Файл: Кропотов В.Н. Строительные материалы учеб. для [архитектур.] вузов.pdf

Рис. 55. Технологическая схема производства портландцемента по мокрому способу:

диаметром 5—10 и высотой 2,5—3,5 м, на вертикальной оси вращается крестовина с подвешенными к ней на цепях стальными граблями для измельчения кусков глины.

Помол шлама, а также и клинкера осуществляется в шаровых труб­ ных мельницах. Принцип работы трубных мельниц заключается в том, что тяжелые металлические тела шарообразной и цилиндрической

135

формы, поднимающиеся вследствие достаточно быстрого вращения кор­ пуса мельницы, затем под влиянием силы тяжести свободно падают вниз, дробя и измельчая материал, попадающий между шарами или между падающими шарами и корпусом мельницы.

На рис. 57,а показан аксонометрический разрез многокамерной мельницы. Она представляет собой стальной цилиндр длиной до 15,

Рис. 57а. Шаровая многокамерная мельница:

диаметром до 3,2 м, вращающийся на полых цапфах, через которые мельницу с одной стороны загружают, а с другой разгружают. Мель­ ница разделена на три камеры. В первой и второй камерах помещены стальные или чугунные шары, а в третьей — небольшие цилиндрики. Трубные мельницы действуют непрерывно.

Тонкоизмельченная сметанообразная смесь (шлам) подается насо­ сом в шламбассейны, изготовленные из железобетона или стали ци­ линдрической формы. В них окончательно корректируется смесь, после чего она поступает в запасные баки, где смесь постоянно взбалты­ вается.

О б ж и г . Тонкоизмельченную перемешанную смесь подвергают обжигу при 1400—1500° в цементно-обжигательной вращающейся печи, представляющей собой цилиндр из листовой стали, стенки кото­ рого внутри офутерованы огнеупорным материалом.

Длина современных печей составляет 150 и 185 ж и при диаметре 2,2—5 м. Печь (рис. 57, б) устанавливают с наклоном в 3—4° к гори-

136

зонту; вращается она вокруг своей оси со скоростью 0,5—1,5 об/мин. В результате обжига образуется клинкер. Охлаждается клинкер в рекуператорных холодильниках, которые представляют собой несколько мелких барабанных холодильников, укрепленных непосредственно на корпусе печи и вращающихся вместе с ней. Диаметр такого барабана

Рис. 576. Вращающаяся цементная печь

равен 1,3 м, длина — 6 м. Количество барабанов, зависящее от длины печей, достигает 12 шт. Клинкер охлаждается интенсивно до 100°.

Вследствие вращения печи и некоторого наклона ее обжигаемый материал перемещается по направлению к нижнему концу. В зависи­ мости от длины и диаметра печей производительность их составляет от 170 до 1400 m в сутки.

П р о ц е с с ы в п е ч и п р и о б ж и г е к л и н к е р а . Шлам, имеющий температуру наружного помещения, поступает в печное пространство с резко повы­ шенной температурой и быстро нагревается до 100°, причем вода, механически сме­ шанная, испаряется. На следующей стадии (при 400—750°) разлагаются органические вещества и происходит дегидратация минералов, входящих в состав глин, в част­ ности из каолинита по уравнению

Al 2 0 3 - 2SiO a . 2H 2 0 — * A l 2 0 3 + 2Si02 + 2Hä O При 900° диссоциируют карбонатные соединения

СаС03 —*СаО + С 0 2

Образующийся углекислый газ вместе с продуктами горения удаляется из печи, а СаО вступает в химическое взаимодействие с продуктами распада каолинита и других минералов.

Реакция химического связывания СаО происходят в твердом состоянии и осо­ бенно интенсивно при температуре 1100—1200°. При этом образуются следующие

Помимо этого остается в свободном состоянии СаО. Выше 1300° минералы расплав­ ляются, и СаО частично соединяется с 2CaO-Si02 , который также находится в расп­ лавленном состоянии. Процесс протекает по следующей реакции:

2CaO-Si02 + CaO = 3CaO-Si02

Поскольку портландцемент не должен содержать свободной СаО, наличие жид­ кой фазы обязательно, т. е, обжиг следует вести до спекания,

137

В результате физико-химических процессов, протекающих при обжиге, и получается клинкер. При выходе из нижнего конца печи клинкер имеет высокую температуру. Скорость охлаждения клинкера оказывает большое влияние на качество цемента. Охлаждение клин­ кера производится холодным воздухом, который просасывается на­ встречу с движением клинкера. Нагретый воздух вдувается в печь.

