Характеристики проектируемого типа цемента.

Содержание

Введение.

Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким измельчением клинкера и необходимого количества гипса и твердеющее в воде и на воздухе. Клинкер получают в результате обжига перед спеканием сырьевой смеси состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция в клинкере.

Важнейшими технологическими операциями при производстве портландцемента являются: а) подготовка сырьевой смеси; б) превращение его при сильном обжиге в клинкер; в) измельчение последнего в мелкий порошок с небольшим количеством некоторых добавок.

В зависимости от способа измельчения сырья и приготовления шихты различают три основные схемы производства - сухой, мокрый и комбинированный способы.

Мокрый способ.При этом способе возможны различные схемы приготовления шихты в зависимости от физико-химических свойств сырья. Дробление известняка осуществляется в две стадии с использованием щековых или мощных конусных дробилок первичного дробления. Для мягкого сырья применяют валковые дробилки различной конструкции, безшаровые мельницы. Дозирование и смешивание сырья осуществляют в сырьевых мельницах с разделением сырья в гидроциклонах и дуговых классификаторах. Создают необходимые запасы образующегося шлама, содержащего примерно 36-40% воды, который подвергают пневматической корректировке и усреднению до достижения нужного химического состава.

Для измельчения мягкого сырья мокрым способом широко применяются безшаровые мельницы самоизмельчения «Гидрофол». Они эффективно используются на многих цементных заводах и применяются для предварительного мокрого измельчения мягкого цементного сырья. Эти мельницы сочетают процессы дробления и измельчения.

Практическое значение приобрело использование добавок поверхностно-активных веществ, электролитов или их композиций для снижения влажности шлама при сохранении его необходимой текучести или вязкости. Снижение содержания воды в шламе на 1% в пределах 35-40% приводит к увеличению производительности вращающихся печей на 1-1,5% и снижению удельного расхода теплоты примерно на 1%.

Преобладающее господство мокрого способа производства в нашей стране явилось следствием ряда технико-экономических факторов. Большой расход топлива на обжиг клинкера окупается относительно высокой производительностью печных агрегатов, лучшей гомогенизацией сырьевой смеси, несомненным упрощением ее приготовления и сравнительной простотой технологии. Большое значение имеет возможность интенсификации процесса обжига за счет улучшения тепломассообмена в зонах нагрева и обезвоживания сырьевой шихты за счет установки различных теплообменных устройств, таких как цепные завесы, теплообменники различной конструкции, фильтры-калориферы, и т.п.

Сухой способ.Несмотря на многочисленные преимущества мокрого процесса и постоянные технические усовершенствования, он не может конкурировать с сухим процессом. Сочетание вращающихся печей с циклонными теплообменниками и кальцинаторами является определяющим в новом способе сухого обжига, который снижает удельный расход теплоты при обжиге клинкера на 40-50% и составляет 2900-3750 кДж/кг. В условиях необходимости экономии топливно-энергетических ресурсов большое значение имеет ориентация нашей цементной промышленности на расширение сухого способа производства.

При сухом способе измельченное сырье высушивают и измельчают в специальных измельчающих агрегатах; полученная сырьевая мука корректируется и усредняется до заданного химического состава путем смешивания в специальных силосах большой емкости. Для этой цели, а также для транспортировки муки применяют специальные пневматические винтовые или камерные насосы.

Для предварительного измельчения и сушки сырья применяют также барабанные самоизмельчающие мельницы типа «Аэрофол».

Комбинированный методиспользуется для обезвоживания сырого ила методом фильтрации. Его проводят на вакуум-фильтрах или на фильтр-прессах до получения так называемых кеков с остаточной влажностью 18-20%. Дальнейшая обработка кека для подготовки его к подаче во вращающуюся печь осуществляется по разным схемам. При этом способе увеличивается производительность печи при заметном снижении (удельного расхода теплоты на обжиг клинкера).

1. Характеристики проектируемого типа цемента.

Портландцемент для бетонного покрытия автомобильных дорог

Бетонные покрытия, автомобильные дороги и аэродромы в процессе эксплуатации испытывают большие перегрузки. Цемент для их изготовления должен характеризоваться повышенной прочностью на изгиб, высокой деформируемостью, плотностью и морозостойкостью.стойкость, низкая усадка, высокая ударная вязкость, низкая истираемость. Под деформационной способностью бетона понимают его способность в определенной степени деформироваться, не разрушаясь, под действием внешней нагрузки, изменения температуры или усадки бетона.

Для предотвращения возможности образования трещин длину плит уменьшают, изменяют минералогический состав цемента, в бетон вводят специальные добавки. В дорожном строительстве наилучшие результаты дает портландцемент с высоким содержанием трехкальциевого силиката и глиноземно-ферритной фазы. Клинкер не должен содержать более 10% CsA. Не допускается вводить в этот цемент инертные и активные минеральные добавки, за исключением гранулированного доменного шлака, который допускается вводить до 15 %. Начало схватывания дорожного цемента должно происходить не ранее, чем через 2 часа.

Для снижения водопотребности бетонной смеси и расхода цемента, а также для улучшения основных свойств бетона применяют додобавки поверхностно-активных веществ (пластифицирующих и гидрофобизирующих). Для ускорения твердения добавляют хлористый кальций и некоторые другие добавки.

Дорожный цемент в основном используется для однослойных и двухслойных дорожных бетонных покрытий, а также для бетона.ные основания благоустроенных дорожных покрытий. За. Портландцемент, пластифицированный и гидрофобный портландцемент марки М400 (40 МПа) используется для первого назначения, а М300 (30 МПа) - для второго назначения.

2. Характеристики сырья.

Основными видами сырья, используемого для производства портландцементного клинкера, являются известняковые, мергелевые и глинистые породы. Используются и другие виды природного сырья, а также искусственные материалы, являющиеся отходами (побочными продуктами) других производств. Это сырье также может быть использовано в комплексном производстве портландцемента и других важных промышленных продуктов.

Для получения сырьевой смеси необходимого химического состава в небольшом количестве подходят так называемые «корректирующие добавки», представляющие собой искусственные или натуральные материалы, также используются активные минеральные добавки, в том числе гранулированные доменные шлаки производства портландцементов. цементный, пуццолановый и шлакопортландцементы.

Требования к составу и физической структуре сырья могут быть примерно следующими. Карбонатная составляющая должна состоять из тонкодисперсного кальцита; включения трудноизмельчаемого крупнозернистого кальцита недопустимы из-за его слабой реакционной способности при обжиге цементного клинкера. Глиняная составляющая также должна иметь однородную структуру, не содержать включений крупных зерен кварца и других крупнозернистых пород, вызывающих трудности с помадой и трудно осваиваемых при обжиге.

Для технологии производства очень важно, что при мокром способе достигается необходимая текучесть сырьевой шихты (шлама) при минимально возможном содержании воды, обычно в пределах 30-42%. Однако некоторые разновидности мела, и особенно мергели, вызывают значительное повышение влажности шлама до 50-52 % за счет присутствия монтмориллонита, например, в амвросиевских мергелях.

Большое значение имеет постоянство химического состава сырья. Необходимо, чтобы сырьевая шихта, обычно состоящая из карбонатно-глинистых компонентов и корректирующей добавки, соответствовала требованиям, принятым на данном заводе, но значениям коэффициента насыщения кремнезема известковым, силикатным и глиноземным модулями. Содержание в шихте оксидов магния, фосфорного ангидрида, щелочей, серного ангидрида, диоксида титана, оксидов марганца и хрома строго ограничено. Содержание каждого из этих оксидов в заданном количестве положительно влияет на процессы обжига клинкера.

Наряду с основными видами сырья, такими как глины и известняки, большое значение имеют доменные шлаки, представляющие собой силикаты и алюмосиликатные расплавы, получаемые при выплавке чугуна в доменных печах; их обычно гранулируют быстрым охлаждением водой или совместным действием воздуха и воды. Использование гранулированных доменных шлаков в качестве сырьевого компонента для производства клинкера возможно, однако, только при сухом способе производства, когда при измельчении и хранении отсутствует взаимодействие с водой, вызывающее сгущение (схватывание) клинкера. отстой. В состав сырьевой шихты также вводят электротермофосфорные шлаки. Они отличаются от обычных доменных шлаков содержанием до 3 % фтора и 3 % пятиокиси фосфора, а фосфор несколько ограничивает использование шлака в сырьевой смеси.

