Конспект лекций по курсу «Строительные материалы и изделия»

Клинкер

Для производства портландцементного клинкера применяют известняк и глину. Известняк состоит в основном из двух оксидов (кальция и углерода) , а из различных минералов, содержащих SiO₂ , Al₂O₃ , Fe₂O₃.
В процессе обжига сырьевой смеси удаляется оксид углерода и остаются 4 оксида, которые образуют клинкерные минералы. Содержание оксидов в цементе: (CaO – 64-67%, SiO₂ – 21-24% , Al₂O₃ – 4-8% , Fe₂O₃ – 2-4%).
Кроме основных оксидов в портландцементном клинкере могут быть : оксид магния (не превышает 5% , т к вызывает появление трещин) и щелочные оксиды калия и натрия (не должны превышать 1% , т к снижают качества цемента и вызывают разрушения отвердевшего бетона ).
Оксиды, находящиеся в клинкере при обжиге образуют 4 основных минерала:

1. 
   алит (45-60%)
   
2. 
   белит (20-35%)
   
3. 
   трех кальциевый алюминат (4-12%)
   
4. 
   четырех кальциевый аллюмоферит (10-18%)
   

Алит – основной минерал клинкера, быстро твердеет , определяет скорость твердения и нарастание прочности портландцемента.
Белит – второй по важности и содержанию силикатный минерал, медленно твердеет и достигает прочности при длительном твердении.
3^хкальциевый алюминат – очень быстро гидра тирует и твердеет, продукты гидратации пористы и низкопрочны, поэтому содержание в сульфатостойком цементе ограничено до 5%.
4^хкальциевый аллюмоферит – по скорости гидротации занимает промежуточное место между алитом и белитом. Не оказывает определяющего значения на скорость твердения.

Производство портландцемента

Сырье должно содержать :
75-78% - известняк
22-25% - глинистое вещество
наряду с известняком и глиной применяют корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из оксидов, недостающего в сырьевой смеси.
Недостаток оксида кремния компенсируется введением высококремнеземитсых добавок (трепел, диатомит, опоки)
Увеличить содержание железа можно введением руды, колчеданных огарков. Повысить содержание глинозема можно добавлением высокоглиноземистых глин.
Кроме того используют отходы разных отраслей промышленности (доменный шлак, нефелиновый шлам)
Если к сырью такого состава добавить 15-20% известняка, то состав смеси получится аналогичным, как для получения портландцемента.
Технологический процесс производства портландцемента состоит из основных операций:

1. 
   добыча известняка и глины
   
2. 
   подготовка сырьевых материалов и корректирующих добавок
   
3. 
   приготовление из них однородной смеси заданного состава
   
4. 
   обжиг смеси и измельчение клинкера в тонкий порошок совместно с гипсом, а иногда с добавками.
   

Способы приготовления сырьевой смеси:

1. 
   мокрый (сырьевые материалы измельчаются и смешиваются в присутствии воды, и смесь обжигают в вращающихся печах)
   
2. 
   сухой (материалы смешивают, измельчают и обжигают в сухом виде)
   
3. 
   комбинированный (сырьевую смесь подготавливают по мокрому способу, затем шлам обезвоживают и из него приготавливают гранулы, которые обжигают по сухому способу)
   

По мокрому способу: доставляют из карьера в кусках ,предварительно измельчают твердые поролы, дробят в дробилках, а более мягкие измельчают , перемешивая с водой в глиноболтушках.
Полученный там шлам (влажность 45%) выпускают через отверстия с сеткой и перекачивают в трубную (шаровую) мельницу, куда непрерывно подается дробленый известняк.
Сметанообразная масса шлама подается насосом в шлам бассейны (они представляют собой цилиндрические резервуары : стальные и ЖБ , в которых окончательно корректируется химический состав шлама). Из бассейнов шлам поступает в баки, а затем равномерно подается во вращающуюся печь для обжига.
По ходу движения обжигаемого материала являются зоны:

1. 
   зона испарения - постепенно повышение температуры от70 до 200⁰С , испаряется влага
   
2. 
   зона подогрева - 200-700⁰С, выгорают органические примеси
   
3. 
   зона декарбонизации - 700-1100⁰С, образуются свободные оксиды кальция и магния
   
4. 
   зона экзотермической реакции - 1200-1300⁰С, завершается процессы спекания материала.
   
5. 
   зона спекания - 1300-1450⁰С, происходит частичное плавление материала
   
6. 
   охлаждение - температура клинкера понижается от 1300 до 1000⁰С, полностью формируется его структура и состав.
   

Клинкер поступает в холодильник, где резко охлаждается до 100⁰С, поступает на склад до окончательного охлаждения и вылеживания, где он находится до 15 дней.
Затем помол клинкера совместно с добавками производится в трубных многокамерных мельницах или сепараторных установках. Готовый портландцемент с температурой 100⁰С и более пневматическим транспортом направляют в силосы для охлаждения. Затем его расфасовывают по 50 кг в многослойные бумажные мешки или загружают в специально оборудованный транспорт.
Структура цементного камня
Отвердевший цементный камень представляет собой микроскопическую неоднородную систему, состоящую из кристаллических сростков и геометрических масс.
На структуру бетона оказывают влияние пористость цементного камня , связанная с начальным содержанием воды в бетонной смеси.
Для получения удобоукладываемой смеси в нее вводят в 2-3 раза больше воды, чем требуется для реакции с цементом.