Производство портланд-цемента



Портланд-цементом (гидравлическим цементом) называется гидравлический вяжущий материал, состоящий из силикатов, и алюмосиликатов кальция различного состава.

Основными компонентами портланд-цемента являются следующие соединения: алит (трикальцийсиликат) ЗСаО·SiО2, белит (дикальцийсиликат) 2СаО . SiО2, трикальцийалюминат ЗСаО·Аl2O3. Помимо этих соединений в портланд-цементе содержатся примеси трикальцийалюмоферрита ЗСаО· Аl2O3·Fе2O3, оксидов кальция и магния.

Характеристиками портланд-цемента являются «марка» и «модуль».

Маркой цемента называется предел прочности на сжатие образца цемента после затвердевания его в течение двадцати восьми суток, выражаемый в кг/см2. Чем больше марка цемента, тем выше его качество. Существуют марки 400, 500 и 600.

Модулем цемента называется показатель, выражающий соотношение между оксидами в нем. Различают три вида модулей цемента.

Силикатный (кремнеземный) модуль – отношение содержания оксида кремния к суммарному содержанию оксидов алюминия и железа:

Глинозёмный модуль – отношение содержания оксида алюминия к содержанию оксида железа:

Гидравлический модуль – отношение содержания основного оксида кальция к суммарному содержанию кислотных оксидов кремния, алюминия и железа:

3атвердевание портланд-цемента основано на реакциях гидратации, входящих в его состав силикатов и алюмосиликатов, с образованием кристаллогидратов различного состава:

3СаО· SiO2 + (n + 1)Н2O = 2СаО· SiO2· nН2O + Са(ОН)2,

2СаО· SiO2 + nН2O = 2СаО· SiO2· nН2O,

3СаО· АI2O3 + 6Н2О = 3СаО· АI2O3· 6Н2O.

При смешении порошка цемента с водой (затворении) масса затвердевает, процесс затвердевания протекает через ряд последовательных стадий:

- образование насыщенных растворов силикатов;

- гидратация силикатов и образование кристаллогидратов;

- кристаллизация массы (схватывание) и рост кристаллов;

- образование сростков кристаллов и упрочнение массы (твердение).

Для придания цементу определенных свойств в него вводят добавки:

- гидравлические, повышающие водостойкость за счет связывания содержащегося в цементе гидроксида кальция:  

Са(ОН)2 + SiO2 = СаSiO3 + Н2О,

- пластифицирующие, повышающие эластичность массы;

- кислотостойкие, придающие цементу коррозионную стойкость к кислым средам (гранит);

- инертные, для удешевления продукции (песок);

- регулирующие время схватывания массы (гипс).

Производство портланд-цемента складывается из двух стадий: получения клинкера и его измельчения.

Получение клинкера может осуществляться двумя способами – мокрым и сухим, которые различаются методом приготовления сырьевой смеси для обжига. По мокрому методу сырье измельчают в присутствии большого количества воды, получая пульпу, содержащую до 45% воды. В этом методе обеспечивается высокая однородность смеси, снижается запыленность, но увеличиваются затраты энергии на испарение воды. По сухому методу компоненты сырья сушат, измельчают и смешивают в сухом виде. Такая технология является энергосберегающей, поэтому, удельный вес производства цемента по сухому методу непрерывно возрастает.

Производство клинкера включает операции дробления, размола и корректировки состава сырья и последующей высокотемпературной обработки полученной шихты – обжига. Сырьем в производстве портланд-цемента служат различные известковые породы (известняк, мел, доломит) и глина, а также мергели, представляющие однородные смеси тонкодисперсных известняка и глины.

При обжиге шихты последовательно протекают процессы:

- испарения воды (100 оС);

- дегидратации кристаллогидратов и выгорания органических веществ:

МеО· nН2O = МеО + nН2O (500 оС);

- термической диссоциации карбонатов:

СаСО3 = СаО + СО2 (900-1200 оС);

- взаимодействия основных и кислотных оксидов с образованием силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция:

СаО + SiO2 = 2СаО· SiO2 (белит),

2СаО· SiO2 + СаО = 3СаО· SiO2 (алит),

3СаО + Аl2O3 = 3СаО· Аl2O3 (трикальцийалюминат).

Процесс заканчивается при 1450 oС, после чего клинкер поступает на охлаждение. Состав образовавшегося в результате обжига продукта: алит 40-60 %, белит 15-35 %, трикальцийалюминат 5-14 %.

Для обжига шихты используются барабанные вращающиеся печи диаметром 3.5-5.0 м и длиной до 185 м. Компоненты сырья, поступающие в печь, последовательно проходят в ней зоны сушки, подогрева, кальцинации, экзотермических реакций образования силикатов, спекания и охлаждения. Выходящий из печи клинкер охлаждается в барабанных холодильниках, а нагретый воздух используют для подогрева воздуха и газообразного топлива, поступающих в печи обжига.

Измельчение клинкера. Охлажденный клинкер выдерживается на складе в течение 10-15 суток для гидратации свободного оксида кальция влагой воздуха, смешивается с добавками и измельчается в дробилках и многокамерных мельницах до частиц размером 0.1 мм и меньше. На рис. 11.4 представлена принципиальная схема производства портланд-цемента мокрым способом.

Рис. 11.4. Принципиальная схема производства портланд-цемента

Основная масса портланд-цемента используется для изготовления бетона и изделий из него. Бетоном называется искусственный камень, получаемый при затвердевании затворенной водой смеси цемента, песка и заполнителя. В качестве заполнителей используют:

- в обыкновенных бетонах – песок, гравий, щебень;

- в легких бетонах – различные пористые материалы (пемза, шлак);

- в ячеистых бетонах – замкнутые поры, образующиеся при разложении вводимых в бетонную смесь газо- и пенообразователей;

- в огнеупорных бетонах – шамотовый порошок;

- в железобетоне – металлическая арматура.

 


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 389;