Для получения сырьевой смеси заданного химического состава применяют так называемые корректирующие добавки. Обычно для облегчения процесса спекания клинкера стремятся снизить модуль глинозема за счет увеличения содержания оксида железа. Железистыми добавками являются колчеданные огарки, отходы сернокислотного производства, колошниковая пыль, образующаяся в доменном процессе выплавки чугуна. Содержание оксида железа в пиритных огарках составляет 70 - 72 % при 1,5 % глинозема, а в колошниковой пыли - около 50 % Fe2O3 и около 5 % А12О3.

Для повышения силикатного модуля применяют трепел, опоку, маршалит, кварцевый песок и др. Повышение глиноземистого модуля достигается за счет использования бокситов, золы некоторых видов твердого топлива и др.

3. Расчет состава сырьевой смеси.

Сырьем на Коркинском цементном заводе являются известняки, шейские глины и огарки, их химический состав представлен в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Химический состав исходных материалов.

Таблица 3.2

Химический состав исходных материалов в

конвертируется в 100%.

Коэффициент насыщения KH = 0,93.

силикатный модульп = 2,0.

Для удобства расчетов будем использовать следующие сокращения:

а1 = С1 - 2,8S1 ∙ КН - 1,65А1 - 0,35F1; (3.1)

а1 = 47,80 - 2,8 ∙ 8,25 ∙ 0,93 - 1,65 ∙ 1,99 - 0,35 ∙ 1,91 = 22,36;

а2 = S1 – nA1 – nF1; (3.2)

а2 = 8,25 - 2 1,99 - 2 1,91 = 0,45;

b1 = C2 - 2,8S2∙KH - 1,65A2 - 0,35F2; (3.3)

b1 = 7,82 - 2,8 ∙ 56,91 ∙ 0,93 - 1,65 ∙ 16,29 - 0,35 ∙ 7,45 = - 169,9;

b2 = S2 – nA2 – nF2; (3.4)

b2 = 56,91– 2 ∙ 16,29– 2 ∙ 7,45 = 9,43;

c1 = 2,8S3 ∙ KH + 1,65A3 + 0,35F3 – C3; (3.5)

с1 = 2,8 ∙ 13,08 ∙ 0,93 + 1,65 ∙ 5,27+ 0,35 ∙ 71,23– 0 = 67,21

c2 = nA3 + nF3 – S3; (3.6)

с2 = 2 ∙ 5,27+ 2 ∙ 71,23– 5,06 = 147,94;

Принимая, что в сырьевой смеси на 1 мас. ч. третьего компонента приходится на х вес. ч. первого компонента и мас. части второй, решив систему двух уравнений с двумя неизвестными, получим следующие значения x и y:

<Object: word/embeddings/oleObject1.bin>; (3.7)

<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>

<Object: word/embeddings/oleObject3.bin>; (3.8)

<Object: word/embeddings/oleObject4.bin>

Состав сырьевой смеси: известняк - 88,10%,

глина - 11,03%,

огарки - 0,6%.

Таблица 3.3

Химический состав исходных материалов.

<Object: word/embeddings/oleObject5.bin>; (3.9)

<Object: word/embeddings/oleObject6.bin>;

<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>; (3.10)

<Object: word/embeddings/oleObject8.bin>

Таким образом, расчет сырьевой смеси выполняется правильно.

4. Оптимизация сырьевой смеси по степени обжига.

Состав смеси для каждого завода и минералогическая специфика сырья определяют технологические свойства сырьевых смесей: водопотребность, фильтруемость шлама, грануляцию сырьевой муки, спекаемость, способность к образованию покрытия. Кроме того, состав и минералогические особенности сырья влияют на требования к готовой сырьевой смеси - тонкость помола, требования к гранулометрическому составу сырьевой смеси. На свойства клинкера влияет и состав сырьевой смеси - гранулометрический состав клинкера, его измельчаемость. Связь между составом клинкера в сырьевых смесях и свойствами цемента и технологическими свойствами смесей не является однозначной. Так, с увеличением КН повышается активность (марка) цемента, но затрудняется спекание. Увеличение модуля глинозема увеличивает скорость набора прочности при твердении цемента, но затрудняет спекание. Снижение модуля глинозема облегчает спекание, но может отрицательно сказаться на образовании браги. В связи с этим возникает необходимость оптимизации сырьевой смеси.

Реакционная способность сырьевых смесей зависит от: а) химического состава клинкера, определяющего количество усваиваемой извести (КЛ) при спекании, и условий, при которых проводится синтез, - количества образующегося расплава n и его свойства р; б) минералогическая природа сырья - удельная поверхность, вредные примеси, реакционная способность; в) тонкость помола сырьевой смеси. Оценивают реакционную способность расчетными методами, но в этом случае учитывают только влияние химического состава. Экспериментальная оценка позволяет учесть суммарное влияние всех факторов. С точки зрения оптимизации состава клинкера и смесей необходимы оба метода. При оценке спекаемости по химическому составу оптимизация проводится с учетом свойств цемента и подвижности шихты. Экспериментальная оценка может учитывать возмущения

Для оценки влияния химического состава на спекаемость И. Ирку предложил использовать значение двойного модуля np, так как значение n характеризует количество образовавшейся жидкой фазы, а p — ее вязкость. Если np < 4, то такие смеси при спекании образуют в печи сварные швы (комки) и плохо поддаются обработке; если значение np лежит в пределах от 4 до 6, то смеси спекаются нормально; если np > 6, то воспламенение смеси затруднено. Величину нижнего предела np, по-видимому, следует принять за 2,5 - 3,0, так как практика показывает, что сырьевые смеси с np > 2,5 спекаются нормально. Более точную информацию о спекаемости можно получить, используя отношение количества расплава (L) к его вязкости (η);

Для оценки вязкости И. Ирку предлагает расчетную методику, согласно которой η1637 К = 1,58r + 0,4, а η1723 К = 1,10r + 0,2.

Значения η для расплавов, образующихся в партиях с разным р при разных температурах, также были получены экспериментально. Если λ < 10, то такие смеси будут трудновоспламеняющимися, при λ = 10 - 13 смеси воспламеняются удовлетворительно, при λ > 13 наблюдается склонность к образованию колец и сварных швов.

При экспериментальной оценке спекаемости содержание CaOs определяют при помещении образца в нагретую печь для постоянной выдержки в печи (20 мин) при различных температурах (начиная с 1273 К). Затем строится кривая в координатах содержание CaOsv (%) – температура эксперимента. Поверхность реакции оценивается как отношение площади прямоугольника

CaOb maxxΔt к области, ограниченной кривой CaOcp и температурной осью (метод Блеза), польский ученый Э. Суликовский предлагает оценивать спекаемость по трем показателям: отношение CaOобщ/CaOb, температура, при которой CaOcp > 10%, и температура начала деформации образца из смеси под нагрузкой (связанная с температурой появления расплава). Гипроцементсм предложил оценивать спекание с помощью термографии, а Ленинградский технологический институт — количественного рентгенофазового анализа.

Сочетание экспериментальных методов с регрессионным анализом позволяет получить математическую модель спекания.

