МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ
ЛУГАНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра: будівельних конструкцій
РЕФЕРАТ
На тему: «Види цементів»
Виконав: студент гр 622
Чумак І.В.
Перевірила: Погостнов А.П.
Луганськ 2008
План
1. Цементи з поверхнево-активними добавками
2. Гідрофобний портландцемент
3. Активні мінеральні добавки
4. Пуцолановий портландцемент
5. Шлакопортландцемент
6. Білий портландцемент
1.Цементи з поверхнево-активними добавками
Сутність поверхневих явищ, що виникають при процесах адсорбції, і особливості адсорбційних шарів полягають в загальних рисах в наступному. При процесах, в яких беруть участь дві дотичні фази, величезне значення мають властивості поверхні розділу - прикордонного шару, що відокремлює одну фазу від іншої. Число молекул на поверхневому шарі будь-якого тіла в суцільному шматку мізерно мало в порівнянні з кількістю молекул, що містяться у всьому обсязі тіла; тому поверхневі явища в таких випадках не грають великої ролі. При значному диспергування тіла число молекул, що знаходяться в поверхневому шарі дисперсних частинок, зростає. Зі збільшенням ступеня дисперсності поверхневі прикордонні шари набувають більшого значення, ніж внутрішні. Цим пояснюється той факт, що поверхневі явища в найбільшій мірі проявляються у колоїдно-дисперсних системах, зумовлюючи їх особливі властивості. Було встановлено, що поверхня, що відокремлює одну фазу системи від іншої і звана поверхнею розділу, володіє особливим запасом поверхневої енергії, чим відрізняється за своїми фізико-хімічними властивостями від внутрішніх частин обох фаз. Освіта цієї поверхневої (вільної) енергії пояснюють наступним. Кожна молекула, що знаходиться всередині фази, оточена собі подібними, завдяки чому силове поле такої молекули симетрично насичено. У молекул ж, що знаходяться на поверхні, частина силового поля знаходиться поза фазою, внаслідок чого воно є ненасиченим; зв'язок цієї молекули з іншими - асиметрична. Ненасищеніость силового поля і є джерелом вільної (надлишкової) енергії поверхні. Експериментально визначається також питома поверхнева вільна енергія, звана поверхневим натягом рідини на межі з іншого фазою, - зазвичай з насиченою парою цієї рідини. Істотне значення у процесах, що відбуваються на межі двох фаз, одна з яких є рідиною, має полярність, яка, за П. А. Ребіндсру, називається «мірою напруженості міжмолекулярних сил, що діють у даній фазі». Ступінь полярності рідини може визначатися її діелектричної постійної, внутрішнім тиском, поверхневим натягом на кордоні з будь-якої постійної середовищем та ін Зі збільшенням полярності рідина асоціюється в ще більшому ступені. Неполярні рідини, як, наприклад, деякі вуглеводні, зовсім неассоціірова-ни; вони характеризуються найменшими діелектричної постійної, внутрішнім тиском, поверхневий натяг і т. д. Типової полярної асоційованою рідиною вважають воду.
Речовини, що знижують поверхневий натяг, звичайно позитивно діють у невеликих концентраціях і їх називають поверхнево-активними (або адсорбційно-активними) речовинами. Поверхнево-активні речовини мають порівняно малим поверхневим натягом на межі з повітрям. Найбільш вивчені з них солі вищих жирних кислот (мила), солі нафтенових і сульфокислот, білкові речовини та ін Ці органічні речовини містять полярні групи (СООН, ОН) і неполярних углеводородную ланцюг. На межі розділу двох фаз, що мають різну полярність, ці поверхнево-активні речовини орієнтуються так, що полярна частина звертається в бік полярної фази - води, а неполярні вуглеводнева ланцюг - у бік неполярної фази - повітря.
Істотне значення у цьому випадку має довжина вуглеводневого ланцюга. При малих її розмірах сили тяжіння полярної ланцюга не врівноважуються неполярної частиною вуглеводневого ланцюга і полярна частина повністю розчиняється у воді. Зі збільшенням довжини вуглеводневого ланцюга (неполяриой частини) розчинність у воді зменшується, оскільки із-за своєї неполярної вуглеводнева ланцюг не має ніякого спорідненості до води. Таке розташування адсорбованих молекул в поверхневому шарі зменшує асиметричність силового поля, знижує його поверхневу (вільну енергію). У результаті відбувається адсорбція, і поверхневий натяг розчину зменшується. Це є причиною утворення тільки мопомолекулярного шару адсорбованих молекул, так як адсорбційні полярні молекули, істотно зменшуючи силове поле поверхневого шару, роблять практично неможливим подальше енергійне їх тяжіння.
Таким чином, адсорбційні (насичені) шари являють собою орієнтовані полярні молекули і володіють зниженим поверхневим натягом. Шари ці характеризуються певною поверхневою міцністю. Найбільшою поверхневою міцністю володіють плівки захисних колоїдів і полуколлоідов, а також поверхнево-активних речовин з високою молекулярною масою, що знаходяться в розчині у вигляді молекул та іонів. Від поверхневої міцності адсорбційних плівок залежить головним чином їх захисне і стабілізуючу дію. Воно запобігає коагуляцію часток дисперсної фази твердої речовини в концентрованій суспензії або, що те ж саме, викликає пептизація коагуляційних структур, природно утворюються в таких суспензіях за рахунок зчеплення частинок між собою.
Молекулярна природа в цьому випадку добре характеризується ставленням до змочуваності, в залежності від характеру якої тіла поділяються на гідрофільні - вибірково змочуються водою і гідрофобні - вибірково змочувані не водою, а вуглеводневими сполуками, такі, як бензол, гас і т. п. гідрофільними є, головним чином, концентрати сульфітно-дріжджової бражки; гідрофобними-милонафт, асидол-милонафт, олеїнова кислота та ін Ці органічні речовини, спеціально додаються до цементів, покращують його деякі будівельно-технічні властивості. Використання зазначених добавок ПАР дозволило організувати виробництво двох нових видів цементу - пластифікованого і гідрофобного.
