химический каталог




ЦЕМЕНТЫ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ЦЕМЕНТЫ, порошкообразные минеральных вяжущие материалы, образующие при взаимодействии с водой или водными растворами солей пластичную массу, превращающуюся со временем в твердое камневидное тело; основные строит. материал.
Наиболее распространение получил так называемой портландцемент (от назв. г. Портленд в Великобритании), содержащий гл. обр. высокоосновные силикаты кальция. Химическая состав портландцемента (без добавок), в % по массе: 62-76% СаО, 20-23% SiO2, 4-7% Al2О3, 2-5% Fе2О3, 1-5% MgO; минералогич. состав, в % по массе: твердые растворы на основе 3CaO x SiO2, или Са3SiO5 (алкит, 45-65%), 2CaO x SiO2, или Ca2SiO4 (белит, 15-30%), алюминат кальция ЗСаО x Al2О3 (3-14%), алюмоферрат(III) кальция 4СаО x Al2О3 x 2О3 (10-18%). Известны отличающиеся составом и назначением различные виды портландцемента, напр, высокопрочный, быстротвердеющий, гидрофобный и др., его смеси с гранулированным шлаком (шлакопортландцемент) и горн. породами - пуццоланами - трепелом, туфом, пемзой (пуццолановый портландцемент). Другие распространенные виды Ц.- глиноземистый, гипсоглиноземистый расширяющийся (табл. 1).

Получение. Сырьем для получения Ц. служат природные материалы (известковые, глинистые, мергелистые, гипсовые, глиноземистые породы) и пром. отходы (металлургич. и топливные шлаки, золы от сжигания углей, белитовый шлам, отходы от переработки нефелиновых пород и др.).
Произ-во ЦЕМЕНТЫ включает приготовление сырьевой смеси (дробление исходных материалов, их тонкий помол, перемешивание, корректировка химический состава смеси), обжиг сырьевой смеси, тонкий помол обожженного продукта (клинкера) до порошкообразного состояния вместе с небольшим количеством гипса, активными (шлак, зола, гемза) и неактивными при взаимодействии с водой (кварц, карбонатные породы) минеральных добавками и др. веществами, придающими ЦЕМЕНТЫ нужные свойства (например, пластификаторы, гидрофобные добавки).
В зависимости от метода приготовления сырьевой смеси различают сухой, мокрый и комбинир. способы производства. При сухом способе сырье (известняк и глина) в процессе дробления и помола в мельницах высушивается и превращается в сырьевую муку, после чего мука поступает на обжиг. При мокром способе помол сырьевых компонентов осуществляют в мельницах в присутствии воды, к-рую вводят для понижения твердости, интенсификации процесса помола и уменьшения удельного расхода энергии. Влажность сырьевой смеси (шлама), поступающего на обжиг, при мокром помоле составляет 34-43% по массе; для снижения влажности шлама к сырьевой смеси добавляют сульфитно-дрожжевую бражку, триполифосфат Na или ПАВ. При комбинированном способе сырьевая смесь готовится по предыдущей схеме, затем обезвоживается на вакуум-фильтрах или вакуум-прессах, формуется в гранулы и поступает на обжиг.
Обжиг сырьевой смеси осуществляют при 1450 °С во вращающихся (редко шахтных) печах, представляющих собой наклонный стальной цилиндр, в загрузочную часть которого подается сырьевая смесь, а со стороны выгрузки (головки) печи через форсунку - топливо (см. Печи). Сырьевая смесь движется по направлению к головке печи, подвергаясь действию нагретых топочных газов. Вращающуюся печь условно разделяют на несколько технол. зон. В зоне сушки под действием отходящих топочных газов сырьевая смесь подсушивается, в зоне подогрева нагревается до 500-600 °С и переходит в зону кальцинирования (900-1200 °С), в которой происходит разложение СаСО3. Получающийся СаО в твердом состоянии взаимодействие с составными частями глины и железистого компонента с образованием в экзотермодинамически зоне 2CaO x SiO2, 5СаО x 3Al2О3, 3СаО x Al2O3, 4CaO x Al2O3 x Fe2O3, 2CaO x Fe2O3, а также СаО, MgO и др. оксидов.
В зоне спекания при температуре 1450 °С обжигаемый материал (клинкер) частично плавится; в этой зоне образуется главный минерал клинкера ЗСаО x SiO2. При дальнейшем прохождении по печи клинкер попадает в зону охлаждения (температура 1000-1200 °С). Холодный клинкер дробят и тонко измельчают вместе с гипсом и др. добавками в барабанных шаровых мельницах, а затем транспортируют в железобетонные цилиндрич. емкости - так называемой цементные силосы.