П о м о л к л и н к е р а . Клинкер, охлажденный приблизительно до 100°, поступает на склад для вылеживания в течение не менее 15 суток с целью гашения свободной извести СаО, которая может содержаться в клинкере. Кроме того, облегчается помол, так как воз­ никающие в процессе гашения внутренние напряжения повышают хрупкость клинкера и частично разрушают его.

Помол клинкера осуществляется в трубчатых шаровых мельницах. При помоле в мельницу добавляют 2—5% гипса для регулирования сроков схватывания цемента.

Цемент после помола направляют в силосы, где он вылеживается в течение нескольких дней до полного охлаждения после нагревания во время помола. Из силосов цемент поступает на упаковку в бумаж­ ные многослойные мешки емкостью 50 кг. Цемент транспортируется также в крытых вагонах или же в автоцистернах.

СХВАТЫВАНИЕ И ТВЕРДЕНИЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Под твердением понимают процесс постепенного нарастания меха­ нической прочности цементного камня. В результате твердения в це­ ментном камне образуются новые соединения, отсутствующие в цемент­ ном клинкере.

Основы теории твердения портландского цемента были разработаны академиком А. А. Байковым. В дальнейшем в этом направлении рабо­ тали профессора В. Н. Юнг, П. А. Ребиндер, А. Е. Щейкин, С. Д. Око­ роков, Ю. М. Бутт, А. В. Волженский и многие другие.

ляющими цемента без перехода последних в раствор. При этом происходят химические

циевый гидросиликат

2СаО • SiO, + 4 Н 2 0 = 2СаО • Si0 2 • 4 Н , 0

Трехкальциевый алюминат гидратируется, образуя гидроалюминат кальция

ЗСаО • AI2 0 3 + 6Н2 0 = ЗСаО • А1г 0 3 • 6Н 2 0

138

в которой высокодисперсная твердая фаза адсорбционно оказывает значительное количество воды. Этот период взаимодействия цемента с водой, когда образуется кол­ лоидная система и цементное тесто начинает загустевать (период схватывания), назы­

наступает твердение — переход цементного теста в камневидное состояние с посте­ пенным повышением прочности цементного камня. Период, в течение которого про­

н кристаллическое, образуя кристаллический сросток цементного камня. Двухкаль-

Под капиллярным пространством 3 понимают объем между гидратными образо­ ваниями, окружающими цементные зерна.

Твердение цементного камня протекает интенсивнее во влажной среде и положи­ тельной температуре.

Увеличение прочности цементного камня во времени есть следствие продол­ жающихся физико-химических процессов, приводящих к увеличению новообразова­ ний, их кристаллизации и уплотнению коллоидной системы.

Портландцемент твердеет тем быстрее, чем больше в нем трехкальциевого сили­ ката и трехкальциевого алюмината, но в дальнейшем прирост прочности такого це­ мента замедляется. Цементы, содержащие много двухкальциевого силиката, наоборот, в раннем возрасте твердеют медленно, а затем нарастание прочности продолжается длительно и равномерно. Это объясняется тем, что действие воды на зерна портланд­ цемента происходит постепенно, по мере распространения реакции гидратации на внутреннюю часть зерен. Гель все больше и больше уплотняется, а прочность це­ мента возрастает. При благоприятных условиях твердения (положительная темпе­ ратура и влажность среды) время нарастания прочности значительно сокращается.

По данным проф. Ю. М. Бутт, глубина гидратации зерен клинкерных минера­ лов размером 30—55 мк через 6 месяцев твердения составляет 3—15 мк, и в дальней­

шем глубина гидратации увеличивается весьма медленно.

Исследования затвердевшего портландцемента под микроскопом показывают, что он состоит в основном из трех частей: коллоидальной изотропной массы, кристал­ лических образований и неизмененных зерен клинкера.

139