2. Гідрофобний портландцемент
Гідрофобний портландцемент - гідравлічне в'яжуче, що отримується спільним тонким подрібненням портландцементного клінкеру і гідрофобізующіх поверхнево-активної добавки при звичайній дозуванні гіпсу.
Цей портландцемент відрізняється від звичайного зниженою гігроскопічністю при зберіганні і перевезеннях у несприятливих умовах, а також здатністю надавати розчинових і бетонних сумішей підвищену рухливість і легкоукладальність, а затверділим розчинів і бетонів - підвищену морозостійкість. Для виробництва гідрофобних цементів необхідна установка точно дозуючого пристрою, рівномірно живлячої мельнііи гідрофобізующіх добавкою при помелі цементу. Гідрофобний портландцемент має ті ж марки, що і портландцемент-400, 500, 550 і 600. Гідрофобізації можуть піддаватися спеціальні портландцементи.
Як гідрофобізующіх поверхнево-активної речовини застосовують милонафт, асидол-милонафт, олеїнову кислоту або окислений петролатум в кількості 0,06-0,30% маси цементу в перерахунку на суху речовину. В останні роки накопичився досвід виробництва та застосування цих добавок, що дозволяє запобігти викликані ними негативні явища - підвищений пилоутворення при помелі і транспортування цементу та високу воздухововлеченіе одержуваних розчинів і бетонів.
НИИцемент була розроблена і успішно застосовується на трьох заводах раціональна композиція синтетичної добавки ЛЗГФ, що представляє собою розчин високомолекулярних жирних кислот у мінеральному маслі (1:2) при використанні кубових залишків СЖК. При оптимальному вмісті ПАР та режимі подрібнення гідрофобний цемент з добавкою ЛЗГФ рівноцінний за показниками міцності й терміни схван згортання вихідного без ПАВ портландцементу.
Теорія гідрофобізації розроблена М. Й. Хігеровічем. Сутність цього процесу полягає в утворенні на поверхні цементних зерен молекулярно-адсорбційних плівок з орієнтованих асиметрично-полярних молекул, звернених вуглеводневими радикалами назовні. Ці радикали гідрофобні; тобто мають водовідштовхувальні властивості. Полярна частина адсорбованих молекул утворює в залежності від виду гідрофобізующіх добавки водонесу-розчинні і також водовідштовхувальні нафтенатами або олсати кальцію. З цієї точки зору захисні плівки правильніше розглядати як хемосорбціонние, а не як суто адсорбційні. Захисні плівки на цементних зернах не суцільні, вони переривчасті «сітчасті» або «мозаїчні", завдяки чому цемент зберігає свою основну здатність тверднути при перемішуванні з водою. Гідрофобні портландцементи характеризуються меншою гігроскопічністю. Під гігроскопічністю звичайно розуміють фізичне поглинання парів води з повітря, між тим, як взаємодія парів води з цементом хімічне, в результаті якого з'являються в тонкодисперсному стані гідратів новоутворення. Гідрофобні портландцементи при зберіганні протягом 3-6 міс у насиченою вологою середовищі збільшуються в масі всього на 2,5-3,5%, а звичайні портландцементи - на 6-14%. Сорбція парів води зменшується особливо сильно у пуціоланових і шлакових портландцементів, гідрофобізованних добавкою милонафта або олеїнової кислоти. Особливий інтерес набуває здатності гідрофобних цементів не злежуватись при зберіганні при одночасному підвищенні активності. Спостереження показали, що гідрофобні цементи, що зберігалися в мішках в протягом року, не комковалісь і були сипучими, на відміну від звичайних портландцементів, які скомковалісь. Припускають, що мимовільне підвищення активності цементу пояснюється тим, що водяні пари і вуглекислий газ внаслідок «сітчастого» будови гідрофобних плівок не взаємодіють з поверхнею цементного зерна, а прослизають у глиб цементного зерна за мікротріщинах і підсилюють хімічне диспергування цементу при його гідратації. Гідрофобні цементи є і пластифікованими, що пояснюється адсорбційно-мастильними властивостями гідрофобізующіх добавок та їх здатністю до деякого повітровтягнення. До позитивних властивостей гідрофобних цементів слід віднести знижену водопроникність, що є наслідком підвищення однорідності структури і дрібної кристалізації новоутворень.
Застосування гідрофобних цементів, а також безпосередня гідрофобізація розчинів і бетонів в процесі виготовлення покращує легкоукладальність бетонних і розчинних сумішей, скорочує витрату цементу, так як зменшується водопотребпость. У бетонів на гідрофобних портландцементах знижується швидкість випаровування води в умовах сухого клімату, що сприяє підвищенню їх стійкості. Гідрофобізующіх добавки підвищують зв'язність бетонних сумішей, запобігаючи їх розшарування і значно полегшуючи їх транспортування в автосамоскидів і вивантаження з них. Бетони на цементах гідрофобних характеризуються меншим капілярним всмоктуванням і водопоглинанням.
Гідрофобізація розчинів і бетонів допомагає їм утримувати вологу в початковий період твердіння. Значно зменшується усадка в сухому повітря і набухання у вологому атмосфері; зберігається міцність зчеплення з арматурою при меншій витраті цементу. Гідрофобізующіх добавки істотно підвищують морозостійкість цементного каменю і бетонів. Підвищена пластичність гідрофобного портландцементу дозволяє скоротити витрату цементу в бетонах, особливо в тонких та середньої жирності, на 8-10% і значно зменшити витрату вапна у розчинах. При виготовленні бетонних та розчинних сумішей з гідрофобного портландцементу терміни перемішування в бетономішалках і розчиномішалках такі ж, як і при перемішуванні звичайного портландцементу (1,5-2 хв). Збільшення часу перемішування може призвести до підвищеного повітровтягнення і до деякого зниження міцності бетону.
