Технологическая линия по производству быстротвердеющих общестроительных портландцементов

 

 

 

Основные характеристики цемента:

  

  · Тонкость  помола.

   Тонкостью помола  называется отношение массы остатка  при просеивании на сите с  ячейками размером на свету  0,2 мм к массе всей навески,  выраженное в процентах. По  тонкости помола вещества делятся  на:

Классы	Индекс	Остаток на сите 0,2 мм, %
Грубый помол	I	23
Средний помол	II	14
Тонкий помол	III	2

 

   · Нормальная густота (водопотребность).

   Водопотребность  цемента определяется количеством  воды (в % от массы цемента), которое  необходимо для получения цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой цементного теста считаю такую его подвижность, при которой цилиндр-пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо.

 

   · Сроки схватывания.

   По ГОСТ 10178-76 начало  схватывания цемента должно наступать  не ранее чем 

через 45 мин, а конец  — не позднее чем через 10 ч  с момента затворения. Если размолоть  клинкер без добавки и затворить  его водой, он схватится почти  мгновенно. Для регулирования сроков схватывания в цемент вводят гипсовый камень, который, взаимодействуя с гидроалюминатами, дает высокосульфатную форму гидросульфоалюмината. Через 3-6 ч эти экранирующие пленки разрушаются и начинается дальнейшее взаимодействие цемента с водой и нарастание прочности.     В цементах без добавки гипса взаимодействие с водой начинается сразу, образуется особенно много гидроалюминатов кальция, вызывающих схватывание системы.

 

   · Активность и марка портландцемента.

   Активность и  марку определяют испытанием стандартных образцов-балочек размером 4х4х16 см, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 1:3 (по массе) и В/Ц = 0,4 при консистенции раствора по расплыву конуса 106 – 115 мм. Через 28 сут твердения (первые сутки образцы твердеют в формах во влажном воздухе, а затем 27 сут – в воде комнатной температуры), образцы-балочки сначала испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки балочек – на сжатие.

   Предложены методы  определения активности цемента  ускоренными методами с пропариванием образцов. Такие методы дают возможность судить о марке цемента уже через 16—38 ч после изготовления.

 

   · Прочность цемента

   Ценность цемента  как строительного материала  определяется, в первую очередь,  его механической прочностью в затвердевшем виде. Прочность — это результат когезии частичек цемента между собой и адгезии их к заполнителю. Так как цемент применяется в основном в бетонах и растворах, стандарты всех стран предусматривают испытания  растворных образцов.

   При производстве БТЦ сырьевые смеси готовят с повышенным по сравнению с обычным портландцементом коэффициентом насыщения кремнезема оксидом кальция (КН= 0,9...0,92), их более тонко измельчают и тщательно гомогенизируют.

   Повышенная прочность  быстротвердеющего цемента в первые сроки твердения в значительной мере обусловлена не только минеральным составом, но и тонкостью измельчения цемента. Быстротвердеющий цемент размалывают до удельной поверхности 3500—4000 см²/г (вместо 2800—3000 см,²/г для обычного портландцемента).

   По свойствам  быстротвердеющий портландцемент  отличается от обычного 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 ПЦ (Таблица 9). По ГОСТ 10178—85 предел прочности БТЦ при испытании балочек из малопластичных растворов через 3 сут должен быть при изгибе не менее 4 и 4,5, а при сжатии не менее 25 и 28 МПа соответственно для марок 400 и 500.

 

Таблица 9

Длительность твердения, сут ( лет)	Коэффициент нарастания прочности
3	0,35
7	0,65
28	1,00
90	1,25
180	1,4
1 год	1,5
5 лет	1,8
10 лет	1,9

 

   · Равномерность изменения объема

   Вяжущие вещества, в том числе и цементы, при твердении должны характеризоваться равномерностью изменения объема. Цементы с неравномерным изменения объема приводят не только к снижению прочности бетонов при их твердении, но даже к их разрушению.   Неравномерность изменения объема цементов может быть вызвана: гидратацией СаО_своб при содержании его в клинкере более 1,5—2%; гидратацией MgO_своб., присутствующего в клинкере в виде высокотемпературной медленно гасящейся формы - периклаза; образованием в твердеющем цементе трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция при повышенном содержании в клинкере С₃А и при избыточном введении гипса в портландцемент при его помоле.

   Содержание СаО_своб в цементе стандартом не регламентировано. При избыточном    его количестве отрицательное влияние легко определяется по   поведению цементных образцов-лепешек  (диаметр 7-8 см, толщина в середине около 1 см) при их нагревании в кипящей воде в течение 3 ч. Испытание проводится через 1 сут. после изготовления образцов. Отсутствие на лепешках радиальных, доходящих до краев трещин или сетки мелких    трещин, видимых невооруженным глазом или в лупу, а   также искривлений и увеличения объема - свидетельство равномерного изменения объема цемента.

 

 

Вспомогательные характеристики цемента:

 

   · Плотность и объемная масса.

   Плотность портландцемента  обычно колеблется в пределах 3,0—3,2 г/см³. Она зависит от минералогического состава клинкера и вида гидравлической добавки.

   Плотность играет, важную роль  в цементе, применяемом  для тампонирования нефтяных и газовых скважин, возведения защитных устройств от радиоактивного излучения. Для её повышения в составе клинкера должно быть больше алюмоферритов (плотность C₄AF - 3,77, а плотность С₂S — 3,28 г/см³). Иногда для таких цементов изготовляют специальные клинкера с добавкой ВаО, который реагирует с кремнеземом, образуя 2ВаО_*SiO₂ (плотность — 5,4   г/см³),   обладающий   гидравлическими   свойствами.

