Файл: Слободяник И.Я. Строительные материалы и изделия учебник.pdf

мента. Известняк и глину в определенном соотношении размалыва­ ют с водой в мельнице. Жидкий шлам поступает в бассейны, где состав корректируется, затем с помощью насоса шламового пита­ теля— во вращающуюся печь для обжига на клииклер.

Обжиг цементного сырья ведется во вращающихся печах и ре­ ж е — в шахтных. Вращающаяся печь представляет собой металли­ ческий барабан, футерованный внутри огнеупорным материалом (рис. 45). Печь установлена в наклонном положении на специаль­ ных роликах; вращается со скоростью'0 ,6 —1,2 об/мин.

Топливом для вращающейся печи служат нефть, мазут, газ, пы­ левидный уголь, подаваемые в печь с помощью форсунок. Сырье в виде шлама или слегка увлажненной пыли поступает в верхний ко­ нец барабана. Печь работает непрерывно. Загруженное сырье при вращении наклонного барабана постепенно передвигается вперед навстречу пламени. При этом протекают реакции, необходимые для получения активных клинкерных минералов. Наибольшее значение имеют процессы диссоциации карбонатов и глинистых минералов, а также взаимодействие продуктов этой диссоциации в твердом со­ стоянии при высокой температуре — от 800 до 1350° С. Вследствие участия в реакциях в твердом состоянии продуктов диссоциации с нарушенной кристаллической решеткой взаимодействие последних

идет весьма интенсивно. При дальнейшем повышении температуры, согласно законам образования эвтектик в многокомпонентных системах, происходит частичное плавление компонентов и образова­ ние жидкой фазы, наличие которой существенно ускоряет процесс образования клинкерных минералов. Спекшиеся гранулы попадают

взону охлаждения. Воздух, поступая в холодильники, охлаждает клинкер и нагревается сам. Нагретый воздух идет в зону горения, благодаря чему экономится топливо. Производительность вращаю­ щихся печей до 3000 г клинкера в сутки.

Цементный клинкер является полуфабрикатом. Для получения из клинкера цемента его необходимо размолоть в смеси с различ­ ными добавками. Клинкер, получаемый из шахтных печей, дробят

вдробилках, после чего размалывают. Клинкер из вращающихся печей поступает в мельницу без дробления. При помоле к клинкеру добавляют 2—5% гипсового камня для регулирования сроков схва­ тывания, до 15% активных добавок. Клинкер может долго сохра­ нять свои свойства, не требует особых складов для хранения. Иног­ да цемент из клинкера получают на месте его применения.

На крупных бетонных заводах одним из рациональных приемов получения вяжущего является мокрый помол цемента из привозно­ го клинкера. При мокром помоле активность цемента повышается примерно на 20—35%. Однако цемент мокрого помола следует при­ менять в дело не позднее чем через несколько часов после изготов­ ления. Количество добавляемого к клинкеру гипса при мокром по­ моле несколько большее, чем при сухом.

При производстве цемента по мокрому способу производитель­ ность мельницы увеличивается, снижается расход энергии, отпада­ ет необходимость предварительной сушки добавок, что значительно снижает удельный расход топлива; условия труда вследствие устра­ нения пыли улучшаются.

Изготовление цемента сопровождается химическими реакциями на всех стадиях технологического процесса. Огромный резерв уве­ личения выпуска, снижения стоимости и повышения качества цемен­ та. связан с химизацией его производства. Так, при введении в

сырьевую смесь небольших доз разжижителей в виде сульфитно­ дрожжевой бражки, триполифосфата натрия, метасиликата натрия, продуктов обработки щелочью бурого угля и других веществ зна­ чительно снижается влажность поступающего в печь шлама, в ре­

зультате чего повышается производительность печи и понижается расход топлива на обжиг. Благодаря вводу в сырьевую шихту минерализаторов (плавиковый шпат, фосфогипс, фосфоросодержа­ щие шлаки, кремнефтористый натрий, гипс и др.) интенсифициру­ ется процесс обжига клинкера. Добавка к сырьевой смеси частично вместо части глинистого компонента фосфоросодержащих шлаков повышает производительность вращающихся печей на 8 —1 0 %, повышает марку цемента.

Химические добавки органического происхождения (антрацит, кокс, сажа, битумные и дегтевые отходы и др.) интенсифицируют по­ мол сырья и клинкера.