Гідрофобний портландцемент застосовується в першу чергу в тих випадках, коли потрібне тривале зберігання і перевезення на великі відстані, особливо водним та морським шляхами. Його можна застосовувати нарівні зі звичайним портландцементом в різних будівельних роботах, переважно для зовнішньої декоративного облицювання будівель, для виготовлення гідроізоляційних штукатурок, бетонів в дорожньому і аеродромному будівництві, а також у гідротехнічному бетоні й у тих випадках, коли необхідно транспортувати бетонні і розчинні суміші за допомогою насосів. Оскільки гідрофобний портландцемент відрізняється високою тонкістю помелу і підвищеної сипучістю (що обумовлюється дією гідрофобізующіх добавки), бажано доставляти його на місце застосування в тарі, особливо в тих випадках, коли розвантаження проводиться в закритих приміщеннях вручну. Слід враховувати, що гідрофобізація не може докорінно змінити характер твердіння цементів і їх будівельно-технічні властивості, вона тільки помітно поліпшує властивості цементів. Тому необхідно, щоб по хіміко-мінералогічного складу вихідного клінкеру і вмісту активних мінеральних добавок цементи повністю задовольняли вимогам, які регламентовані стандартами та іншими нормативними документами.
3. Активні мінеральні добавки
Ще в давнину було відомо, що змішанням повітряної вапна з вулканічним туфом можна отримати гідравлічно тверднення в'яжуче. Задовго до нашої ери греки для виготовлення стійких в прісній і морській воді гідравлічних розчинів застосовували туф Санторінского родовища, а римляни - вулканічний туф з родовища Поццуолі. Такі добавки в подальшому і були названі пуццоланом, а цементи, що їх містять, - пуцолановий. Вапняно-пуццоланові цементи, отримані шляхом спільного тонкого подрібнення повітряної або гідравлічного вапна з активною мінеральною добавкою при невеликій дозуванні гіпсу відрізняються повільним твердненням, невисокою міцністю, малою воздухостойкостью. З появою портландцементу вапняно-пуццоланові цементи поступово втрачали своє значення в гідротехнічному будівництві. В даний час промислове їх виробництво вкрай обмежена. Проте став широко застосовуватися пуцолановий портландцемент, який містить активні мінеральні добавки.
Активні мінеральні добавки - це неорганічні природні та штучні матеріали, що володіють гідравлічними і (або) пуцоланічні властивостями. При змішуванні в тонкоподрібненому вигляді з гідратної вапном і гіпсом при заутворі водою вони повинні утворювати тісто, здатне після попереднього твердіння на повітрі продовжувати тверднути під водою. Активні мінеральні добавки вводять до складу цементів для поліпшення їх будівельно-технічних властивостей. Добавками осадового походження є - діатоміт, трепели і опоки.
До активних мінеральних добавок вулканічного походження відносяться попели, туфи, пемзи, вітрофі-ри і траси. Це продукти виверження вулканів, відклалися на різній відстані від місця виверження і в різному ступені охолоджені; при різкому охолодженні з порід швидко виділяються гази, що підвищує їх пористість. У залежності від подальшого впливу атмосферних агентів і ступеня ущільнення вони поділяються на пухкі попели - пуцолани, кам'яноподібний пористі - вулканічні туфи і сильно ущільнені різниці - траси. Для пемзи характерно пористе губчасте будова, вона являє собою спучені вулканічне скло. Вітрофіри мають порфірова структуру і складаються на 75-85% з темного вулканічного скла. До їх складу входять також польові шпати, кварц і ін Різке охолодження викидаються з вулканів порід призводить до швидкої їх загартуванню, що сприяє утворенню в них вулканічного скла. Вони містять також лужні алюмосилікати цеолітового характеру, кристали польового шпату, авгита та ін Іноді мінерали бувають осклованих. До штучних добавок відносяться: кремнеземисті відходи, одержані під час добування глинозему з глини; штучні обпалені у відповідних керамічних печах або в самовозгорающихся відвалах порожніх шахтних порід глини і глинисті та вуглиста сланці; золи, зола-винесення і шлаки, що виходять при спалюванні деяких видів палива; для них характерно переважаючий вміст кислотних оксидів. У ГОСТ з цих добавок вказані тільки кислі золи-винесення; стандартом регламентовані і такі штучні добавки, як доменні гранульовані шлаки, а також белітовий (нефеліновий шлам), одержуваний при комплексній переробці нефелінів і містить до 80% мінералу Беліта, частково гідратованого. Активні мінеральні добавки здатні хімічно взаємодіяти з гідроксидом кальцію; в діатоміт та трепелу в реакцію вступає міститься в їх складі кремнезем. К. Г. Красильников, досліджуючи поверхневі властивості гідратованого кремнезему та його взаємодія з гідроксидом кальцію у водному середовищі, встановив, що однією з найважливіших характеристик є природа поверхні кремнезему, будова поверхневого шару характеризується розташуванням тетраедрів SiO4, тільки частково пов'язаних з об'ємною структурою, причому вільні кути цих тетраедрів, що виходять на поверхню, є гідроксильні групи.
Реакція гідроксиду кальцію з кремнеземом починається з поверхні зерен і поступово захоплює глибші шари; утворюються гідросилікати тоберморі-печних групи CSH (В) з явно вираженим пластинчастим будовою кристалів. Іноді кремнекислота, що міститься в осадових породах, називають «активної». У дійсності активної, так само як і неактивній кремнекислоти не існує. Наприклад, дослідами було встановлено, що тонкоподрібнений кварцовий пісок проявляє «активність», взаємодіючи з гідроксидом кальцію і особливо сильно при трохи підвищеній (348К) температурі. ЛУГАНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра: будівельних конструкцій
РЕФЕРАТ
На тему: «Види цементів»
Виконав: студент гр 622
Чумак І.В.
Перевірила: Погостнов А.П.