Свойства. При взаимодействие ЦЕМЕНТЫ с водой - гидратации, затворении - первоначально образуется пластичное цементное тесто, которое со временем на воздухе или в воде уплотняется, теряет пластичность и превращается в так называемой цементный камень. Безводные минералы клинкера превращаются при этом в соответствующие гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферраты(III) Са, например:

ЗСаО x SiO2 + 2H2O Ca2SiO4 x Н2О + Са(ОН)2
Ca2SiO4 + Н2О Ca2SiO4 х Н2О ЗСаО х Al2О3 + 6Н2О ЗСаО х Al2О3 х 6Н2О

Образовавшийся Са(ОН)2 под действием СО2 воздуха постепенно превращается в СаСО3, гидроалюминаты Са с гипсом в присутствии воды дают двойные основные сульфаты, например Са6Al2(ОН)12(SО4)3 x26Н2О и Ca4Al2(OH)12SO4 x6H2O. При получении бетона образовавшийся Са(ОН)2 с СО2 воздуха и SiO2 превращается в очень прочную массу, состоящую из карбонатов и силикатов Са.

Табл. 1.-ОСНОВНЫЕ ЦЕМЕНТЫ
Название
Вещественный состав, % по массе
Минералогнч. состав клинкера, % по массе
Особые свойства
Области применения
Портландцемент
Обычный
Клинкер (80), гипс (1,5-3,5), минеральных добавки (до 20)
ЗСаО х SiO2 (45-67) 2CaO х SiO2 (13-35) ЗСаО х Al2O3 (2-12) 4СаО хAl2O3 х Fe2O3 (8-16)
Монолитный бетон для зданий и сооружений, сборные железобетонные конструкции, дорожное строительство, наружные части гидротехн. сооружений, строит. растворы
Быстр отвердеющий
Клинкер (90), гипс (1,5-3,5), активная минеральных добавка (до 10)
Более быстрое твердение в течение 3 сут и более тонкий помол, чем у обычного портландцемента
Сборные железобетонные конструкции, скоростное строительство
Сульфато стойкий
Клинкер (до 96), гипс (до 3,5)
ЗСаО х SiO2 (до 50) ЗСаО х Al2O3 (5) ЗСаО х Al2O3+ (до 22) +4CaO х Al2O3 x Fe203
Повышенная стойкость к действию сульфатов, высокая морозостойкость
Для сооружений, находящихся под действием сульфатов или в условиях замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания
Высокопрочный
Клинкер (90), гипс (1,5-3,0)
ЗСаО х SiO2 (до 70) ЗСаО х Al2O3 (6-8)
Повышенная прочность
Для конструкций, находящихся под нагрузкой
Гидрофобный
Клинкер (до 90)*, гидрофобная добавка (0,05)
Тот же, что у портландцемента
Повышенные пластичность и морозостойкость
Те же, что у обычного и пластифицир. портландцементов; возможность длительного хранения цемента
Пластифицированный
Клинкер (до 90)**, пластифицирующая добавка (0,15-0,25)
"
То же
Для сооружений, нуждающихся в повышенной морозостойкости; для экономии цемента или бетонной смеси
Тампона жный
Клинкер (до 90), активная минеральных добавка (до 25), инертная добавка (до 10), шлак (до 15), песок (до 10), пластифицирующая добавка (0,15)
"
Быстрое твердение и медленное схватывание
Тампонирование нефтяных и газовых скважин
Декоративный
Клинкер (до 80-85), диатомит (6), инертная минеральных добавка (до 10) или минеральных пигмент (до 15)
3CaO х SiО2 (45-50) 2CaO х SiO2 (23-37) ЗСаО х Al2O3 (до 15) 4СаОхAl2O3 хFe2О3(до 2)
Имеет белый цвет или окрашен в различные цвета
Отделка зданий и сооружений, скульптурные работы
Напрягающий
Клинкер (до 85), высокоглиноземистый шлак (15-20), гипс (до 10)
ЗСаО х SiO2 2CaO х SiО2 2CaO х Al2O3 х SiO2

CaO х Al2O3 12CaO х 7Al2O3

Быстрое твердение и быстрое схватывание; расширяется при твердении более чем на 0,5 %
Напорные железобетонные трубы, тонкостенные изделия
Пуццолановый сульфатостойкий
Клинкер (до 60), добавки вулканич. (24—40) или осадочного происхождения, гипс (до 3,5)
ЗСаО х Al2O3 (до 8) 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 3CaO x SiO2 2CaO x SiO2
Повышенная стойкость к действию сульфатов
Подводные и подземные сооружения в условиях постоянного воздействия агрессивных (сульфатных) вод
Шлакопортландцемент
Клинкер (40-70), гранулир. диатомитовый шлак (30-60), гипс (до 3,5)
Тот же, что у портландцемента
Замедленный рост прочности в нач. период твердения, пониженная морозостойкость, повышенная сульфатостойкость
Эффективен для сборного железобетона, изготовляемого с тепловлажностной обработкой
Прочие цементы
Глиноземистый***
Глиноземистый шлак (до 99), добавки (до 1)
CaO x Al2O3 12CaO x 7Al2O3 CaO x 2Al2O3 2CaO x Al2O3 xSiO2 Fe2O3
Быстрое твердение при нормальной и повышенной температурах, высокая стойкость к действию минеральных в-в; потеря прочности (до 60%) через 15-20 лет
Срочные аварийные и восстановят. работы; сооружения, подвергающиеся действию вод или О2; получение жаростойких бетонов и растворов. Не применяется в условиях повыш. температуры и влажности
Гипсоглиноземистый расширяющийся
Глиноземистый шлак (до 70), гипс двухводный (до 30), сульфатноспиртовая барда, бура (до 10)
To же
Расширение при твердении в воде (через 1 сут 0,15%, через 28 сут 0,3-1%), быстрое твердение; водонепроницаемы
Водонепроницаемые бетоны и растворы, заделка стыков, ремонтные работы, тампонирование нефтяных и газовых скважин

*Гидрофобные добавки - мылонафт, олеиновая кислота, иногда триэтаноламин. **Пластифицирующая добавка - лигносульфонаты. ***При содержании 40-48% Al2O3 называют обычным глиноземистым, при содержании 60-72% Al2O3 - высокоглиноземистым (талюмом), при более 72% Al2O3 - особо чистым высоко-глиноземистым.

Существуют две основные теории механизма гидратации Ц.: согласно одной из них, гидратация идет в растворе, из которого выпадают образующиеся гидраты, согласно второй - вода присоединяется к твердому веществу. Гидратные новообразования совместно с первоначальными частицами создают рыхлую коагуляц. структуру, в которой протекают процессы кристаллизации гидратов. При этом образуются кристаллич. сростки, пронизывающие структуру и вызывающие уплотнение цементного теста (схватывание). Началом схватывания считается начало процесса потери пластичности, концом - переход в плотное (хотя и непрочное) состояние. Нарастание прочности при твердении определяется медленной кристаллизацией гидратных составляющих цементного камня.
По прочности ЦЕМЕНТЫ делится на марки, которые определяются главным образом пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40 х 40 х 160 мм, изготовленных из цементного раствора состава 1:3 (по массе) с кварцевым песком (срок твердения образцов в воде 28 сут с момента изготовления). Марки выражаются цифрами 300-600 (как правило, через 100), обозначающими прочность при сжатии соответственно в 30-60 МПа (табл. 2).

Табл. 2.- ПРОЧНОСТЬ НЕКОТОРЫХ МАРОК ЦЕМЕНТОВ
Цемент
Марка
Прочность, МПа
при сжатии
при изгибе
3 сут
28 сут
3 сут
28 сут
Портландцемент быстр отвердеюший
400
_
40
_
5,5
400
25
40
4
5,5
500
28
50
4,5
6,0
высокопрочный
550
_
55
_
6,2
600
_
60
__
6,5
сульфатостойкий
400
40
_
5,5
500
50
6,0
декоративный (белый)
400
_
40
_
5,5
500
_
50
6,0
напрягающий
НЦ-10
15
50
_
6,0
НЦ-20
15
50
6,0
НЦ-40
40
5,5
Глиноземистый цемент
400
25
40
5,5
500
28
50
4,5
6,0

Литература: Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В. В., Химическая технология вяжущих материалов, М., 1980; Кузнецова Т. В., Алюминатные и сульфалюминатные цементы, М., 1986; Taylor H.F.W., Cement chemistry, L., 1990.

Т. В. Кузнецова.

Химическая энциклопедия. Том 5 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
купить стулья для кухни в интернет магазине
Купить кухонный гарнитур недорого
стеллажи на заказ
цена на ремонт вмятины на двери машины

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(26.09.2017)