Рассмотрим связь между спеканием и составом сырьевой смеси. С увеличением КН спекание ухудшается (линейная зависимость); аналогичная картина наблюдается и при увеличении глиноземного модуля, поскольку симбатно изменяется вязкость клинкерного расплава. С увеличением силикатного модуля количество расплава, образующегося при спекании, уменьшается, в результате чего снижается спекание. При оценке процесса в целом (1623–1673К) переменные располагаются в следующем порядке: n > p > KN. К сожалению, довольно часто при изменении состава сырья меняется и его минералогическая природа. Влияние минералогической природы сырья связано как с разницей реакционной способности самих компонентов, и с разным характером превращений, происходящих в сырье при нагревании (разницей температур диссоциации карбонатной составляющей или дегидратации глинистой составляющей). Обычно часть SiO2 (иногда до 30 - 40%) в шихте представлена ​​кварцем, халцедоном или опалом. Такой SiO2 усваивается в шихте хуже, чем SiO2 из алюмосиликатов. Это связано с тем, что водные глинистые алюмосиликаты дегидратируются при нагревании, в результате чего образуются минеральные кристаллы с аморфной структурой, высокой удельной поверхностью и химической активностью. В глинистых минералах вода связана по-разному и ее удаление происходит ступенчато: для разных минералов существует разный диапазон температур потери связанной воды и аморфизации. Такой SiO2 усваивается в шихте хуже, чем SiO2 из алюмосиликатов. Это связано с тем, что водные глинистые алюмосиликаты дегидратируются при нагревании, в результате чего образуются минеральные кристаллы с аморфной структурой, высокой удельной поверхностью и химической активностью. В глинистых минералах вода связана по-разному и ее удаление происходит ступенчато: для разных минералов существует разный диапазон температур потери связанной воды и аморфизации. Такой SiO2 усваивается в шихте хуже, чем SiO2 из алюмосиликатов. Это связано с тем, что водные глинистые алюмосиликаты дегидратируются при нагревании, в результате чего образуются минеральные кристаллы с аморфной структурой, высокой удельной поверхностью и химической активностью. В глинистых минералах вода связана по-разному и ее удаление происходит поэтапно:

Глинистые минералы также различаются по начальной удельной поверхности. Наиболее тонкодисперсные монтмориллонитовые глины (~300 м2/г), менее дисперсные каолинитовые глины (~50 м2/г). В результате совокупного действия различий температуры дегидратации и удельной поверхности реакционная способность глинистых минералов в сырьевых смесях может сильно различаться. Реакционная способность карбонатной составляющей определяется текстурой, плотностью и характером кристаллов кальцита. Таким образом, диссоциация мраморизованных и крупнозернистых хорошо окристаллизованных известняков протекает при более высоких температурах, чем известняки или мел, сложенные мелкодисперсным органогенным и пелитоморфным кальцитом. Таким образом, сырье с одинаковыми КН, n и р может различаться по слеживаемости,

Рассмотрим влияние КН и шихтовых модулей на работу печи. При работе при относительно низких значениях р < 1,5 и n < 2,5 колебания титра будут мало влиять на работу печи. Чем выше р и n, тем меньшие значения для обеспечения бесшумной работы печи должны приобретать КН. При низких значениях KH влияние колебаний значений ril менее существенно. Таким образом, с пестрыми глинистыми компонентами печь работает тише при низких значениях KH. При однородной по составу глинистой составляющей легко поддерживать нормальную работу печи даже при более высоком значении КН. При достаточно высоком значении КН > 0,90,

При оптимизации состава смесей М. М. Сычев предложил использовать диаграмму «состав — свойства». Если за компонент взять сумму C3S + C2S, то состав клинкера (смеси) при заданном значении KH (постоянство соотношения C3S/C2S) можно выразить плоскостной тройной диаграммой Σ C2S + C3S - С3А - С4АФ. Если нанести на такую ​​диаграмму изолинии CaOs при спекании при 1623 К, то легко выделить участки трудно и хорошо спекаемых составов. Если нанести на такую ​​диаграмму изолинии КН, то такую ​​диаграмму удобно использовать для оптимизации состава сырьевой смеси - клинкера. Поскольку минералогическая природа сырья часто (но не всегда) является величиной, мало меняющейся для данного растения (созревшее по минералогической природе сырье),

Заводская лаборатория должна накапливать данные о спекаемости шихт различного состава, отклонения в составе которых связаны с колебаниями состава на разных участках карьера. Путем регрессионного анализа статистического материала можно получить четкие данные об оптимальном составе сырьевой смеси для различных случаев эксплуатации завода. Если на предприятии есть рентгеновский квантометр и управляющий компьютер, такой материал необходим для разработки алгоритма автоматического управления.

Сырьевая шихта не должна содержать крупных частиц, наличие которых резко ухудшает спекание. Также необходимо, чтобы смесь имела определенный минимум мелкодисперсных частиц известняка, так как сырьевая смесь полидисперсного состава лучше спекается.

5. Расчет минералогического состава клинкера.

Минералогический состав портландцементного клинкера можно рассчитать по методу В.А.Кинда. Этот метод основан на условном допущении, что клинкер достигает равновесия при температуре спекания только с поправкой на свободный СаО и что это равновесие сохраняется при охлаждении. Однако достижение кристаллизационного равновесия в этом случае возможно только при наличии дальнейших реакций взаимодействия жидкой и твердой фаз при охлаждении. Поэтому метод расчета состава клинкера при условии равновесной кристаллизации является приближенным. Однако он нашел самое широкое распространение.

Для расчета содержания силикатов кальция в клинкере В.А. Кинд использует понятие степени основности силикатов (СО), которая представляет собой число молекул СаО, приходящееся на одну молекулу SiO2. СО равен 3кН; если он равен 3, то все количество SiO2 в клинкере связано с C3S, если равно 2, то весь SiO2 связан с C2S. Исходя из этого, можно рассчитать, какая часть SiO2 связана с CaO в виде C3S, а какая – в форме C2S, по следующим формулам:

SiO2 (как C3S) = CO-2; (4.11)

SiO2 (как C2S) = 3 - CO2; (4.12)

Учитывая, что 1 % SiO2 при соединении с 2,8 % CaO образует 3,8 % C3S, а при соединении с 1,87 % CaO — 2,87 % C2S, получаем следующие формулы для расчета процентного содержания C3S и C2S:

C3S = 3,8SiO2 (СО - 2) = 3,8SiO2 (2КН - 2); (4.12)

C2S = 2,87SiO2 (3 - СО) = 2,87SiO2 (3 - 3КН) = 8,6SiO2 (1 - КН); (4.13)

В этих формулахSiO2 понимают только в том количестве, которое прореагировало в процессе обжига. Это разница между общим содержанием SiO2 и количеством свободного SiO2.

Формулы В. А. Кинда имеют то неудобство, что для их использования необходимо предварительно рассчитать коэффициент насыщения. Если вместо KH подставить значения в оксиды, то содержаниеC2S и C3S можно рассчитать по химическому составу, выраженному в оксидах.

CaOsv = 0,30%

СаО = 66,39 - 0,30 = 66,69%

Формулы расчета содержанияТогда C2S и C3S будут выглядеть так:

C3S = 4,07C - 7,6S - 6,72A - 1,42F; (4.14)

C3S = 4,07 ∙ 66,69 - 7,6 ∙ 21,05 - 6,72 ∙ 5,53 - 1,42 ∙ 4,53 = 67,85%

C2S = 8,6S + 5,07А + 1,07F - 3,07С; (4.15)

C2S = 8,6 ∙ 21,05 + 5,07 ∙ 5,53 + 1,07 ∙ 4,53 – 3,07 ∙ 66,69 = 9,17%

где C, S, A и F — соответственно процентное содержание CaO, SiO2, Al2O3 и Fe2O3 в клинкере.

Под С понимается количество СаО, связанного в силикаты, алюминаты и ферриты кальция, т. е. разница между общим содержанием СаО и количеством его, оставшегося свободным, а также связанного сSO3 и CaSO4.

СодержаниеC4AF рассчитывается исходя из того, что каждый процент Fe2O3 дает 3,04% C4AF.

C4AF=3,04F; (4.16)

C4AF = 3,04 ∙ 4,53 = 13,77%

С образованием тетракальциевого альмоферрита 1%Fe2O3 связывает 0,64% Al2O3. После образования C4AF каждый оставшийся % Al2O3 дает 2,65% C3A; следовательно, для расчета процентного содержания С3А получаем формулу:

С3А = 2,65 (А - 0,64F) = 2,65А - 1,70F; (4.17)

С3А = 2,65 ∙ 5,53– 1,70 ∙ 4,53 = 6,95%

Каждый %SO3 дает 1,7% CaSO4; следовательно, процентное содержание CaSO4 равно 1,7SO3.

CaSO4 = 1,7SO3; (4.18)

CaSO4 = 1,7 ∙ 0,77 = 1,309%

Таблица 4.4

Минералогический состав клинкера.

Таблица 4.4

Минералогический состав клинкера в пересчете на 100%.

6. Экспериментальные методы определения фазового состава клинкера и цемента.

К наиболее распространенным методам определения фаз клинкера и цемента относятся рентгенофазовый и петрографический.

Петрографический метод основан на использовании как электроп и световые микроскопы. Современные электронные микроскопы имеют полезное увеличение до 300 000 раз, что позволяет видеть частицы размером 3-5 А. Столь глубокое проникновение в мир малых частиц стало возможным в результате использования электронных пучков в микроскопия, волны которой во много раз короче видимого света.