   Истинная плотность ПЦ (без минеральных добавок) колеблется в пределах 3,05-3,15 г/см^3. Плотность в рыхло насыпном состоянии 1100 кг/м³, а в уплотненном - 1600 кг/м³.

   По сравнению  с другими вяжущими материалами  цемент обладает наиболее низкой  водопотребностью. Нормальная густота  цементного теста, определенная  по ГОСТ 310.3-76, составляет 24 - 28 %, тогда как нормальная густота гипсового теста колеблется в пределах 50 - 70 %.

 

   · Тепловыделение.

   Гидратация цемента  сопровождается определенным тепловым эффектом, величина которого зависит от структуры, минералогического состава цемента, тонкости помола, содержания гипса, активных и инертных добавок. Установлено, что наибольшее количество теплоты выделяется при гидратации С₃А, наименьшее — при гидратации C₂S. Теплота гидратации цемента несколько отличается от теплоты гидратации клинкерных минералов. Это связано прежде всего с тем, что трехкальциевый алюминат в цементе вступает во взаимодействие с гипсом, и теплота образования эттрингита значительно выше, чем гидроалюминатов. Влияет на теплоту гидратации также степень кристаллизации.

   Примерное тепловыделение в разные сроки твердения цемента можно подсчитать по коэффициентам, характеризующим долю участия клинкерных минералов в этом  процессе.

   Тепловыделение  повышается  увеличением расхода цемента на 1 м² бетона и с повышением В/Ц у алитовых цементов. Для белитовых цементов  эта зависимость выражена не четко. Ускорители твердения увеличивают тепловыделение, а замедлители -  уменьшают его. Тепловыделение может играть как положительную, так и отрицательную роль в зависимости от конкретных условий. При бетонировании зимой оно является положительным фактором, так как способствует дальнейшему протеканию процессов твердения. При бетонировании больших массивов, особенно летом, температура может повышаться на 30 - 40 °С по сравнению с температурой при укладке, что вызывает внутренние напряжения и даже трещины.

 

   · Усадка  и набухание цементного камня.

   В первый период  после затворения объем цементного камня несколько уменьшается вследствие испарения воды и седиментации. Затем он набухает. В дальнейшем объемные деформации цементного камня определяются относительной влажностью среды, в которой происходит твердение. Цементный камень набухает при хранении в воде, причем линейные деформации составляют 0,1 - 0,3 мм/м. Через несколько лет набухание стабилизируется. Если же образец высушивают, то он дает усадку. Усадка обратно пропорционально зависит от влажности окружающей среды. Однако, как правило,  усадку   определяют   при   относительной  влажности 50 – 60 %.

 

   · Трещиностойкость.

   С усадкой цементного камня тесно связана и с его трещиностойкость при высыхании. Появление трещин зависит не только от величины усадки, но и от других факторов: предельной растяжимости материала, модуля упругости, величины и формы изделия или образца.  Как,  правило, цементы с пониженной скоростью твердения обладают большей трещиностойкостью, хотя величина их усадки может быть значительной. Введение в цемент большого количества добавок осадочного происхождении, повышение тонкости помола, увеличение содержания А1₂О₃ и МgO в клинкере снижает его трещиностойкость. Доменные гранулированные шлаки, наоборот, увеличиваю ее.

 

   · Ползучесть.

   Ползучестью называется  свойство цементного камня или бетона необратимо деформироваться   под влиянием  длительно действующих в них напряжений, возникающих вследствие внешних нагрузок. В первые 3 - 4 месяца происходит наиболее интенсивный рост деформаций ползучести. Затухает ползучесть через 1 - 2 года. По абсолютной величине деформации ползучести значительно больше усадочных деформаций.

 

   · Водонепроницаемость. 

   Затвердевший  цемент обладает высокой водонепроницаемостью. Водонепроницаемость цементного камня с В/Ц =  0,4 примерно равна водонепроницаемости мрамора, хотя пористость цементного камня составляет около 50 %, а мрамора — около 2 %. При   одинаковой  степени гидратации и одинаковом В/Ц водонепроницаемость цементного камня не зависит от тонкости помола цемента. С ростом В/Ц водонепроницаемость падает. Особенно резкий спад ее наблюдается при В/Ц > 0,5.

   Высокая водонепроницаемость объясняется тонким капиллярным строением и заполнением пор цементным гелем. Высушивание цемента ведет к резкому уменьшению водонепроницаемости, что связано с нарушением тонкой структуры цементного камня.

 

   · Морозостойкость.

   Морозостойкость  цементного камня - важное свойство, имеющее первостепенное значение при использовании цементных бетонов в гидротехническом, дорожном, водохозяйственном строительстве. При замерзании вода увеличивается в объеме примерно на 9 % . Однако не вся вода, содержащаяся в цементном камне, замерзает одновременно. Сначала при температуре немного ниже 0 °С замерзает вода, находящаяся в пустотах и макропорах цементного камня, так называемая «свободная» вода. Потом замерзает вода в капиллярах, в наиболее тонких из них  при - 25 °С. Вода в гелевых порах замерзает при еще более низкой температуре. По данным некоторых исследователей, часть ее не замерзает даже при  - 78 °С.

Под давлением льда на стенки пор и капилляров цементный  камень значительно увеличивается  в объеме. Максимальное увеличение объема наблюдается в области температур от – 5 - 20 °С и достигает примерно 1 - 2 мм/м. При попеременном замораживании и оттаивании в цементном камне возникают необратимые линейные деформации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6.  Анализ    существующих        технологических схем производства продукта.

 

   Процесс производства  портландцемента складывается из  следующих основных технологических  операций: