Технологическая линия по производству быстротвердеющих общестроительных портландцементов

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Изменение прочности по времени образцов из цементного теста, твердевших при 20 ^оС

1 и 2 – тонкость  помола 3000 и 5000 см2/г, В/Ц = 0,25;

3 и 4 – тонкость  помола 3000 и 5000 см2/г, В/Ц = 0,35.

 

   Резкое ускорение  процессов твердения цементов  и бетонов наступает при 70 –  95 ^оС и особенно при 175 – 200 ^оС и выше. Однако такое интенсивное воздействие температуры на твердение цементов, а, следовательно, и бетонов проявляется лишь при наличии в них воды в жидком состоянии. Недостаток воды во время твердения при повышенных температурах не только замедляет процессы гидратации, но и снижает прочность и стойкость бетонов. При полном испарении воды процессы твердения прекращаются.

   Тепловлажная  обработка ПЦ при повышенных  температурах (80 – 200 ^оС) вызывает не только ускорение, но и большие изменения в химическом составе и структуре новообразований.  При повышенных температурах клинкерные минералы образуют гидратные соединения с пониженным количеством молекул воды.      Тепловлажностная обработка способствует увеличению размеров частичек новообразованием и тем в большей степени, чем выше температура и длительнее ее воздействие на твердеющий цемент. Все это снижает прочностные характеристики и повышает пористость цементного камня при одинаковой степени гидратации исходного вяжущего.

   Тепловлажная  обработка цемента при твердении тем слабее отражается на его прочности, пористости и некоторых других свойствах, чем раньше она проведена после затворения вяжущего водой при прочих равных условиях (Рис.2).

  

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Влияние условий  твердения на некоторые свойства цементного камня

I – твердение в воде при 20 ^оС в течение 28 сут, степень гидратации 0,66;

II – твердение в воде при 20 ^оС в течение 28 сут, затем в воде при 90 ^оС в течение 8 ч, степень гидратации 0,7;

III – твердение в воде при 20 ^оС в течение 28 сут, затем в воде при 174,5 ^оС в течение 8 ч, степень гидратации 0,75.

 

   Таким образом, тепловлажная обработка, способствуя ускорению твердения, может приводить к некоторому недоиспользованию потенциальных возможностей цементов, полнее проявляющихся при обычном твердении. Лишь автоклавная обработка, способна компенсировать отрицательное влияние и обеспечить получение бетонов высокой прочности.

  

   БТЦ  отличается  от обыкновенного цемента прежде  всего более интенсивным твердением  в первые 3 сут. Интенсивное твердение цемента в первые сроки возможно при достаточном количестве в нем зерен клинкера тонких фракций (0- 20 мкм). Суточная прочность цемента в основном зависит от содержания зерен клинкера размером менее 10 мкм, а 3-суточная – до 30 мкм. Процентное содержание указанных фракций клинкера в цементе определяет примерно ожидаемую его 1- и 3-суточную прочность.

   Через 3 сут  твердения в нормальных условиях  прочность БТЦ обычно достигает  60 – 70 % марочной. В последующие  сроки твердения интенсивность нарастания прочности замедляется и через 28 сут и более прочностные показатели быстротвердеющего цемента становятся такими же, как и у обычных высококачественных портландцементов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Условия разрушения (коррозии) композита на рассматриваемом продукте (вяжущем). Области применения продукта.

  

   Портландцемент  и различные его производные,  а, следовательно, и бетоны на их основе характеризуются относительно высокой стойкостью против действия многих агрессивных факторов, наиболее часто встречающихся при эксплуатации зданий и сооружений. Тем не менее, при неблагоприятных условиях они могут быстро разрушаться, и необходимы мероприятия, защищающие бетонные и железобетонные конструкции от преждевременного износа.

   Можно разделить  коррозионные процессы, возникающие в цементных бетонах при действии водной среды, по основным признакам на три группы.

· К первой группе (коррозия I вида) относятся процессы, протекающие в бетоне под действием вод с малой временной жесткостью. При этом некоторые составляющие цементного камня растворяются в воде и уносятся при ее фильтрации сквозь толщу бетона.

· Ко второй группе (коррозия II вида) относятся процессы, развивающиеся в бетоне под действием вод, содержащих вещества, вступающие в химические реакции с цементным камнем. Образующиеся при этом продукты реакций либо легко растворимы и уносятся водой, либо выделяются на месте реакции в виде аморфных масс, не обладающих вяжущими свойствами. К этой группе могут быть отнесены, например, процессы коррозии, связанные с воздействием на бетон различных кислот, магнезиальных и других солей.