С помощью электронного микроскопа в области связующих можно изучать следующие вопросы: форму и размеры отдельных субмикроскопических кристаллов; процессыроста и разрушения кристаллов, происходящих на границах зерен; диффузионные процессы при реакциях в твердой и жидкой фазах; фазовые превращения при термообработке и охлаждении; механизм деформации и разрушения и ряд других более частных проблем. Из перечисленных задач только первую можно решить прямым методом исследования в прозрачных препаратах (через пропускание). Для решения других задач применяют косвенные методы исследования на специальных препаратах, представляющих собой слепки с поверхности шлифов - реплик.

Существуют прямые и непрямые методы исследования. К прямым методам относятся светлопольные и темнопольные методы работы на свету, а косвенные методы включают изучение реплик.

XrДифракционный анализ является более универсальным и к настоящему времени более совершенным методом исследования материалов, чем другие методы анализа. С его помощью можно проводить как количественный, так и качественный фазовый анализ материалов сложного состава, а также определять строение кристаллических решеток отдельных соединений, преимущественную ориентацию и размеры кристаллов, измерять внутренние напряжения и искривления кристаллических решеток. . Как метод фазового анализа он особенно полезен при изучении твердых растворов, явлений полиморфизма, процессов распада, синтеза новых соединений.

В практике рентгеноструктурного анализа вяжущих как поликристаллических тел в основном применяется порошковый метод. Регистрация дифрагированных rоблучение проводят либо фотографическим (метод Дебая — Шерера), либо ионизационным методами. Оба эти метода в настоящее время также адаптированы для исследования материалов при низких и высоких температурах. Суть метода заключается в изучении дифракционной картины, полученной при отражении рентгеновских лучей атомными плоскостями в структуре кристаллов. Минимальное количество обнаруживаемых фаз зависит от многих факторов — условий съемки, состава смесей, размеров кристаллических блоков, наличия дефектов решетки и т. д. — и составляет от долей до нескольких процентов.

7. Причины несоответствия фактического (опытного) и расчетного состава клинкера.

Сырьевые смеси в процессе нагревания их до высоких температурпретерпевают сложные превращения, сопровождающиеся изменением минералогического состава и физических свойств. Характер изменения физических свойств сырьевых смесей, приготовленных сухим или мокрым способом, по мере их нагревания оказывается различным до определенного интервала температур, однако химические превращения компонентов и основные химические реакции в обоих типах сырьевых смесей, естественно, протекают в одном и том же направлении.

При снижении температуры спеканиягранул, в них происходят процессы, оказывающие сильное влияние на свойства клинкера и цемента. Это показывает, что клинкер является неравновесной системой. Изучение процессов кристаллизации расплавов в системах CaO -SiO2 - Al2O3 и CaO - SiO2 - Al2O3 - Fe2O3 показали, что изменение состава жидкой и твердой фаз при охлаждении расплавов, соответствующих по составу портландцементу, очень сложное. Сложность связана с тем, что алит вначале выделяется из расплава как в большем, так и в меньшем количестве, чем это соответствует фактическому равновесному состоянию продукта. В дальнейшем при очень медленном охлаждении, используемом при построении фазовых диаграмм, эти аномалии в составе расплава и твердой фазы устраняются: в одних температурных точках системы в одних случаях происходит разложение избытка C3S, а в других , формируется недостающий C3S. Система постепенно приходит к равновесному составу. Если расплав охлаждается очень быстро, тогда в клинкере можно зафиксировать избыточное или уменьшенное количество алита. Так, при быстром охлаждении белого портландцементного клинкера (система CaO - SiO2 - Al2O3) от температуры 1450° в продукте содержалось C3S на 10 % больше, чем при его медленном равновесном охлаждении. Наоборот, при быстром охлаждении клинкера, характеризующегося высоким содержанием железа (глиноземный модуль 0,64), с той же температуры 1450° в продукте содержалось на 12 % меньше алита, чем при равновесном охлаждении.

При обжиге портландцементного клинкера полного равновесия между жидкой и твердой фазами не наступает. Во-первых, цементный клинкер в практических условиях обжига плавится всего на 20–30 % и всегда содержит твердую фазу, во-вторых, скорость охлаждения клинкера в реальных условиях его производства оказывается значительно выше, чем требуется по условиям достижения баланса. . В результате того, что клинкерный расплав не охлаждается по равновесному режиму, минералогический состав продукта может существенно варьироваться.

Практически возможны следующие различные варианты кристаллизации расплава в клинкерах:

1. Расплав в клинкере полностью кристаллизуется в результате медленного охлаждения (равновесный процесс).

2. Расплав в клинкере в результате очень быстрого охлаждения полностью застывает в виде стекла.

3. Расплав в клинкере кристаллизуется в большей или меньшей степени в зависимости от конкретных условий охлаждения. В этом случае кристаллизация расплава происходит независимо от образовавшихся ранее твердых фаз.

Разная степень кристаллизации расплава приводит к отклонению расчетного минералогического состава клинкера от его фактического минералогического состава, и особенно по содержанию минералов C3S, C3A и C4AF.

Исследования Ли, Паркера, Торопова, Юнга, Богга и др. позволили установить границы изменения минералогического состава клинкера в зависимости от условий охлаждения.

При самостоятельной кристаллизации расплава и затвердевании его в стекло степень несоответствия расчетного и фактического минералогического состава клинкера будет определяться величиной глиноземного модуля последнего.

Действительно, образцы одного и того же клинкера с р = 2,0, охлажденные по разным режимам, характеризуются достаточно близким содержанием C3S, равным 57,5 ​​- 59,6 %. Увеличение глиноземного модуля приводит к увеличению разницы между образцами клинкера, охлажденными с разной скоростью, по содержанию C3S. Так, если разница в содержании C3S в быстро и медленно остывшем клинкере с р = 2,0 составляет всего 2,1 %, то в случае аналогичных образцов клинкера с р = 3,0 эта разница составляет уже 6,1 %, а клинкера с р = 3,5 составляет 7,2%.

При значениях глиноземного модуля 0,9 - 1,8 имеется соответствие расчетного и фактического содержания C3S в клинкерах и, следовательно, пригодность формул Кинда. Снижение значений глиноземного модуля ниже 0,9 приводит, наоборот, к уменьшению фактического содержания C3S в клинкере по сравнению с его расчетным количеством. Так, в клинкере с p = 0,66 разница в содержании C3S в быстро и медленно охлажденных образцах составила 7,6 %, а в быстроохлажденном клинкере наблюдалось пониженное содержание минерала.

Таким образом, при полной равновесной кристаллизации расплава фактический минералогический состав клинкера соответствует расчетному, рассчитанному по формулам Кинда и Окорокова.

При быстром охлаждении клинкера, когда весь расплав затвердевает в виде стекла, фактический минералогический состав продукта отличается от расчетного. Во-первых, в быстроохлаждаемых клинкерах отсутствуют кристаллические С3А и С4АФ (вместо них имеется соответствующее количество стекла). Во-вторых, быстроохлажденные клинкеры в зависимости от величины их глиноземистого модуля содержат избыток или недостаток минералов C3S и C2S по сравнению с расчетным количеством. Как уже было сказано, при p = 0,9 - 1,8 содержание C3S в быстро и медленно охлаждающемся клинкере очень близко, при p<Object: word/embeddings/oleObject9.bin>1,8 быстроохлажденные клинкеры содержат больше C3S, чем медленно охлажденные, а при p < 0,9 - меньше. Соответственно содержание C2S в быстроохлажденных клинкерах при p > 1,8 снижается, а при p < 0,9 - увеличивается.

Если принять, что клинкеры с p > 1,8 и p < 0,9 охлаждаются от температуры спекания таким образом, что вся образующаяся в них твердая фаза остается неизменной, а расплав кристаллизуется самостоятельно, то в клинкерах, несмотря на полную кристаллизацию жидкой фазе сохранится неравновесное состояние:

1) они сохранят избыточное или, соответственно, уменьшенное количество алита; 2) минерал С5А3 кристаллизуется из расплава в небольшом количестве, что очень редко наблюдается в клинкере при нормальных условиях обжига; 3) оказывается низкое содержание С3А и С4АФ, так как часть извести, относящейся к ним, по расчету прореагировала с С2S с образованием избыточного количества С3S. Соответственно снижается и содержание в клинкере минерала C2S.