Луганськ 2008
План
1. Цементи з поверхнево-активними добавками
2. Гідрофобний портландцемент
3. Активні мінеральні добавки
4. Пуцолановий портландцемент
5. Шлакопортландцемент
6. Білий портландцемент
1.Цементи з поверхнево-активними добавками
Сутність поверхневих явищ, що виникають при процесах адсорбції, і особливості адсорбційних шарів полягають в загальних рисах в наступному. При процесах, в яких беруть участь дві дотичні фази, величезне значення мають властивості поверхні розділу - прикордонного шару, що відокремлює одну фазу від іншої. Число молекул на поверхневому шарі будь-якого тіла в суцільному шматку мізерно мало в порівнянні з кількістю молекул, що містяться у всьому обсязі тіла; тому поверхневі явища в таких випадках не грають великої ролі. При значному диспергування тіла число молекул, що знаходяться в поверхневому шарі дисперсних частинок, зростає. Зі збільшенням ступеня дисперсності поверхневі прикордонні шари набувають більшого значення, ніж внутрішні. Цим пояснюється той факт, що поверхневі явища в найбільшій мірі проявляються у колоїдно-дисперсних системах, зумовлюючи їх особливі властивості. Було встановлено, що поверхня, що відокремлює одну фазу системи від іншої і звана поверхнею розділу, володіє особливим запасом поверхневої енергії, чим відрізняється за своїми фізико-хімічними властивостями від внутрішніх частин обох фаз. Освіта цієї поверхневої (вільної) енергії пояснюють наступним. Кожна молекула, що знаходиться всередині фази, оточена собі подібними, завдяки чому силове поле такої молекули симетрично насичено. У молекул ж, що знаходяться на поверхні, частина силового поля знаходиться поза фазою, внаслідок чого воно є ненасиченим; зв'язок цієї молекули з іншими - асиметрична. Ненасищеніость силового поля і є джерелом вільної (надлишкової) енергії поверхні. Експериментально визначається також питома поверхнева вільна енергія, звана поверхневим натягом рідини на межі з іншого фазою, - зазвичай з насиченою парою цієї рідини. Істотне значення у процесах, що відбуваються на межі двох фаз, одна з яких є рідиною, має полярність, яка, за П. А. Ребіндсру, називається «мірою напруженості міжмолекулярних сил, що діють у даній фазі». Ступінь полярності рідини може визначатися її діелектричної постійної, внутрішнім тиском, поверхневим натягом на кордоні з будь-якої постійної середовищем та ін Зі збільшенням полярності рідина асоціюється в ще більшому ступені. Неполярні рідини, як, наприклад, деякі вуглеводні, зовсім неассоціірова-ни; вони характеризуються найменшими діелектричної постійної, внутрішнім тиском, поверхневий натяг і т. д. Типової полярної асоційованою рідиною вважають воду.
Речовини, що знижують поверхневий натяг, звичайно позитивно діють у невеликих концентраціях і їх називають поверхнево-активними (або адсорбційно-активними) речовинами. Поверхнево-активні речовини мають порівняно малим поверхневим натягом на межі з повітрям. Найбільш вивчені з них солі вищих жирних кислот (мила), солі нафтенових і сульфокислот, білкові речовини та ін Ці органічні речовини містять полярні групи (СООН, ОН) і неполярних углеводородную ланцюг. На межі розділу двох фаз, що мають різну полярність, ці поверхнево-активні речовини орієнтуються так, що полярна частина звертається в бік полярної фази - води, а неполярні вуглеводнева ланцюг - у бік неполярної фази - повітря.
Істотне значення у цьому випадку має довжина вуглеводневого ланцюга. При малих її розмірах сили тяжіння полярної ланцюга не врівноважуються неполярної частиною вуглеводневого ланцюга і полярна частина повністю розчиняється у воді. Зі збільшенням довжини вуглеводневого ланцюга (неполяриой частини) розчинність у воді зменшується, оскільки із-за своєї неполярної вуглеводнева ланцюг не має ніякого спорідненості до води. Таке розташування адсорбованих молекул в поверхневому шарі зменшує асиметричність силового поля, знижує його поверхневу (вільну енергію). У результаті відбувається адсорбція, і поверхневий натяг розчину зменшується. Це є причиною утворення тільки мопомолекулярного шару адсорбованих молекул, так як адсорбційні полярні молекули, істотно зменшуючи силове поле поверхневого шару, роблять практично неможливим подальше енергійне їх тяжіння.
Таким чином, адсорбційні (насичені) шари являють собою орієнтовані полярні молекули і володіють зниженим поверхневим натягом. Шари ці характеризуються певною поверхневою міцністю. Найбільшою поверхневою міцністю володіють плівки захисних колоїдів і полуколлоідов, а також поверхнево-активних речовин з високою молекулярною масою, що знаходяться в розчині у вигляді молекул та іонів. Від поверхневої міцності адсорбційних плівок залежить головним чином їх захисне і стабілізуючу дію. Воно запобігає коагуляцію часток дисперсної фази твердої речовини в концентрованій суспензії або, що те ж саме, викликає пептизація коагуляційних структур, природно утворюються в таких суспензіях за рахунок зчеплення частинок між собою.
Молекулярна природа в цьому випадку добре характеризується ставленням до змочуваності, в залежності від характеру якої тіла поділяються на гідрофільні - вибірково змочуються водою і гідрофобні - вибірково змочувані не водою, а вуглеводневими сполуками, такі, як бензол, гас і т. п. гідрофільними є, головним чином, концентрати сульфітно-дріжджової бражки; гідрофобними-милонафт, асидол-милонафт, олеїнова кислота та ін Ці органічні речовини, спеціально додаються до цементів, покращують його деякі будівельно-технічні властивості. Використання зазначених добавок ПАР дозволило організувати виробництво двох нових видів цементу - пластифікованого і гідрофобного.
2. Гідрофобний портландцемент
Гідрофобний портландцемент - гідравлічне в'яжуче, що отримується спільним тонким подрібненням портландцементного клінкеру і гідрофобізующіх поверхнево-активної добавки при звичайній дозуванні гіпсу.