· В третьей группе (коррозия III вида) объединены процессы коррозии, вызванные обменными реакциями с составляющими цементного камня, дающими продукты, которые, кристаллизуясь в порах и капиллярах, разрушают его. К этому же виду относятся процессы коррозии, обусловленные отложением в порах камня солей, выделяющихся из испаряющихся растворов, насыщающих бетон (солевая форма коррозии).

   Отложение солей в порах цементного камня возможно и при химической коррозии, сопровождающейся, в частности, образованием гидротрисульфоалюмината кальция (зттрингита), а также двуводного гипса. Этот процесс сопровождается сильным давлением кристаллов на стенки пор и капилляров и возникновением напряжений, вызывающих деформации в цементном камне и бетоне и даже их разрушение.

   При подсосе растворов  разных солей 5 %-ной концентрации  в течение 3 мес. кристаллизационное давление может достигать: при Na₂SO₄ - 4,4; MgSO₄ - 3,6; NaCl - 2,7; CaSO₄ - 0,09 МПа.

   При особенно неблагоприятных  температурных и влажностных  условиях в порах цементного  камня такие соли, как Na₂SO₄, MgSO_4*H₂O из безводных или маловодных форм могут переходить в соединения с большим количеством молекул воды (N₂SO_4*10H₂O, MgSO_4*7H₂O) переход сопровождается увеличением  объема твердой фазы в 1,5 - 3 раза и возникновением напряжений в десятки МПа, вызывающих большие деформации.

 

Классификация основных видов коррозии под действием природных вод:

 

1. Коррозия выщелачивания (I), вызываемая растворением гидроксида кальция, содержащегося в цементном камне, и выносом его из бетона. 

   Обусловливается  тем, что составляющие цементного  камня и,  в   первую очередь,  гидроксид кальция в той или  иной степени растворимы в  воде. Содержание его в цементном   камне   через  1 - 3 мес твердения достигает 10-15%, считая на СаО, а растворимость при обычных температурах  1,2 г/л. После вымывания свободного гидроксида кальция и уменьшения его концентрации в фильтрующейся через бетон воде до значения менее 1,1 г/л начинается разложение ЗСаО_*SiO_2*ЗН₂О с выделением из него гидроксида кальция.

   При дальнейшем уменьшении   концентрации   СаО в воде  до значений менее 0,56 г/л и  завершении гидролиза указанных соединений начинается разложение СзАН₁₂ и СзАН₆ и переход их в С₂АН₈, который в свою очередь гидролизуется при концентрациях СаО в растворе ниже 0,36 г/л. При длительном  воздействии мягких вод на цементный камень возможно полное вымывание гидроксида кальция с разложением остальных гидратных соединений до аморфных рыхлых гидратов кремнезема, глинозема и оксида железа. Но и частичное вымывание гидроксида кальция из цементного камня приводит к значительному снижению прочности.

   Присутствие в  водном растворе NaCl и Na₂SO₄ повышает растворимость Са(ОН)₂ в воде, который следовательно, быстрее вымывается из цементного камня.

 

2.  Кислотная коррозия (II) -  результат   действия     кислот    при     значениях показателя рН   менее 7.

   Возникает под  действием различных неорганических и органических кислот, вступающих в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция, а также с другими соединениями цементного камня. Этот вид коррозии в зависимости от силы той или иной кислоты, определяемой показателями концентрации ионов водорода рН, может протекать очень интенсивно. Значения рН   для водных   растворов   различных   веществ следующие (Таблица 2):

 

Таблица 2

Насыщенная   известковая   вода при 25 0С	12,4
Насыщенный раствор Mg(OH)2 при 25 0С	10,5
Нейтральный раствор	7
Вода насыщенная СО2 при 25 °С	5,72
1 %-ный раствор уксусной кислоты	3,5
0,1н  раствор  серной  кислоты	1

 

   Под действием  той или иной кислоты на  цементный камень образуются  кальциевая соль и аморфные  бессвязные массы SiO_2*aq, A1(OH)₃, Fe(OH)₃.

   Образовавшиеся  продукты, растворимые в воде, выносятся из цементного камня, нерастворимые же в виде рыхлых масс остаются. Все это сопровождается снижением прочности цементного камня, а в последующем и полным его разрушением.

 

 

3.   Углекислотная коррозия (II), обусловленная действием на цементный камень,  углекислоты и являющаяся частным случаем кислотной коррозии.