При значениях глиноземного модуля более 1,8 при расчете минералогического состава клинкера по принятым формулам необходимо использовать следующие поправки:

<Object: word/embeddings/oleObject10.bin>

При охлаждении клинкера со скоростью, недостаточной для затвердевания всего расплава в стекло и не обеспечивающей полной как равновесной, так и самостоятельной кристаллизации жидкой фазы, продукт будет содержать определенное количество стекла и рассмотренные выше расхождения между фактическими и будет происходить расчетный минералогический состав.

Влияние минерализаторов и флюсов на фазовый состав клинкера.Название минерализаторов в технологии силикатного производства получили такие вещества, которые при содержании в основном продукте в очень незначительном количестве (0,1 - 1,0 %) ускоряют образование различных химических соединений. В производстве портландцемента в качестве минерализаторов могут быть использованы соли плавиковой кислоты, фторкремнийсодержащие соединения (отходы производства суперфосфата), сульфат кальция и хлорид кальция, а оксид железа (вводится в шихту в виде колчеданных огарков, железной руды, доменной печи). пыль), легкоплавкие шлаки (являющиеся отходами производства цветных металлов) и др.

Механизм действия минерализаторов меняется в зависимости от изменения их состава. Наиболее эффективными минерализаторами являются фториды щелочных и щелочноземельных металлов (NaF, CaF2, MgF2, BaF2), а также соли кремнефтористоводородной кислоты (Na2SiF6, CaSiF6, MgSiF6); соли соляной и азотной кислот и некоторые соли серной кислоты менее эффективны.

Минерализующее действие соединений фтора определяется следующим рядом процессов.

Во-первых, в присутствии солей фтора ускоряются реакции в твердой фазе. Повышение активности смеси обусловлено разрушающим действием иона фтора на кристаллические решетки отдельных сырьевых материалов. Таким образом, в присутствии F' температура превращения кварца в кристобалит снижается, в результате чего к моменту интенсивного развития процесса клинкерообразования один из компонентов смеси находится в весьма активном состоянии. форма. Начало процесса кристобалитизации кварца наблюдается уже при температуре 900—1100°, а в интервале 1100—1200° он практически завершается. Вместе с тем в шихте в присутствии F' процесс диссоциации CaCO3 протекает более интенсивно и при более низкой температуре (700–900°С). Высвобожденный активный СаО взаимодействует с фторидной солью, образуя промежуточное соединение. Например, NaF образует с СаО соединение состава 3CaO — NaF, дающее с оставшимся несвязанным NaF эвтектическую смесь, плавящуюся при 650°. Следовательно, образование при низких температурах легкоплавких промежуточных соединений между СаО и фторидными солями приводит к появлению в агломассе точечных капель расплава, способствующих протеканию реакций минералообразования.

Эффективность разрушающего действия фтористых солей на кристаллические решетки реагирующих веществ возрастает при наличии в газовой фазе паров воды, что вызывает гидролиз минерализаторов. Гидрофториды и пары плавиковой кислоты воздействуют на кристаллические тела, способствуя их разрыхлению и образуя в их поверхностных слоях промежуточные соединения. В частности, при реакции фторидов с SiO2 образуется соединение SiF4, которое под действием паров воды гидролизуется и образует очень активный α-кристобалит, рыхлый по структуре.

Положительно также то, что при гидролизе CaF2 выделяющийся из минерализатора CaO очень активен и сразу же реагирует с кислыми оксидами с образованием соответствующих минералов. Так как CaF2 совершает в реакционной зоне печи непрерывный круговорот (HF реагирует с CaCO3, снова образуя CaF2), то выделяющийся при разложении CaF2 оксид кальция образуется в заметном количестве и влияет на общее количество извести, усваиваемой в пределах температуры диапазон 700 - 1200°.

Во-вторых, температура образования основного эвтектического расплава снижается на 80—150°. Так, в присутствии 1% фтористых солей появление жидкой фазы наблюдается при температурах 1200–1220°С, а в сырьевых смесях без минерализаторов температура образования эвтектики находится в пределах 1280–1330°С. . При увеличении количества минерализатора (например, CaF2) в смеси до 3–5 % явления усадки и спекания последних происходят при температурах на 300–400° ниже, чем спекание смесей в отсутствие фтористого кальция. Причиной такого флюсующего действия фторидных солей является их низкая температура плавления (в частности, CaF2,

В результате образования и кристаллизации расплава в клинкере при низких температурах увеличивается длина зоны спекания во вращающихся печах и увеличивается время пребывания в ней обожженного материала, что приводит к более полному протеканию реакций минералообразования. .

В-третьих, фтористые соли снижают вязкость клинкерного расплава и способствуют быстрому образованию и росту кристаллов алита. Механизм действия иона фтора в этом случае заключается в том, что он вызывает разрушение анионного каркаса расплава (комплексные ионы кремния-кислорода и алюминия-кислорода) в результате разрыва связей между кремнием и кислородом, что приводит к образование групп SiF4 и SiO4. Разрушение анионного каркаса расплава снижает его вязкость, способствует увеличению подвижности ионов и, следовательно, ускоряет диффузионные процессы, являющиеся лимитирующими моментами роста кристаллов.

Положительное влияние иона F' на рост кристаллов связано также со способностью фтора замещать кислород в построении кристаллической решетки. Близость размеров этих двух ионов позволяет фтору при недостатке кислорода в зоне роста кристалла занять место последнего в строящейся решетке и тем самым предотвратить торможение процесса роста кристалла или даже его полное прекращение. последнего.

Фтористые соединения кремния при нагревании до температур 500 - 700° разлагаются с образованием фторида соответствующего металла (CaF2, NaF и др.) и тетрафторида кремния SiF4, а в присутствии CaCO3 - с образованием двух фторидов . Например, при разложении Na2SiF6 в присутствии CaCO3 образуются NaF и CaF2, а минерализующее действие кремнефторида натрия сводится к действию двух названных фторидов. Эта реакция начинается примерно при 300° и заканчивается при 680—700°. Образующиеся фториды отличаются высокой дисперсностью и более активны, чем искусственно введенные в смесь крупнозернистые материалы того же химического состава. Кроме того, NaF и CaF2 образуют эвтектический расплав при температуре около 800°С, что еще больше интенсифицирует реакции минералообразования.

Применение фторсодержащих минерализаторов особенно эффективно при обжиге трудноспекаемых клинкеров с высоким КН, содержащих малое количество расплава и характеризующихся повышенным содержанием соединений натрия и калия. В зависимости от состава шихты и характера сырья оптимальная величина добавки фтористых солей колеблется от 0,5 до 1 % от массы клинкера. В присутствии CaF2 в клинкере образуется повышенное количество алита по сравнению с расчетным. Кристаллы последних отличаются более крупными размерами. В присутствии фтора происходит очень интенсивное улетучивание оксидов калия и натрия, что также ускоряет процесс связывания СаО.

Увеличение количества CaF2 в смеси (как, очевидно, и других фторидов) выше 1 % приводит к увеличению вязкости жидкой фазы за счет начала кристаллизации из нее избыточного фторида, а также вызывает разложение отдельных клинкерных минералов. В частности, в присутствии избытка CaF2 наблюдается очень интенсивный распад С3А на С5А3 и СаО, а также распад алюминий-ферритной фазы. Причем эти процессы разложения протекают в интервале температур 1000 - 1200° как при нагреве аглосырьевых смесей, так и при охлаждении готового клинкера. Наблюдается также ускорение разложения C3S в присутствии CaF2 ниже температуры 1250°, а также более полный переход β-C2S в γ-C2S. Это обстоятельство требует быстрого охлаждения клинкера, содержащего фторидный минерализатор. В то же время увеличение количества фторидов в сырьевой смеси отрицательно сказывается на долговечности футеровки в зоне спекания вращающихся печей. В результате улетучивания фторидов при высоких температурах снижается эффективность их действия при обжиге выше 1400°.

При изучении минерализующей роли хлоридов, карбонатов, сульфатов, нитратов и фосфатов, проведенном на кафедре вяжущих веществ ЛТИ им. Ленсоветом установлено, что эффективность действия солей определяется как анионом, так и катионом соли. Из исследованных солей наименьшей минерализующей способностью обладают хлориды (наиболее эффективны ZnCl2, CaCl2, A1C13), а наибольшей минерализующей способностью обладают сульфаты, более эффективные, чем CaF2. Минерализующую роль сернокислого кальция, вводимого в сырьевые смеси в виде гипса, подробно изучали П. П. Будников, С. Д. Окороков, Т. А. Рагозина и другие. В присутствии этой соли повышенное количество C3S образуется при более низкой температуре. При взаимодействии CaSO4 с алюминатами кальция

Минерализующее действие этих соединений более эффективно при температуре выше 1300°. Еще более эффективно применение многокомпонентных (комбинированных) минерализаторов, состоящих из смеси нескольких солей,

в том числе фтор.

Среди других минерализаторов, проявивших хорошую минерализующую способность в лабораторных условиях, следует назвать криолит, оксиды марганца, бария и титана, буру, фаялит, лепидолит,

сподумен и фторапатит.

Некоторые из минерализаторов, являясь легкоплавкими веществами, способствуют увеличению количества клинкерного расплава, в связи с чем их можно считать просто флюсами. Основным веществом, расплавом, используемым для регулирования вязкости и (в меньшей степени) количества жидкой фазы в клинкере, является оксид железа. В результате снижения вязкости жидкой фазы, увеличения ее количества и расширения температурного диапазона существования, скорости реакций минералообразования и степени их завершенности в клинкере в присутствии избыточного количества Fe2O3 увеличивать.

Увеличить количество жидкой фазы в клинкере и снизить температуру его образования можно также введением в состав сырьевых смесей шлаков никелевого, титанового и медеплавильного производств.

8. Определение качества цемента.

Под водопотребностью вяжущего понимают количество воды, которое необходимо ввести в него для получения теста с так называемой нормальной густотой. Нормальной густотой цементного теста условно называют такую ​​консистенцию, при которой пестик погружается в него на определенную, нормируемую ГОСТ 310 - 60 глубину.

Водопотребность цемента при получении теста нормальной плотности равна количеству воды, исчисленному в процентах от массы цемента. Водопотребность портландцемента обычно колеблется от 24 до 28%. Следует отметить, что этого иногда больше, чем необходимо для прохождения реакций гидратации клинкерного минерала. В результате избыток воды, введенной в тесто, увеличивает пористость цементного камня, что отрицательно сказывается на его прочности. Следовательно, при прочих равных условиях, чем ниже водопотребность вяжущего, тем выше его качество. Портландцемент является одним из вяжущих с наименьшей водопотребностью. Водопотребность строительного гипса достигает, например, 50-70%, а пуццоланового портландцемента - 35-40% (с добавками осадочного происхождения).

Водопотребность портландцемента зависит от многих факторов и, в частности, от его минералогического состава. Чем больше в нем алюминатов кальция, тем он выше. Более тонкий помол также несколько увеличивает его. Этому также способствует введение таких материалов, как трепел, диатомит и другие активные добавки осадочного происхождения даже в количестве 10-15%.

Водопотребность цементов можно в значительной степени регулировать с помощью добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ). Обладают смягчающим эффектом. В качестве ПАВ чаще всего используют сульфитно-спиртовую барду и сульфитно-дрожжевую брагу, а также их производные, абиетат натрия и многие другие вещества. ПАВ в количестве 0,1 - 0,3 % вводят в цементы при помоле и получают так называемые пластифицированные портландцементы. Их также можно добавлять при изготовлении растворов и бетонных смесей.

Большое практическое значение при использовании вяжущих имеет скорость их схватывания и твердения.

Схватывание – это процесс, при котором относительно подвижная смесь цемента с водой постепенно загустевает и приобретает такую ​​начальную прочность, что ее механическая обработка становится практически затруднительной и даже невозможной (в конце схватывания). Поэтому вяжущие, в том числе и цементы, должны характеризоваться такими сроками схватывания, которые позволяют приготовить растворные и бетонные смеси и использовать их на практике. Различают начало и конец схватывания теста от того или иного вяжущего. Условно в соответствии со стандартами эти сроки схватывания определяют на пробе нормальной плотности при температуре 20°С ± 2 по глубине погружения в нее иглы Вика. По ГОСТу на портландцемент начало схватывания теста из этого вяжущего должно происходить не ранее чем через 45 минут,

Перед схватыванием тесто обладает тиксотропными свойствами. По мере приближения конца схватывания цементное тесто или бетонная смесь становится все менее и менее удобоукладываемой. Необходимо, чтобы смеси в это время затвердели в спокойном состоянии. Однако и в этот период времени (до окончания схватывания) иногда допускается механическое воздействие на бетонную смесь, если только оно приводит к уплотнению и упрочнению бетона, хотя и вызывает нарушение исходной структуры бетона. установить цемент. При таком быстротвердеющем вяжущем, как полуводный гипс, воздействие на тесто и бетон после начала схватывания приводит к резкому снижению прочности системы.

Вяжущее тем ценнее, чем быстрее нарастает его прочность после начала схватывания и, следовательно, чем меньше разрыв во времени между его началом и окончанием. Сроки схватывания цементов зависят от многих факторов и регламентируются в достаточно широких пределах с учетом требований, предъявляемых к вяжущим, применяемым в строительстве.

Минералогический состав цементов во многом отражается на скорости их схватывания. Так, цементы с высоким содержанием алюминатов кальция характеризуются более короткими сроками схватывания. Белитовые цементы схватываются медленнее.

Важнейшим регулятором скорости схватывания портландцементов является дигидрат гипса, который вводят в них при помоле в количестве 3–6 % по массе. Клинкерный молотый без гипса характеризуется очень коротким временем схватывания, что препятствует его использованию.

Чем больше в цементе алюминатов кальция и щелочных соединений, чем выше тонкость помола, тем больше в него нужно добавить гипса. Оптимальное количество последнего в зависимости от свойств цемента устанавливают специальными опытами. Следует отметить, что количество гипса в цементе определяет не только сроки его схватывания, но и такие важные свойства, как прочность, скорость твердения, усадку, морозостойкость и др., что особенно ярко показано в исследованиях С.В. Шестоперовой, Г.И. Горчакова и др. Поэтому оптимальное количество гипса в портландцементе должно устанавливаться с учетом требований, предъявляемых к свойствам цемента при использовании в различных конструкциях и конструкциях. Но даже при оптимальных добавках дигидрата гипса иногда приходится иметь дело с цементами, характеризуется так называемым «ложным припадком». Она проявляется в том, что цемент при смешивании с водой схватывается практически сразу, но при последующем интенсивном замешивании дает, особенно с небольшим добавлением воды, тесто с нормальными сроками схватывания, твердеющее без потери прочности. Явление «ложного» схватывания объясняется наличием в цементе полуводного гипса или обезвоженных полугидратов, образующихся при помоле клинкера в мельницах при повышенных температурах (130 - 160°С). При повышенном содержании щелочей в цементе оно более интенсивное. Иногда «ложное» схватывание происходит у цементов, которые длительное время хранились в силосах при высоких температурах. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными " Она проявляется в том, что цемент при смешивании с водой схватывается практически сразу, но при последующем интенсивном замешивании дает, особенно с небольшим добавлением воды, тесто с нормальными сроками схватывания, твердеющее без потери прочности. Явление «ложного» схватывания объясняется наличием в цементе полуводного гипса или обезвоженных полугидратов, образующихся при помоле клинкера в мельницах при повышенных температурах (130 - 160°С). При повышенном содержании щелочей в цементе оно более интенсивное. Иногда «ложное» схватывание происходит у цементов, которые длительное время хранились в силосах при высоких температурах. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными явлениями «ложного» схватывания. но при последующем интенсивном перемешивании дает, особенно при небольшом добавлении воды, тесто с нормальными сроками схватывания, твердеющее без потери прочности. Явление «ложного» схватывания объясняется наличием в цементе полуводного гипса или обезвоженных полугидратов, образующихся при помоле клинкера в мельницах при повышенных температурах (130 - 160°С). При повышенном содержании щелочей в цементе оно более интенсивное. Иногда «ложное» схватывание происходит у цементов, которые длительное время хранились в силосах при высоких температурах. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными явлениями «ложного» схватывания. но при последующем интенсивном перемешивании дает, особенно при небольшом добавлении воды, тесто с нормальными сроками схватывания, твердеющее без потери прочности. Явление «ложного» схватывания объясняется наличием в цементе полуводного гипса или обезвоженных полугидратов, образующихся при помоле клинкера в мельницах при повышенных температурах (130 - 160°С). При повышенном содержании щелочей в цементе оно более интенсивное. Иногда «ложное» схватывание происходит у цементов, которые длительное время хранились в силосах при высоких температурах. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными явлениями «ложного» схватывания. Явление «ложного» схватывания объясняется наличием в цементе полуводного гипса или обезвоженных полугидратов, образуется при помоле клинкера в мельницах при повышенных температурах (130 - 160°С). При повышенном содержании щелочей в цементе оно более интенсивное. Иногда «ложное» схватывание происходит у цементов, которые длительное время хранились в силосах при высоких температурах. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными явлениями «ложного» схватывания. Явление «ложного» схватывания объясняется наличием в цементе полуводного гипса или обезвоженных полугидратов, образующихся при помоле клинкера в мельницах при повышенных температурах (130 - 160°С). При повышенном содержании щелочей в цементе оно более интенсивное. Иногда «ложное» схватывание происходит у цементов, которые длительное время хранились в силосах при высоких температурах. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными явлениями «ложного» схватывания. длительное хранение в силосах при высоких температурах. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными явлениями «ложного» схватывания. длительное хранение в силосах при высоких температурах. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными явлениями «ложного» схватывания. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными явлениями «ложного» схватывания. длительное хранение в силосах при высоких температурах. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными явлениями «ложного» схватывания. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными явлениями «ложного» схватывания. длительное хранение в силосах при высоких температурах. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию от получения этих вяжущих с нежелательными явлениями «ложного» схватывания.

Быстрое схватывание цементов, не устраняемое дополнительным замешиванием теста, наблюдается в цементах с недостаточным содержанием дигидрата гипса.

Влияние гипса на скорость схватывания портландцементов объясняется его взаимодействием с трехкальциевым алюминатом с образованием трисульфатной формы гидросульфоалюмината 3CaO∙A1203∙3CaS04∙31H20. Последний осаждается на алюминате в виде экранирующих пленок, уменьшающих доступ воды к этому минералу и замедляющих скорость реакции.

Многие другие вещества также влияют на время схватывания цемента, одни удлиняют его, другие сокращают.

В качестве ускорителя схватывания часто используют хлористый кальций, вводимый в количестве 0,5 - 1,5 % от массы цемента при изготовлении бетонных смесей. C3A, реагируя с CaC12, образует малорастворимое соединение – хлоралюминат кальция 3CaO∙Al2O3∙CaCl2∙10H2O.

Следует отметить, что при очень малых добавках CaCl2 может действовать как замедлитель схватывания. Примерно так же действуют Ca(N0)3)2, MgCO3, полугидрат гипса и др. Сода, действуя ускоряюще, часто вызывает снижение крепости.

Наконец, существует группа веществ (<Object: word/embeddings/oleObject11.bin>ацетат кальция, сахар и др.), резко замедляющие скорость схватывания цементов. Некоторые из них, вводимые в соответствующем количестве (1 - 3%), задерживают схватывание цемента на неопределенно долгое время.

На скорость схватывания цемента также существенно влияют такие факторы, как водоцементное отношение и температура. С увеличением В/Ц и понижением температуры скорости схватывания и твердения уменьшаются, и наоборот.

Увеличение тонкости помола цемента также способствует увеличению скорости его схватывания.

При хранении цемента на складах он подвергается воздействию водяного пара и СО2, содержащихся в воздухе. При этом на поверхности частиц цемента образуются пленки гидратных новообразований, а также карбоната кальция, которые замедляют реакции цемента с водой и скорость его схватывания.

Вяжущие, в том числе цементы, при твердении должны характеризоваться равномерным изменением объема. Цементы с неравномерным изменением объема приводят не только к снижению прочности бетона при их твердении, но даже к их разрушению.

Неравномерное изменение объема цементов может быть вызвано: гидратацией свободного оксида кальция при содержании его в клинкере более 1,5 - 2 %; гидратация свободного оксида магния, присутствующего в клинкере в виде высокотемпературной медленно закалочной формы - периклаза; образование высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция в твердеющем цементе при повышенном содержании С3А в клинкере и при избыточном введении гипса в портландцемент при его помоле.

Содержание свободного оксида кальция в цементе стандартом не регламентируется. При избыточном количестве его негативное действие легко определяется по поведению образцов цемента - лепешек (диаметр 7 - 8 см, толщина в середине около 1 см) при их нагревании в кипящей воде в течение 4 часов. Испытание проводят через сутки после изготовления образцов. Отсутствие на лепешках радиальных трещин, доходящих до краев, или сети мелких трещин, видимых невооруженным глазом или в лупу, а также искривления и увеличения объема свидетельствует о равномерном изменении объема цемента. Следует иметь в виду, что появление на лепешках трещин подсыхания еще до их прогрева в воде вовсе не означает, что цемент некачественный, если на обратной стороне не обнаружены радиальные трещины, доходящие до краев (ГОСТ 310 - 60).

По ГОСТ 10178 - 62 во всех разновидностях портландцемента допускается содержание MgO не более 5 %.

Равномерность изменения объема цементов с повышенным содержанием в них MgO иногда определяют на описанных выше кеках, пропаривая их в автоклаве под давлением насыщенного пара 20 атм (изб.) по схеме 2 + 1 + Режим 1 ч (подъем давления, нагрев до 20 атм, охлаждение). Равномерность изменения объема оценивают по тем же критериям, которые были указаны ранее.

Повышенное количество сульфатных соединений в цементах (в том числе и в гипсе) достаточно быстро устанавливается методами химического анализа.

Иногда цементы, характеризующиеся равномерным изменением объема и содержащие значительное количество щелочей (Na2O + K2O более 0,5 %), могут вызывать разрушение бетонов из заполнителей, содержащих реактивный кремнезем (опал, халцедон и др.). При длительном твердении во влажных условиях такие заполнители способны взаимодействовать со щелочными соединениями цемента и давать водные щелочные силикаты. Последние образуются на поверхности зерен в виде объемистых гелеобразных масс, вызывая вспучивание бетона и его разрушение. Для предотвращения таких явлений применяют цементы с пониженным содержанием щелочных соединений (менее 0,5 - 0,6% в пересчете на Na2O), пуццолановые портландцементы, заполнители, не содержащие реакционноспособного кремнезема.

Определение прочности и марки цементов.

Важнейшим свойством портландцемента является его способность твердеть при взаимодействии с водой и переходить в камнеподобное состояние. Чем выше механическая прочность затвердевшего камневидного тела (раствора, бетона) и чем раньше она достигается, тем выше качество цемента или другого вяжущего.

Поэтому различают:

1) конечная прочность, которая может быть достигнута цементом при твердении;

2) скорость твердения, характеризующаяся интенсивностью нарастания прочности твердеющего цемента во времени.

В соответствии с этим цементы, характеризующиеся быстрым нарастанием прочности, называются быстротвердеющими, а если достигается высокая прочность, то высокопрочными.

Механическую прочность затвердевших цементов можно оценивать различными способами, например по прочности на сжатие, прочности на изгиб, прочности на растяжение, прочности на сдвиг образцов той или иной формы. При этом подбор состава смесей, изготовление, хранение и испытания образцов осуществляются строго в соответствии с требованиями, установленными соответствующими стандартами для конкретного вяжущего в конкретной стране. Все большее значение начинают приобретать неразрушающие методы определения прочности цементов и бетонов с помощью ультразвуковых колебаний.

В России прочностные и другие свойства цементов, а также методы их определения регламентируются ГОСТ 10178 - 62 ("Портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент и их разновидности") и ГОСТ 310 - 60 (" Цементы. Методы физико-механических испытаний»). В соответствии с этими нормами прочность цементов определяют по прочности при изгибе балок размером 40 х 40 х 160 мм и при сжатии половинок тех же образцов. Балки сформированы из малопластичного раствора с составом 1:3 (цемент : песок) по массе с помощью вибрации (амплитуда 0,35 мм, частота 3000 об/мин) и испытаны через 28 суток с даты изготовления. Для этого используется специальный стандартный песок.

