.
 Для бетонирования в холодную погоду.
 Для морских сооружений, но C3A должно быть в пределах 5-8%.
D. Шлакопортландцемент (PSC), т. е. OPC + гранулированный шлак: дает низкую теплоту гидратации. Шлак должен быть более 50% и до 70%. Используется для ;
 Морские и прибрежные сооружения – очень высокая стойкость к хлоридам и сульфатам.
 Работы по очистке сточных вод
 Водоочистные сооружения
 Конструкции, которые, как ожидается, будут подвергаться воздействию растворенных хлоридов и сульфат-ионов.
 В основном следует использовать для всех будущих конструкций.

E. Портланд-пуццолановый цемент: IS: 1489(часть-I) – 1991 (с использованием летучей золы):
 Дает низкую теплоту гидратации и уменьшает выщелачивание гидроксида кальция. Этот цемент следует использовать только после надлежащей оценки. Это должно быть проверено в соответствии с IS: 1489.(Часть I) – 1991. Применяется для:
 гидротехнических сооружений – плотин, подпорных стенок
 Морских сооружений
 Массивных бетонных работ, таких как опоры мостов
 в агрессивных условиях
 Кладочный раствор и штукатурка.
F. SRC- Сульфатоустойчивый цемент: (C3A < 5%)
 Сульфатоустойчивый портландцемент представляет собой тип портландцемента, в котором количество трикальцийалюмината (C3A) ограничено до уровня ниже 5%, а 2C3A + C4AF ниже 25%. SRC можно использовать для конструкционного бетона везде, где OPC, PPC или шлакоцемент можно использовать в нормальных условиях.
 Использование SRC особенно выгодно в таких условиях, когда бетон подвергается риску разрушения из-за сульфатного воздействия, например, при контакте с грунтами и грунтовыми водами, содержащими избыточное количество сульфатов, а также для бетона в морской воде. или выставлены непосредственно на морское побережье. В IS 456 (пересмотренный проект кодекса) содержатся подробные положения об использовании определенного типа цемента против различного процентного содержания растворимых сульфатных солей. Эти положения приведены в таблице 1.6 ниже:

Использование SRC рекомендуется для следующих применений:

 Фундаменты, сваи
 Фундаменты и подземные сооружения
 Канализационные и водоочистные сооружения
 Химические заводы
 Подходит для подземных работ, где сульфат присутствует в Почва и вода.

Внимание:

i) Цемент, устойчивый к сульфатам, не подходит там, где существует опасность воздействия хлоридов. Это вызовет коррозию арматуры.
ii) Если присутствуют как хлориды, так и сульфаты, следует использовать обычный портландцемент с C3A между 5 и 8.

Сульфатостойкость цементов: Химическая стойкость различных видов цемента в различных условиях окружающей среды приведена в таблице 6. 7.

G. Низкотемпературный портландцемент: Низкотемпературный портландцемент особенно подходит для изготовления бетона для плотин и многих других типов водоудерживающих конструкций, устоев мостов, массивных подпорных стен, опор и плит и т. д. При массовом бетонировании часто значительное повышение температуры из-за тепла, выделяемого при схватывании и затвердевании цемента. Усадка, возникающая при последующем охлаждении, создает в бетоне растягивающие напряжения, что может привести к растрескиванию. Использование низкотемпературного цемента выгодно, поскольку он выделяет меньше тепла, чем OPC. Этот цемент не доступен на рынке на постоянной основе, и его необходимо приобретать по специальным заказам.
H. Быстротвердеющий цемент: Быстротвердеющий цемент используется для ремонтных и восстановительных работ и там, где требуется скорость строительства и досрочное завершение из-за ограничений времени, места или по другим причинам. Цемент предназначен для бетонирования в холодную погоду, т. е.

temp < 5 0C. Быстротвердеющий цемент в основном представляет собой OPC, но его крупность составляет 3250 см2/г против 2250 см2/г в случае OPC. Прочность на сжатие через 1 день составляет 16 Н/мм2, через 3 дня 27 Н/мм2. В настоящее время в стране доступны OPC более высокого качества для удовлетворения этих требований, и поэтому этот цемент не производится и не продается на регулярной основе. Характеристики этого цемента может эффективно удовлетворить только OPC марки 53 хорошего качества.

I. Цемент специального сорта (43-S и 53-S): Цемент специального сорта изготавливается в соответствии со спецификацией, установленной BIS IS 8112 и 12269. Это очень тонкоизмельченный цемент с высоким содержанием C3S, предназначенный для раннего развития прочность, необходимая для изготовления бетонной шпалы для индийских железных дорог. Этот цемент также можно с успехом использовать для других применений, где требуется высокопрочный бетон. Этот цемент можно использовать для предварительно напряженных бетонных элементов, высотных зданий, высокопрочного бетона и т. д.

ЕСЛИ ВЫ РАБОТАЕТЕ НА ЦЕМЕНТНОМ ЗАВОДЕ И ВАМ НУЖНЫ КУРСЫ И РУКОВОДСТВА, КАК ЭТО РУКОВОДСТВО, А ТАКЖЕ КНИГИ И ЛИСТЫ EXCEL И ПРИМЕЧАНИЯ, НА ИХ СОБИРАНИЕ Я ПОТРАТИЛ 23 ГОДА, ВЫ ДОЛЖНЫ НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ СКАЧАТЬ ИХ СЕЙЧАС 90 026

Предыдущий Сообщение

Следующее сообщение

Химия в основе бетона — Декор бетона