Цей портландцемент відрізняється від звичайного зниженою гігроскопічністю при зберіганні і перевезеннях у несприятливих умовах, а також здатністю надавати розчинових і бетонних сумішей підвищену рухливість і легкоукладальність, а затверділим розчинів і бетонів - підвищену морозостійкість. Для виробництва гідрофобних цементів необхідна установка точно дозуючого пристрою, рівномірно живлячої мельнііи гідрофобізующіх добавкою при помелі цементу. Гідрофобний портландцемент має ті ж марки, що і портландцемент-400, 500, 550 і 600. Гідрофобізації можуть піддаватися спеціальні портландцементи.
Як гідрофобізующіх поверхнево-активної речовини застосовують милонафт, асидол-милонафт, олеїнову кислоту або окислений петролатум в кількості 0,06-0,30% маси цементу в перерахунку на суху речовину. В останні роки накопичився досвід виробництва та застосування цих добавок, що дозволяє запобігти викликані ними негативні явища - підвищений пилоутворення при помелі і транспортування цементу та високу воздухововлеченіе одержуваних розчинів і бетонів.
НИИцемент була розроблена і успішно застосовується на трьох заводах раціональна композиція синтетичної добавки ЛЗГФ, що представляє собою розчин високомолекулярних жирних кислот у мінеральному маслі (1:2) при використанні кубових залишків СЖК. При оптимальному вмісті ПАР та режимі подрібнення гідрофобний цемент з добавкою ЛЗГФ рівноцінний за показниками міцності й терміни схван згортання вихідного без ПАВ портландцементу.
Теорія гідрофобізації розроблена М. Й. Хігеровічем. Сутність цього процесу полягає в утворенні на поверхні цементних зерен молекулярно-адсорбційних плівок з орієнтованих асиметрично-полярних молекул, звернених вуглеводневими радикалами назовні. Ці радикали гідрофобні; тобто мають водовідштовхувальні властивості. Полярна частина адсорбованих молекул утворює в залежності від виду гідрофобізующіх добавки водонесу-розчинні і також водовідштовхувальні нафтенатами або олсати кальцію. З цієї точки зору захисні плівки правильніше розглядати як хемосорбціонние, а не як суто адсорбційні. Захисні плівки на цементних зернах не суцільні, вони переривчасті «сітчасті» або «мозаїчні", завдяки чому цемент зберігає свою основну здатність тверднути при перемішуванні з водою. Гідрофобні портландцементи характеризуються меншою гігроскопічністю. Під гігроскопічністю звичайно розуміють фізичне поглинання парів води з повітря, між тим, як взаємодія парів води з цементом хімічне, в результаті якого з'являються в тонкодисперсному стані гідратів новоутворення. Гідрофобні портландцементи при зберіганні протягом 3-6 міс у насиченою вологою середовищі збільшуються в масі всього на 2,5-3,5%, а звичайні портландцементи - на 6-14%. Сорбція парів води зменшується особливо сильно у пуціоланових і шлакових портландцементів, гідрофобізованних добавкою милонафта або олеїнової кислоти. Особливий інтерес набуває здатності гідрофобних цементів не злежуватись при зберіганні при одночасному підвищенні активності. Спостереження показали, що гідрофобні цементи, що зберігалися в мішках в протягом року, не комковалісь і були сипучими, на відміну від звичайних портландцементів, які скомковалісь. Припускають, що мимовільне підвищення активності цементу пояснюється тим, що водяні пари і вуглекислий газ внаслідок «сітчастого» будови гідрофобних плівок не взаємодіють з поверхнею цементного зерна, а прослизають у глиб цементного зерна за мікротріщинах і підсилюють хімічне диспергування цементу при його гідратації. Гідрофобні цементи є і пластифікованими, що пояснюється адсорбційно-мастильними властивостями гідрофобізующіх добавок та їх здатністю до деякого повітровтягнення. До позитивних властивостей гідрофобних цементів слід віднести знижену водопроникність, що є наслідком підвищення однорідності структури і дрібної кристалізації новоутворень.
Застосування гідрофобних цементів, а також безпосередня гідрофобізація розчинів і бетонів в процесі виготовлення покращує легкоукладальність бетонних і розчинних сумішей, скорочує витрату цементу, так як зменшується водопотребпость. У бетонів на гідрофобних портландцементах знижується швидкість випаровування води в умовах сухого клімату, що сприяє підвищенню їх стійкості. Гідрофобізующіх добавки підвищують зв'язність бетонних сумішей, запобігаючи їх розшарування і значно полегшуючи їх транспортування в автосамоскидів і вивантаження з них. Бетони на цементах гідрофобних характеризуються меншим капілярним всмоктуванням і водопоглинанням.
Гідрофобізація розчинів і бетонів допомагає їм утримувати вологу в початковий період твердіння. Значно зменшується усадка в сухому повітря і набухання у вологому атмосфері; зберігається міцність зчеплення з арматурою при меншій витраті цементу. Гідрофобізующіх добавки істотно підвищують морозостійкість цементного каменю і бетонів. Підвищена пластичність гідрофобного портландцементу дозволяє скоротити витрату цементу в бетонах, особливо в тонких та середньої жирності, на 8-10% і значно зменшити витрату вапна у розчинах. При виготовленні бетонних та розчинних сумішей з гідрофобного портландцементу терміни перемішування в бетономішалках і розчиномішалках такі ж, як і при перемішуванні звичайного портландцементу (1,5-2 хв). Збільшення часу перемішування може призвести до підвищеного повітровтягнення і до деякого зниження міцності бетону.
Гідрофобний портландцемент застосовується в першу чергу в тих випадках, коли потрібне тривале зберігання і перевезення на великі відстані, особливо водним та морським шляхами. Його можна застосовувати нарівні зі звичайним портландцементом в різних будівельних роботах, переважно для зовнішньої декоративного облицювання будівель, для виготовлення гідроізоляційних штукатурок, бетонів в дорожньому і аеродромному будівництві, а також у гідротехнічному бетоні й у тих випадках, коли необхідно транспортувати бетонні і розчинні суміші за допомогою насосів. Оскільки гідрофобний портландцемент відрізняється високою тонкістю помелу і підвищеної сипучістю (що обумовлюється дією гідрофобізующіх добавки), бажано доставляти його на місце застосування в тарі, особливо в тих випадках, коли розвантаження проводиться в закритих приміщеннях вручну. Слід враховувати, що гідрофобізація не може докорінно змінити характер твердіння цементів і їх будівельно-технічні властивості, вона тільки помітно поліпшує властивості цементів. Тому необхідно, щоб по хіміко-мінералогічного складу вихідного клінкеру і вмісту активних мінеральних добавок цементи повністю задовольняли вимогам, які регламентовані стандартами та іншими нормативними документами.