   Углекислая коррозия  развивается при действии на  цементный камень, содержащей углекислый газ СО₂. При этом вначале идет реакция между Са(ОН)₂ цемента и углекислотой с образованием малорастворимого СаСО₃ по схеме:

   Ca(OH)₂ + CO₂ + H₂O = CaCO₃ + 2H₂O

Дальнейшее воздействие  Н₂СО₃ на цемент приводит, однако, к образованию более растворимого гидрокарбоната:

CaCO₃ + H₂CO₃ ↔ Ca(HCO₃)₂.

   Углекислая коррозия воздействует на цементный камень тем слабее, чем больше в водном растворе гидрокарбонатов кальция и магния.

 

4. Сульфатная коррозия (III), подразделяемая на сульфоалюминатную, вызываемую действием на цемент ионов при их концентрации от 250—300 до 1000 мг/л; сульфоалюминатно-гипсовую, также возникающую главным образом под действием сульфатных ионов , но при концентрации их в растворе более 1000 мг/л, и гипсовую, которая происходит под действием воды,   содержащей большое количество Na₂SO₄  или K₂SO₄.

   Сульфоалюминатная  коррозия (разновидность сульфатной) является следствием взаимодействия  гипса с высокоосновными алюминатами  кальция, содержащимися в цементном  камне, по схеме: 

3CaO_*Al₂O_3*6H₂O + 3CaSO₄ + 25H₂O = 3CaO_*Al₂O_3*3CaSO_4*31H₂O.

 Образование малорастворимой трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) из твердого C₃AH₆ и растворенного в воде гипса сопровождается увеличением твердой фазы (по сравнению с C₃AH₆) примерно в 4,76 раза. Это вызывает возникновение сильных напряжений в цементном камне, приводящих к нарушению его структуры, деформациям и снижению прочности.

 

5. Магнезиальная коррозия (II), подразделяемая на собственно магнезиальную, вызываемую    действием    катионов магния при отсутствии в воде ионов SO₄ и сульфатно-магнезиальную, происходящую в цементном камне при совместном действии на него ионов Mg²⁺ и .

   Магнезиальная  коррозия цементного камня наступает под действием на них растворимых солей магния, кроме MgSO₄. В этом случае между гидроксидом кальция цементного камня и, например, хлористым магнием происходит реакция по схеме:

 Ca(OH)₂ + MgCl₂ = CaCI₂ + Mg(OH)₂, - вызывая разрушение цементного камня.

   В случае сульфатно-магнезиальной  коррозии реакция идет по схеме:

   Ca(OH)₂ + MgSO₄ + 2H₂O = CaSO₄*2H₂O + Mg(OH)₂.

   Влияние на  цементный камень растворов хлоридов  натрия, калия и кальция (но  не аммония) при умеренных их концентрациях не сказывается отрицательно, однако растворы СаС1₂ высокой концентрации действуют агрессивно. 

 

 

 

 

Защита бетона и  других материалов от коррозии

 

   Методы защиты  цементного камня от коррозии  разнообразны, но всё они могут  быть сведены в следующие группы:

- выбор надлежащего  цемента;

- изготовление особо  плотного бетона;

- применение защитных покрытий и облицовок, практически исключающих воздействие агрессивной среды на бетон

 

Области применения БТЦ.

  

   БТЦ в настоящее  время широко применяются в  промышленности. Они повышают марку  бетона, что приводит к уменьшению  массы изделий и экономии бетона на 8 – 30 %, стали – до 15 % и снижению стоимости изделий – на 3 – 15 %. При использовании БТЦ появляется реальная возможность сократить производственный цикл, увеличить оборачиваемость форм.

   БТЦ целесообразно  применять при изготовлении высокопрочных, обычных и преднапряженных железобетонных изделий и конструкций. Это дает возможность значительно сократить потребность в металлических формах.

   Применение БТЦ  в строительстве имеет исключительно  важное значение. Они позволяют  отказаться от самого длительного и дорогого процесса – тепловлажностной обработки железобетонных изделий на заводах, требующей значительного расхода топлива и больших производственных площадей для размещения тепловых установок (камер, котельных установок и др.). Они позволяют особенно эффективно решать проблемы возведения зданий и сооружений из монолитного бетона с применением скользящих и переставных опалубок.

   При их использовании  значительно экономичнее должны  решаться задачи зимнего бетонирования.  Предпосылкой для этого является то обстоятельство, что бетоны на БТЦ уже через 4 – 10 ч твердения при 10 – 15 °С могут набирать до 30 – 50 % марочной прочности. Как известно, последующее замерзание бетона почти не отражается на конечной его прочности после оттаивания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Сырьевые  материалы  для   производства  продукта:

вещественный, химический и минералогический состав.

Показатели качества сырьевых материалов.

Правила  приемки, маркировки, транспортирования и