Количественный рост производства цемента в нашей стране

Введение в состав сырьевой смеси плавней обеспечивает более низкую температуру ее спекания. К плавням относят полевые шпаты, пегматит, доломит, тальк, магнезит, карбонаты бария и стронция, нефелиновые сиениты (для фаянсовых масс). Искусственный керамический материал, отформованный из глинистого сырья, получается в результате сложных физических, химических и физико-химических изменений, происходящих при обжиге, т.е. при воздействии высоких температур.

5. Что представляет  собой магнезиальные вяжущие  вещества и их основное отличие от других вяжущих материалов?

Магнезиальные вяжущие  вещества относят к группе воздушных  вяжущих. Воздушные вяжущие, состоящие в основном из оксида магния и твердеющие при затворении водными растворами солей магния, относят к магнезиальным вяжущим веществам (каустический магнезит, каустический доломит),

Каустический магнезит получают из природного магнезита МgСО₃ обжигом при 700... 800°С и последующим тонким измельчением. В составе вяжущего содержание оксида магния (МgО) не менее 75%. При затворении каустического магнезита водой процесс гидратации оксида магния идет очень медленно и затвердевший камень имеет невысокую прочность, поэтому вяжущее затворяют водным раствором хлористого или сернокислого магния. При этом повышается растворимость МgО и резко ускоряется процесс твердения. Наряду с гидратацией оксида магния образуются комплексные соли (например, гидрооксихлорид магния ЗМgО • МgСl₂ • 6Н ₂О). Это создает условия для получения камня высокой прочности.

В отличие от других вяжущих, магнезиальные затворяют не водой, так как в этих условиях процесс  набора прочности проходил бы крайне медленно, а растворами хлористого или сернокислого магния. Скорость схватывания и конечная прочность изделий зависят от концентрации применяемых растворов. Чем она выше, тем медленнее схватывается вяжущее, но тем выше конечная прочность получаемого камня.

Сроки схватывания каустического  магнезита: начало - не ранее чем  через 20 мин, конец - не позднее чем через 6 ч после затворения. Через сутки прочность камня на растяжение составляет не менее 1.5 МПа. Марки каустического магнезита по прочности при сжатии (в кгс/см ): 400, 500 и 600.

 Каустический доломит изготавливают обжигом природного доломита СаСО₃•МgСОз при 650... 750°С, что ниже температуры диссоциации углекислого кальция. Каустический доломит состоит из активного оксида магния и карбоната кальция, который, не обладая вяжущими свойствами, является инертной частью вяжущего. Поэтому каустический доломит, представляя собой типичное магнезиальное вяжущее, имеет марочную прочность ниже, чем у каустического магнезита: от 100 до 300 кгс/см (в зависимости от содержания МgО).

Тонкость помола магнезиальных  вяжущих составляет на сите 02 не более 5% остатка, 008 — не более 25%.

Магнезиальные вяжущие  обладают высокой адгезией к древесным  материалам (опилкам, стружкам и т.д.) и придают им повышенную стойкость против загнивания, возгорания и истирания. Их в основном используют для изготовления теплоизоляционного материала фибролита (совместно с древесными стружками) и магнезиально-опилочного материала для полов ксилолита. В заводских условиях прессованием производят ксилолитовые плитки, а на стройках делают монолитные ксилолитовые полы.

6. Что такое портландцемент. Его химический состав и особенности технологии производства по сухому способу.

Портландцемент (сокращенное  наименование, предусмотренное стандартом, ПЦ) - гидравлическое вяжущее вещество, продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с небольшой добавкой гипса (3...5%). Клинкер получают обжигом до спекания сырьевой смеси, обеспечивающей преобладание в цементе силикатов кальция. Гипс вводят для замедления схватывания цемента.

Портландцемент - это  наиболее распространенное во всем мире и важнейшее для современного строительства гидравлическое вяжущее вещество. Портландцемент является основой для изготовления многочисленных разновидностей цементов, обладающих специальными свойствами и используемых в самых различных целях. К таким цементам относятся: быстротвердеющий и гидрофобный, белый и сульфатостойкий и др.

Название «портландцемент» связано с географическим названием (Портланд - полуостров на юге Великобритании). Начало производства современного гидравлического цемента было положено практически одновременно и независимо друг от друга русским изобретателем Егором Челиевым, выпустившим в 1825 г. книгу, в которой описан применявшийся им способ получения водостойкого цемента, не имеющего принципиальных отличий от технологии современного портландцемента, и англичанином Д. Аспдином, получившим в 1824 и 1825 г. патенты на изготовление цемента, названного им «портландский».

Сырье и производство

Сырьем для получения  клинкера служат карбонатные горные породы с высоким содержанием углекислого кальция (известняки различного вида, мел, мергель) и глинистые породы (глины, сланцы), содержащие оксиды кремния, алюминия и железа. Соотношение между ними в сырьевой смеси выбирают расчетом для получения клинкера определенного химического состава (% по массе): СаО - 63 ... 67; SiO₂ - 20 ... 24; А1₂О₃ - 4 ... 8; Fе₂О₃ - 2... 5. Ориентировочно смесь состоит из 75 % известняка и 25 % глины. При необходимости в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки, содержащие недостающие оксиды (трепел, железная руда и др.). Все шире для изготовления ПЦ используют побочные продукты других производств: доменный шлак, нефелиновый шлам и т.п.

Приготовление сырьевой смеси сводится к получению однородной тонкоизмельченной смеси надлежащего состава. Эта операция осуществляется мокрым или сухим способом. Соответственно различают мокрый и сухой способы производства ПЦ.

При мокром способе сырьевые материалы измельчают и смешивают в присутствии воды до образования вязко-текучей массы - шлама с влажностью 36...40%. Мокрым способом перерабатывают мягкое сырье с повышенной влажностью (мел, глина). Этот способ отличается в худшую сторону высокой энергоемкостью обжига, связанной с испарением содержащейся в шламе воды.

Сухой способ заключается в совместном измельчении сухих или предварительно высушенных компонентов, взятых в заданном соотношении. Получаемый в результате порошок (сырьевая мука) должен иметь остаточную влажность не более 2%. Сухой способ экономичнее и особенно выгоден при использовании однородного сырья с невысокой естественной влажностью.

Обжигают сырьевую смесь  во вращающихся печах, представляющих собой стальной барабан длиной до 230 м и диаметром до 7 м. Печь изнутри защищена огнеупорной футеровкой и установлена на опорах под углом 3 ... 4 ° к горизонту. При медленном вращении печи вокруг продольной оси сырьевая смесь перемещается в ней от верхнего холодного конца к нижнему горячему, откуда через форсунку вдувается топливо, сгорающее в виде факела длиной более 20 м. Горячие газы поступают навстречу сырью и обжигают его.

Образование клинкера является результатом сложных физических и химических процессов, вызванных  повышением температуры сырьевой смеси до максимальной (1 450 °С). При нагревании последовательно происходит испарение свободной воды, выгорание органических примесей, удаление химически связанной влаги из глины, термическое разложение известняка и дегидратированной глины с образованием свободных химически активных СаО, SiO₂, А1₂О₃, Fе₂О₃. При температуре выше 1000°С при взаимодействии кислых и основных оксидов формируются новые соединения - минералы, которые частично плавясь и спекаясь друг с другом после остывания образуют портландцементный клинкер. Клинкер состоит из прочных окатанных гранул размером от 10 до 40 мм. Для повышения реакционной способности цемента клинкер после выхода из печи подвергают быстрому охлаждению до 100... 150 °С и выдерживают на складе 1... 2 недели.

Для получения ПЦ клинкер измельчают в шаровых мельницах с небольшим количеством природного гипса. Готовый цемент - очень тонкий порошок темно-серого или зеленовато-серого цвета. После помола цемент хранят в силосах - металлических или железобетонных емкостях цилиндрической формы диаметром 10... 15 м и высотой 25... 30 м. Во время хранения цемент постепенно остывает после помола; свободный оксид кальция гасится влагой, содержащейся в воздухе.

Потребителям цемент отправляют в защищенном от увлажнения виде либо навалом в автоцементовозах, вагонах-цементовозах, крытых железнодорожных вагонах, либо упакованным в многослойные бумажные или полиэтиленовые мешки.

7. От чего зависит  прочность строительного раствора? Формула прочности.

Прочность при сжатии растворов характеризуется маркой. Марка раствора определяется пределом прочности при сжатии образцов - кубов с длиной ребра 7,07см, которые изготавливают из рабочей растворной смеси и испытывают в возрасте, установленном ГОСТом или ТУ на данный вид раствора. До испытания образцы твердеют в стандартных условиях или условиях, соответствующих эксплуатационным. На каждый срок испытания изготавливают три образца.

Из растворной смеси  подвижностью менее 5 см образцы изготавливают в формах с поддоном. При подвижности смеси 5 см и более образцы-кубы изготавливают в формах без поддона, которые устанавливают на пористое основание - керамический кирпич. Водопоглощение кирпича должно быть 10... 15% по массе, влажность - не более 2%.

По пределу прочности  при сжатии (кгс/см³ ) строительные растворы имеют следующие марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150 и 200. Раствор марок 4 и 10 изготавливают преимущественно на извести или местных вяжущих, например известково-шлаковом или известково-пуццолановом. Как правило, прочность растворов на растяжение в 5... 10 раз меньше их прочности при сжатии.

На прочность растворов  влияют многие факторы, важнейшие из которых качество примененных материалов и пористость раствора которая зависит прежде всего от водовяжущего отношения. Водовяжущее отношение получается при делении массы воды затворения на массу вяжущих материалов. В зависимости от вида вяжущего материала различают водоцементное (В/Ц), водоизвестковое (В/И) отношение и так далее.

Опытным путем установлено, что при увеличении водовяжущего отношения выше определенного предела прочность раствора снижается. Однако работать с растворами с низкими значениями водовяжущего отношения, т.е. содержащими малое количество воды, очень трудно, а иногда и просто невозможно, так как смесь очень жесткая. Поэтому при приготовлении строительных растворов воды берут значительно больше, чем это требуется для обеспечения химической реакции затвердевания вяжущего вещества (например, в цементных растворах В/Ц близко к 0,5, хотя для полной гидратации цемента достаточно, чтобы В/Ц - 0,2). Избыток воды, которая испаряется с наружной поверхности или поглощается из раствора пористым основанием, формирует в растворе множество тонких капиллярных пор и полостей, что ведет к снижению плотности и прочности раствора.

Прочность раствора определяется как прочностью затвердевшего теста вяжущего, так и прочностью его сцепления с заполнителем. Прочность затвердевшего теста вяжущего зависит от активности вяжущего (марки) и соответствия условий твердения раствора оптимальным условиям твердения вяжущего. Так, для успешного твердения цементных растворов необходимо поддерживать влажность раствора длительное время - до нескольких недель, так как рост его прочности происходит постепенно, однако скорость нарастания прочности со временем падает.

Гипсовые растворы твердеют быстро и требуют сухих условий твердения. Известковые растворы твердеют медленно и имеют невысокую прочность,

Прочность цементного раствора при отсутствии отсоса воды зависит от активности цемента (Кц) и цементно-водного отношения (Ц/В). Зависимость предела прочности раствора при сжатии в возрасте 28 сут нормального твердения (R₂₈) определяется формулой Н. А. Попова:

R₂₈ = 0.4R_ц (Ц/В – 0,3)

Прочность смешанных  цементных растворов, уложенных  на пористое основание (например, кирпич), удобно выразить в зависимости от расхода вяжущего вещества, а не от Ц/В, поскольку после отсоса воды основанием в растворах разного состава остается примерно одинаковое количество вода:

R₂₈ = KR_ц (Ц – 0,05)+4

где К- коэффициент, зависящий от качества песка (для крупного песка К = 2,2; песка средней крупности К = 1,8; мелкого песка К = 1,4); Ц - расход цемента, песка, т/м³.

Большинство растворов, используемых в отделочных работах, должны иметь относительно невысокую марку 25... 50, в то время как минимальная марка цемента - 300. Поэтому, чтобы уменьшить расход цемента и снизить стоимость раствора, сохранив необходимые свойства растворной смеси_? применяют смешанные вяжущие: цемент и известь (или глину). Прочность смешанных растворов зависит от количества введенной в раствор извести или глины. На основании опытных данных, обобщенных в виде формул и графиков, составлены таблицы для определения состава смешанных растворов различных марок, в которых даны оптимальные дозировки известкового или глиняного теста и которыми широко пользуются на практике.

Прочность раствора в  значительней степени зависит от прочности заполнителя. Так, прочность  раствора с заполнителем из прочных горных пород может быть на 25... 50% выше, чем при использовании заполнителей с невысокой прочностью (керамзит, шлак).

8. Какие физико-химические  процессы протекают при автоклавной  обработке силикатных блоков?

Силикатным бетоном  называется искусственный каменный материал, который получается в результате автоклавного твердения однородной смеси извести, песка (или иного мелкого компонента, содержащего силикатные и алюмосиликатные минералы) и воды. Вместо природных песков в качестве кремнеземистого компонента в силикатном бетоне можно применять золы горючих сланцев и бурых углей, измельченные шлаки с повышенным содержанием кремнезема, а также супеси и суглинки. Изделия из силикатного бетона изготавливают в заводских условиях, используя специальное строительное оборудование. Основным цементирующим веществом в силикатном бетоне является гидросиликат кальция СаО • SiО₂ • Н₂О, который образуется при химическом взаимодействии гидрата окиси кальция - Са(ОН)₂ - с кремнеземом, содержащихся в компонентах силикатного бетона. Это взаимодействие интенсивно протекает только при сохранении воды в жидкой фазе при температурах, превышающих  100 градусов, что и обеспечивается при повышенном давлении насыщенного пара в автоклаве. Например, чтобы сохранить воду в жидком состоянии при температуре 175 - 185°С, необходимо поддерживать давление пара в автоклаве в пределах 8-10 атм. Автоклав представляет собой трубу длиной 19м и диаметром 2м, вместимостью 12 вагонеток (V=5965 м³). Режим работы автоклава: 1,5 час - подъём пара, 5-6 час - выдержка, 1 -1,5 час - спуск пара.