Растворы готовят с водоцементным отношением, равным 0,4, а их консистенция по растеканию конуса после 30-кратного встряхивания на столе должна характеризоваться диаметром в пределах 105-110 мм. При меньшем разбросе конуса количество воды в растворе увеличивают до получения необходимой подвижности.

Балки из раствора выдерживают в формах в течение суток в среде с относительной влажностью не менее 95 %, а затем расформовывают и выдерживают в воде (температура 20°С + 2°С) в течение 27 сут. Через 28 суток со дня изготовления и не позднее 10 минут после извлечения из воды балки испытывают на прочность на изгиб, а полученные половинки на сжатие. Показатель прочности на сжатие, достигаемый через 28 суток стандартного твердения, называется активностью цемента.

По прочности портландцементы делятся на четыре марки: 300, 400, 500 и 600.

Образцы для определения показателей прочности должны быть изготовлены из цементов с температурой в пределах 20°С.<Object: word/embeddings/oleObject12.bin>3°. По ГОСТ 310-60 образцы должны быть испытаны не позднее 10 мин после извлечения их из воды. Это требование обусловлено тем, что при высыхании образцов их прочностные показатели увеличиваются.

Отношение прочности образцов, насыщенных водой, к прочности высушенных образцов, одинаковых по составу и условиям твердения, называется коэффициентом размягчения. Для цементных образцов это отношение обычно колеблется в пределах 0,8 - 0,9, а для гипсовых - 0,3 - 0,4. Величина этого отношения характеризует водостойкость материала. Коэффициент размягчения зависит от типа материала и плотности испытуемых образцов.

На практике часто бывает необходимо получить данные об активности цементов раньше, чем через 28 суток. С этой целью применительно к старым ГОСТ 310-41 и ГОСТ 970-61 разработаны ускоренные методы испытаний цементов, позволяющие получать показатели прочности, достаточно близкие к получаемым при испытаниях по указанным нормам. (ускоренные методы ЦНИИПС - 2, ГНЦ, НЦ - 1, НЦ - 2ИДР).

С. А. Миронов и И. М. Френкель предлагают ориентировочно определять активность цементов ускоренным способом по результатам их испытаний в бетонах, подвергнутых пропарке. Ориентировочные данные об активности цемента по ГОСТ 10178 - 62 и ГОСТ 310 - 60 можно получить через 16 - 18 часов с момента изготовления проб.

СМ. Рояк, А.Ф. Черкасова и Е.Т. Яшин разработали ускоренный метод оценки односуточной активности цемента для бетонов, подвергнутых тепловлажностной обработке. При этом образцы, изготовленные по методике ГОСТ 310 - 60, пропаривают при 90 - 95°С в закрытых формах и затем по графикам определяют прочность бетона в зависимости от установленной прочности пропаренных образцов из раствора. .

9. Контроль качества сырьевой смеси и цемента.

Контроль на цементных заводах включает в себя контроль качества и сертификацию продукции и контроль технологических процессов для обеспечения оптимальных условий работы и максимальной производительности оборудования. Управление технологическим процессом может быть оперативным и учетным и тесно связано с оптимизацией процесса с использованием автоматических систем, включающих получение информации, ее обработку и принятие решения с помощью управляющей вычислительной машины (УВМ), автоматическое регулирование параметров процесса, обеспечивающее его оптимизацию. Система «Цемент-1» была разработана в СССР. В этом разделе мы рассмотрим методы контроля качества продукции и способы получения информации о параметрах процесса.

До недавнего времени заводская лаборатория выполняла функции ОТК (оперативного контроля полуфабрикатов и паспортизации готовой продукции) и контролировала процесс получения сырьевой смеси заданных параметров. Однако на современных заводах управление приготовлением смеси переведено в автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Но за лабораторией остались функции разработки состава сырьевой смеси, шихты для производства цементов (доля клинкера, гипса, добавок) и определения параметров технологических характеристик сырьевой смеси и готового цемента (крупность помола). измельчение, влажность и др.).

Автоматический контроль процесса приготовления сырьевой смеси осуществляется на основании данных о химическом составе сырья, поступающего из карьера, на основании которых осуществляется процесс формирования штабелей усреднительного склада сырья. осуществляют. Интегральная схема обеспечения постоянства состава сырьевой смеси (оперативное автоматическое управление дозаторами - непрерывное усреднение) также основана на данных об отклонениях в составе сырьевой смеси. Поэтому одним из основных компонентов оперативной информации являются данные о составе сырьевой смеси.

В процессе разведки месторождения и его разработки проводятся буровые работы, на основании которых составляется опережающая сетка карьера по составу сырья, используемого для селективной разработки карьеров и фиксируется в памяти УВМ. Экспресс-определение состава сырья и сырьевых смесей проводят либо с помощью рентгеноанализаторов (квантометров), либо автоматических титраторов. Для обеспечения экспресс-определения состава разработаны автоматические системы отбора и усреднения проб, системы транспортировки проб, автоматические устройства комплексной пробоподготовки.

Для экспресс-анализа сырья и сырьевой смеси клинкера, цемента используются рентгеноанализаторы-спектрографы (квантометры), работающие в комплексе с компьютером.

Точность данных рентгеноанализатора также связана с влиянием минералогической природы составляющих компонентов пробы и ее гранулометрии. При проведении контрольных анализов для исключения структурно-минералогических факторов пробу сплавляют со специальными добавками - флюсами (тетраборат лантана, окись лития). Время подготовки образца 15 - 20 мин. Стандартное отклонение при использовании рентгеновских спектрометров составляет 0,1 % для SiO2, 0,03–0,05 % для Al2O3 и Fe2O3 и 0,3 % для CaO, что не превышает отклонений при химическом анализе. Каждую смену анализатор должен автоматически настраиваться на стандартную пробу. При более упрощенной схеме пробоподготовки время анализа составляет 15 мин, что позволяет УВМ управлять дозаторами со сдвигом по времени 30 мин (отбор, усреднение и выдача пробы по 15 мин).

В Ленинградском технологическом институте разработан поверхностомер, определяющий удельную поверхность по величине поверхностного заряда, сообщаемого пороху. Устройство простое и перспективное.

Во Франции разработан оптический экспресс-метод оценки гранулометрического состава порошка. Когда луч лазерного света скользит по поверхности частиц, происходит отклонение на угол, обратно пропорциональный диаметру частиц. Если установить один датчик, улавливающий фотоны, отклоняемые мелкими частицами, и датчик, регистрирующий отклонение луча от крупных частиц, то разница в показаниях позволяет рассчитать соотношение крупной и мелкой фракций.

Определенную информацию о работе печи можно получить, фиксируя температуру в зоне спекания, массу 1 л клинкера и содержание свободного СаО в клинкере. Последняя определяется петрографическим методом, этому обучают печников. Для установления массы клинкера можно использовать направленное устройство на основе радиоактивных изотопов; значение показателя получают исходя из интенсивности поглощения рентгеновских лучей при прохождении через клинкерный слой заданной толщины, содержащий клинкерные зерна размером 5-10 мм.

Температура в зоне спекания устанавливается с помощью цветного пирометра, что сводит к минимуму влияние пыли в зоне, так как температура измеряется по соотношению сигналов двух излучателей. Отечественный пирометр "Спектропир 4 - 01" имеет унифицированный выход для работы с УВМ. Для оперативного контроля работы зоны сушки (влажности материала в разных частях зоны) вращающихся печей, работающих на шламах, используется метод, разработанный ООО «Гипроцемент» и основанный на оценке интенсивности поглощения нейтронов. Состояние покрытия в зоне спекания контролируют, контролируя температуру корпуса печи с помощью пирометра, перемещаемого на тележке вдоль корпуса печи. Телеуправление широко используется для контроля за ходом технологических процессов. Осуществлять удаленный мониторинг загрузочных устройств дробилок,

Вывод.

Целью данной курсовой работы была разработка состава быстротвердеющего портландцемента на основе сырья Коркинского цементного завода.

яВ работе были произведены расчеты состава сырьевой смеси, а также минералогического состава клинкера. Анализируя полученные данные, было установлено, что расчетное количество С3А = 6,95%, что соответствует значениям ГОСТ 10178-85 (согласно которому содержание С3А не должно превышать 8%).

Таким образом, клинкер можно использовать для производства дорожного цемента.