3. Активні мінеральні добавки
Ще в давнину було відомо, що змішанням повітряної вапна з вулканічним туфом можна отримати гідравлічно тверднення в'яжуче. Задовго до нашої ери греки для виготовлення стійких в прісній і морській воді гідравлічних розчинів застосовували туф Санторінского родовища, а римляни - вулканічний туф з родовища Поццуолі. Такі добавки в подальшому і були названі пуццоланом, а цементи, що їх містять, - пуцолановий. Вапняно-пуццоланові цементи, отримані шляхом спільного тонкого подрібнення повітряної або гідравлічного вапна з активною мінеральною добавкою при невеликій дозуванні гіпсу відрізняються повільним твердненням, невисокою міцністю, малою воздухостойкостью. З появою портландцементу вапняно-пуццоланові цементи поступово втрачали своє значення в гідротехнічному будівництві. В даний час промислове їх виробництво вкрай обмежена. Проте став широко застосовуватися пуцолановий портландцемент, який містить активні мінеральні добавки.
Активні мінеральні добавки - це неорганічні природні та штучні матеріали, що володіють гідравлічними і (або) пуцоланічні властивостями. При змішуванні в тонкоподрібненому вигляді з гідратної вапном і гіпсом при заутворі водою вони повинні утворювати тісто, здатне після попереднього твердіння на повітрі продовжувати тверднути під водою. Активні мінеральні добавки вводять до складу цементів для поліпшення їх будівельно-технічних властивостей. Добавками осадового походження є - діатоміт, трепели і опоки.
До активних мінеральних добавок вулканічного походження відносяться попели, туфи, пемзи, вітрофі-ри і траси. Це продукти виверження вулканів, відклалися на різній відстані від місця виверження і в різному ступені охолоджені; при різкому охолодженні з порід швидко виділяються гази, що підвищує їх пористість. У залежності від подальшого впливу атмосферних агентів і ступеня ущільнення вони поділяються на пухкі попели - пуцолани, кам'яноподібний пористі - вулканічні туфи і сильно ущільнені різниці - траси. Для пемзи характерно пористе губчасте будова, вона являє собою спучені вулканічне скло. Вітрофіри мають порфірова структуру і складаються на 75-85% з темного вулканічного скла. До їх складу входять також польові шпати, кварц і ін Різке охолодження викидаються з вулканів порід призводить до швидкої їх загартуванню, що сприяє утворенню в них вулканічного скла. Вони містять також лужні алюмосилікати цеолітового характеру, кристали польового шпату, авгита та ін Іноді мінерали бувають осклованих. До штучних добавок відносяться: кремнеземисті відходи, одержані під час добування глинозему з глини; штучні обпалені у відповідних керамічних печах або в самовозгорающихся відвалах порожніх шахтних порід глини і глинисті та вуглиста сланці; золи, зола-винесення і шлаки, що виходять при спалюванні деяких видів палива; для них характерно переважаючий вміст кислотних оксидів. У ГОСТ з цих добавок вказані тільки кислі золи-винесення; стандартом регламентовані і такі штучні добавки, як доменні гранульовані шлаки, а також белітовий (нефеліновий шлам), одержуваний при комплексній переробці нефелінів і містить до 80% мінералу Беліта, частково гідратованого. Активні мінеральні добавки здатні хімічно взаємодіяти з гідроксидом кальцію; в діатоміт та трепелу в реакцію вступає міститься в їх складі кремнезем. К. Г. Красильников, досліджуючи поверхневі властивості гідратованого кремнезему та його взаємодія з гідроксидом кальцію у водному середовищі, встановив, що однією з найважливіших характеристик є природа поверхні кремнезему, будова поверхневого шару характеризується розташуванням тетраедрів SiO4, тільки частково пов'язаних з об'ємною структурою, причому вільні кути цих тетраедрів, що виходять на поверхню, є гідроксильні групи.
Нами зазначалося, що розвиваються, при механічному диспергування кварцу деформації порушують кристалічну структуру поверхневого шару і кілька аморфізіруют його. Деструктірованпие в результаті цього Шари кварцу володіють високою хімічною активністю, зокрема по відношенню до води, що виражається в підвищеній їх розчинності. Вище вже вказувалося, що глієжі і золи-винесення є продуктом випалення глинистих матеріалів. На думку одних вчених, випал каолінітові глин в інтервалі 873-1073К призводить до розкладання каолініту на кремнезем і глинозем, на думку інших - до утворення метакаолініта. Незалежно від виду та складу продуктів, що утворяться випалу вони інтенсивно взаємодіють з гідроксидом кальцію, причому встановлено, що при цьому утворюється невідоме раніше з'єднання - гідрогеленіт (гідроалюмосілікат кальцію). При підвищенні температури випалу глинистих матеріалів> 1073К якість їх, як активних добавок, знижується. Важливо також мінімальний вміст в них розчинної глинозему. Наприклад, максимально допустимий вміст розчинної глинозему для глієжі - 2%.
Більш складною видається природа гідравлічної активності порід вулканічного походження. Кремнезем і глинозем в них можна вважати потенційно здатними взаємодіяти з гідроксидом кальцію. Однак це залежить від їх структурних зв'язків у складі породи. Найбільшою активністю має вулканічне скло. Істотну роль в хімічному зв'язуванні гідроксиду кальцію грають лужні алюмосилікати, що є цеолітами та здатні обмінювати містяться в них іони лужних металів на іони двовалентних металів і, зокрема, вапна. Як відомо, такий іонний обмін пом'якшує жорстку воду. Дослідження показали, що реакції обміну протікають в значній мірі при підвищенні температури до 313-323 К, причому протягом року в розчин переходить до 85% містяться в породі лугів.