Добавка отхода гидролизной промышленности — сульфитно­ дрожжевой бражки к цементу в количестве 0,1—0,25% снижает его расход в бетоне или растворе на 10—15%- Ввод в цемент 0,1—0,25% таких химических веществ, как асидол, мылонафт, олеиновая кисло­ та, окисленный петролатум, отходы при производстве жирных кис­ лот из парафина, кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94, и других интенсифицирует помол цемента, обеспечивает более длительную сохранность его, повышает морозостойкость и водонепроницаемость бетона, понижает трещинообразование, защищает арматуру от кор­ розии. Цемент с такими добавками становится гидрофобным, т. е. способным сохранить свои свойства при длительном хранении, и бо­ лее стойким в агрессивных средах.

Путем направленного минералообразования с помощью хими­ ческих средств создают малоэкзотермичные, расширяющиеся, бе­ лые, высокопрочные и другие портландцементы. Изменяя минерало­ гический состав клинкера введением в сырьевую смесь небольших доз легирующих веществ, можно получать цементы с нормальными сроками схватывания без регулирования их добавками гип­ са и т. д.

Огромны потери цемента в производстве из-за несовершенства фильтров. Применение для обеспыливания синтетических тканей из нитрона, лавсана, стеклянного волокна с обработкой их кремнийорганическими веществами повышает срок службы фильтров и значи­ тельно снижает потери цемента при обжиге и помоле.

При обжиге портландцемента образуется много пылевидных про­ дуктов, уносимых печными газами. Количество пыли, выносимое из печей, зависит от их конструкции, наличия теплообменных устройств, режима обжига, сырьевой шихты, вида топлива и составляет до 5% от веса сухой сырьевой шихты. Для очистки выходящих из печей газов применяют пылеулавливающие аппараты, в основном много­ польные электрофильтры. При правильной эксплуатации коэффи­ циент очистки газов в электрофильтрах достигает 98—99%. Улов­ ленная пыль представляет собой высокодисперсный порошок, в со­ став которого входят неразложившийся карбонат кальция, глини­ стые частицы, свободная окись кальция, щелочи, серный ангидрид, клинкерные минералы. Пыль частйчно или полностью используется для производства цемента на цементном заводе, если она содержит малое количество щелочных окислов (0,7—0,8%). В ряде случаев в пыли накапливаются значительные количества щелочных соедине­ ний, образующихся в результате взаимодействия щелочных окислов, возгоняемых при обжиге из сырьевой смеси, с окислами, содержащи­ мися в газовой среде печи. Высокощелочная пыль может быть ис­ пользована для получения шлакощелочных вяжущих, калийных удобрений и как сырьевой компонент при производстве фарфора для электротехнических изделий. Пыль вращающихся печей исполь­ зуется также для известкования почв, для приготовления асфальто­ вых бетонов, а также местных бесклинкерных вяжущих.

Для сохранения активности цемента при перевозке применяется тара из синтетических пленок.

§ 48. Цементы специального назначения

Цемент глиноземистый представляет собой быстротвердеющее гид­ равлическое вяжущее, получаемое при помоле обожженного до спе­ кания или до сплавления высокоглиноземистого сырья такого соста­ ва, при котором в готовом продукте преобладают низкоосновные алюминаты кальция. Этот цемент называют также алюминатныя, бокситовым.

Сырьем для получения цемента глиноземистого служат бокситы и известняки. Примерный состав глиноземистого цемента: не менее 40% А120 з, не более 10% Si02, не более 44% СаО, не более 10% Fe20 3.

Цемент глиноземистый отличается быстрым нарастанием проч­ ности, стойкостью в минерализованных водах, высокой прочностью и повышенной экзотермией. Прочность раствора из глиноземистого цемента через одни сутки составляет более 50% месячного срока твердения. Глиноземистый цемент выпускают таких марок: 400, 500 и 600.

Начало схватывания глиноземистого цемента должно наступать не ранее 30 мин, а конец — не позднее 12 ч от начала затворения. При испытании кипячением и в парах воды глиноземистый цемент должен равномерно изменять объем. Основная часть глиноземисто­ го цемента состоит из однокальциевого алюмината СаО ■А120 3. В отличие от портландцемента в глиноземистом цементе отсутствует сульфатонеустойчивый трехкальциевый алюминат и не выделяется свободная гидроокись кальция при затворенни его водой. Тверде­ ние глиноземистого цемента состоит в образовании из однокальцие­ вого алюмината и воды двухкальциевого гидроалюмината.