Однак наростання в часі міцності пуцоланового портландцементу пояснити цими реакціями не можна, тому що при обміні іонів лугів на іони кальцію кристалічна решітка цеоліту зберігається і, отже, не можна очікувати такої зміни їх структури, яке вплинуло б на міцність цементу. Дія гідроксиду кальцію проявляється не тільки в цій обмінної реакції. Вважають, що руйнується цеолітова структура, завдяки чому кремнезем і глинозем пов'язують гідроксид кальцію, утворюючи гідросилікати кальцію і можливо гідроалюмосілікати кальцію. Якість активних мінеральних добавок буде залежати також від вмісту розчинного глинозему, тобто в даному випадку здатного до взаємодії з вапном.
Деякі добавки вулканічного походження містять до 8% лугів, а зола-віднесення до 4-5%. Для отримання фізико-хімічної характеристики активних мінеральних добавок необхідно застосовувати методи хімічного, петрографічного, рентгеноструктурного та диференційного термічного аналізів. Поряд з цим необхідні всебічні випробування цементів, отриманих шляхом спільного тонкого подрібнення клінкеру і гіпсу з різним вмістом досліджуваної активної мінеральної добавки. Досліджуються міцнісні показники цементів з активними мінеральними добавками, при твердінні виявляються їх будівельно-технічні властивості в порівнянні з вихідним портландцементом в розчинах і бетонах.
4. Пуцолановий портландцемент
Це гідравлічне в'яжуче, що отримується шляхом спільного тонкого подрібнення портландцементного клінкеру, необхідної кількості гіпсу і активної мінеральної добавки або ретельно змішуванням тих же матеріалів, подрібнених роздільно. Вміст активних мінеральних добавок у пуцолановому портландцементі за ГОСТ повинна складати (у% маси цементу): добавок вулканічного походження, обпаленої глини, глієжі або паливної золи - не менше 25% і не більше 40%; добавок осадочного походження - не менше 20% і не більше 30%. Кількість введеної до складу цементу активної мінеральної добавки залежить від її активності. Чим вона вища, тим менше добавки треба вводити до складу пуцоланового портландцементу для хімічного зв'язування гідроксиду кальцію, що утворюється в процесі гідратації клінкерної частини цементу.
Пуцолановий портландцемент випускається у нас в кількості близько 5 млн. т. Для виробництва пуццолана-вих портландцементів застосовуються різні види активних мінеральних добавок. На цементних заводах Брянськом, Кричевського, Броценском, Акмянском, Гіганте та ін застосовується брянський трепел з активністю близько 300 мг / г; Вольська опока тієї ж активності використовується на Вольських цементних заводах, а Баканська опока з активністю близько 250 мг / г - новоросійський цементними заводами. Олексіївський завод споживає місцеву опоку активністю близько 250 мг / г, Сенгилєєвський район завод - місцевий трепел активністю близько 300 мг / м. Для виробництва білого портландцементу на Щуровским і Таузського цементних заводах витрачають кісатібскій діатоміт з активністю близько 300 мг / г, середньоазіатські заводи - глієжі з низькою активністю 30-50 мг / м. Вулканічні туфи з активністю 50-70 мг / г застосовуються на далекосхідних заводах; пемзи і туфи приблизно тієї ж активності - на Закавказької групі цементних заводів, вітофіри з активністю близько 70 мг / г - на Семипалатинському заводі. Зола ТЕЦ використовується в якості добавки до портландцементу на Ангарському комбінаті.
Технологічна схема виробництва пуцоланових портландцементів звичайна. Вона полягає в сушінні активної мінеральної добавки і подачі її в установленому кількості в цементні млини для сумісного помелу з клінкером при прийнятій дозуванні гіпсу. Сушіння матеріалу при температурах, що не перевищують 479-573 К, помітно не впливає на активність добавок. Однак наші дослідження показали, що якщо в трепелу є глинисті домішки, то сушка при 873-973 До трохи підвищує його активність; раціональна температура сушки для добавок вулканічного походження повинна встановлюватися на основі експериментальних досліджень.
Твердіння пуцоланових портландцементів відбувається в результаті сукупного впливу процесів гідратації клінкерної частини (клінкерних фаз) і реакцій хімічної взаємодії гідратних новоутворень з активними компонентами добавки. У першу чергу взаємодіють добавки з гідроксидом кальцію, присутніх в рідкій фазі твердіє системи. Цей процес йде, як правило, повільно. Дослідження показали, що при раціональному змісті, наприклад 30% трепелу в цементі, гідроксид кальцію ще повністю не буде пов'язаний з кремнеземом трепелу навіть приблизно через рік. Реакція ця протікає при твердінні цементу у воді або в сильно вологому середовищі; протипоказано тверднення в початковий період на повітрі, так як можливо висихання цементного каменю, що сповільнить або навіть перерве цю реакцію. У твердіє пуцолановому портландцементі концентрація вапна в рідкій фазі внаслідок її зв'язування активною добавкою знижується. Це сприяє формуванню низькоосновних гідросилікатів кальцію CSH (B), з відношенням С: S до 0,8, бо, як уже зазначалося, основність гідросилікату кальцію (C: S) залежить від концентрації гідроксиду кальцію в рідкій фазі.
При низькій концентрації вапна нестійкими виявляються високоосновні гідроалюмінат кальцію. У результаті спостерігається їх перехід в нізкоосіовние гідроалюмінат. Можливо також, переважно при тепловологісної обробці, освіта гідрогранатов кальцію. При підвищеному вмісті реакційноздатного (розчинної) глинозему в добавці і низькою її активності можливе утворення додаткової кількості С3АН6 за рахунок взаємодії з гідроксидом кальцію. Високий вміст розчинної глинозему зазвичай характерно для глієжі, глини-та і деяких видів вулканічних туфів, що може призвести до утворення додаткової кількості гідросульфоалюміпата кальцію і зміни сульфатостійкості і деяких інших властивостей пуцоланових портландцементів.