Глиноземистый цемент применяют для сооружений, которые не­ обходимо быстро ввести в действие. Благодаря большому выделе­ нию тепла при твердении и быстрому схватыванию глиноземистый цемент целесообразно применять для работ при пониженных темпе­ ратурах. Кислоты и щелочи действуют на него разрушающе. В за­ твердевшем глиноземистом цементе отсутствует свободный гидрат окиси кальция, поэтому цемент устойчив к действию минерализо­ ванных вод. Изделия на этом цементе нельзя подвергать термиче­ ской обработке. Небольшая добавка глиноземистого цемента к порт­ ландцементу допускается для ускорения твердения в зимнее время.

Цемент гипсоглиноземистый расширяющийся. При схватывании и твердении большинство гидравлических вяжущих дают усадку. Однако во многих случаях, особенно при аварийных работах, нуж­ ны расширяющиеся цементы, уплотняющие шов.

В СССР П. П. Будниковым, И. В. Кравченко и другими учеными созданы вяжущие, способные при схватывании расширяться (ли­ нейное расширение в водных условиях в возрасте одних суток 0,15%, через 28 суток от 0,3 до 0,1%). Одним из них является гипсоглинозе­ мистый расширяющийся цемент. При твердении на воздухе гипсо­ глиноземистый расширяющийся цемент является безусадочным. Этот

цемент состоит из смеси высокоглиноземистого шлака, двуводного гипса, его выпускают марок 300, 400 и 500. Начало схватывания его наступает не ранее, чем через 2 0 мин, а конец — не позднее чем через 4 ч от начала затворения.

Физико-химическая сущность процесса расширения цемента заключается в образовании в его составе гидросульфоалюмината кальция в результате взаимодействия алюминатов кальция и гипса.

Водонепроницаемый безусадочный цемент получают при смеше­ нии глиноземистого цемента марки 400, гипса и извести-пушонки. Марка его в 28-суточном возрасте 300 (в растворе 1:0).

Расширяющийся цемент применяется для гидроизоляции соору­ жений, заделки стыков сборных конструкций, для зачеканки труб (вместо свинца), устройства непроницаемых резервуаров для воды и нефтепродуктов и других целей.

Цемент щелочной алюмосиликатный является новым видом вяжущего. Он предложен и исследован В. Д. Глуховским и И. А. Пашковым. Этот цемент получают, смешивая алюмосиликат­ ные вещества с соединениями щелочных металлов. В качестве алюмосиликатных веществ могут быть использованы некоторые дисперсные грунты, металлургические шлаки, горелые породы и др. Они затворяются водными растворами соединений щелочных метал­ лов — натрия и калия — или отходов химических производств, их содержащих. При расходе щелочных компонентов, равном 2—4% от общего веса материалов, предел прочности на сжатие-такого цемента может достигать 1 0 0 0 - ІО5 н/м2 и выше после твердения в обычных или тепловлажностных условиях.

Такие цементы обладают высокой стойкостью в агрессивных средах и способностью связывать различные дисперсные вещества (например, грунты) благодаря переходу щелочных соединений в раствор, что исключает необходимость применения крупного запол­ нителя при приготовлении искусственных каменных материалов и обусловливает возможность получения материалов на основе мест­ ных грунтов, называемых грунтосиликатами.

Цемент шлакосиликатный представляет собой высокоактивное быстротвердеющее вяжущее, состоящее из молотого гранулирован­ ного доменного шлака и растворимого стекла. Растворимое стекло применяется в виде водного раствора плотностью 1,10—1,30. Мо­ лотый шлак смешивается с растворимым стеклом непосредственно при приготовлении бетона.

Молотый шлак является основной частью цемента, на его долю приходится 90—95% его состава по весу. Шлак должен иметь тон­ кость помола, характеризуемую удельной поверхностью 2800— 3800 см2/г.

Вяжущее обладает гидравлическими свойствами, высокой проч­ ностью и большой скоростью твердения.

Марки шлакосиликатного цемента 600, 700, 800.

Для производства шлакосиликатного цемента пригодны основ­ ные и кислые гранулированные доменные шлаки, гранулированные