Пуцолановий портландцемент багато в чому відрізняється від портландцементу. Щільність його трохи менше і дорівнює 2,7-2,9 г/см3, тому при однаковій дозі масі він дає більший вихід розчину або бетону. М'які пухкі добавки - трепел та діатоміт в складі цементу збільшують нормальну густоту цементного тіста до 35% замість 24-26%; добавки вулканічного походження і штучні підвищують нормальну густоту у меншій мірі. Це призводить до збільшення водопотребности бетонної суміші на пуцоланових портландцементах, що дещо уповільнює наростання міцності бетону. По термінах схоплювання пуццоланові цементи не відрізняються від портландцементу. Оскільки реакційна здатність активних добавок вулканічного походження, а також глієжі збільшується з дисперсністю, тонкість помелу пуцоланового портландцементу з цими добавками повинна бути підвищеною. При використанні пухких порід, наприклад трепелу, питома поверхня цементу зростає іноді в процесі подрібнення за рахунок дисперсності добавки, а не клінкерної частини, що слід враховувати при виробництві цих цементів.
Пуццоланові портландцементу відрізняються дещо уповільненим твердненням при нормальній температурі в перші терміни і при випробуванні в розчинах пластичної консистенції не досягають показників міцності на стиск, характерних для вихідних портландцементів до 28-ми діб. При твердінні у вологих умовах або у воді міцність пуцоланового портландцементу в часі підвищується і перевищує міцність вихідного портландцементу не тільки на вигин, але і на стиск. Наші дослідження показали, що при активному клінкері, раціональному змісті добавки та гіпсу і особливо за дуже Топком помелі можна істотно підвищити міцність цементу.
Для нормального росту міцності необхідно забезпечити високу вологість середовища в початковий період твердіння цементу, після чого він може тверднути на повітрі, зростання міцності при цьому буде менше. За воздухостоікості він поступається портландцементу. Падіння температури приблизно нижче 283 К різко сповільнює швидкість його твердіння, що викликає необхідність у штучному обігріві. Пропарювання прискорює твердіння бетонів на пуцоланових портландцементах, проте якщо в подальшому бетон буде тверднути у вологих умовах або у воді, доцільно застосовувати тепловологу обробку.
Утворені в результаті хімічного зв'язування гідроксиду кальцію набряклі гідросилікати кальцію заповнюють мікропори в розчинах і бетонах, що викликає ущільнення їх структури і надає їм водонепроникність. Тим самим у значній мірі усувається можливість вилуговування вільного вапна під натиском води.
Пуццоланові портландцементи мають підвищену сполучною здатністю, надають розчинових і бетонних сумішей велику пластичність і відповідно удобообрабативаемость, не відрізняються від портландцементу за показниками зчеплення з арматурою в залізобетоні. Водовідділення в цементних розчинах і бетонах помітно зменшується при м'яких добавках (трепел та ін.) При гідратації пуцоланових портландцементів спостерігається менше тепловиділення, ніж в портландцементу; заміна 30-40% клінкеру добавкою викликає зменшення екзотермії, але непропорційно кількості добавки, тому що при рівномірному розподілі її часток у цементі клінкерні зерна розсуваються, що сприяє більш глибокої їх гідратації. Тепловиділення залежить від хіміко-мінералогічного складу вихідного клінкеру, активності добавки і тонкості помелу цементу. Тому кількість тепла, що виділяється при гідратації пуцоланових портландцементів, не піддається хоча б приблизного попереднім розрахунком і повинно встановлюватися експериментальним шляхом. Пуццоланові портландцементи відрізняються підвищеною усадкою, яка, так само як і тепловиділення, залежить від ряду факторів. Помітне збільшення усадки пов'язано з підвищенням водопотребности при застосуванні м'яких пухких добавок - трепелу та ін
Пуццоланові портландцементи характеризуються більшою здатністю до пластичної деформації у вологих умовах при постійній температурі, ніж портландцемент, причому бетони на цих цементах відрізняються високою трещиностойкостью, що особливо цінно для масивних бетонних гідротехнічних споруд. Пуццоланові портландцементи надають розчинів і бетонів кілька знижену морозостійкість, особливо, коли багаторазовим (більше 100 циклів) поперемінним заморожуванням і відтаванням випробовують ще недостатньо міцний оаствоп або бетон в ранні терміни твердіння. При застосуванні пуцоланових портландцементів, в яких містяться активні мінеральні добавки з щільною структурою, що не збільшують водопотребность бетону, морозостійкість знижується менш помітно. Це відбувається тоді, коли мороз впливає на довгостроково твердевшій бетон з вже підвищеною щільністю і міцністю, наприклад шестимісячного терміну твердіння.
Пуцолановий портландцемент випускається марок 300, 400 і застосовується головним чином у спорудах, які зазнають впливу прісних вод: у підводних конструкціях при будівництві річкових гідротехнічних споруд (порти, канали, греблі, шлюзи і т. п.); у водопровідних спорудах; при строітельствве тунелів і інших підземних споруд, при проходці шахт і т. п.; при кладці фундаментів і підвалів цивільних і промислових будівель. Оскільки пуцолановий портландцемент відрізняється зниженою повітропроникністю, недоцільно застосовувати його для надземних залізобетонних споруд в умовах повітряного твердіння. Швидке висихання цементу може призупинити його тверднення і викликати сильні усадочні явища. Не можна використовувати пуцолановий портландцемент для частин споруд, що знаходяться в зоні змінного дії води і які піддаються постійному зволоженню і висиханню, заморожування і відтавання.
Одне з важливих властивостей пуцоланових портландцементів - підвищена сульфатостойкост' через незначного вмісту незв'язаного гідроксиду кальцію і підвищеної водонепроникності. Зольні цементи. Зольні цементи є різновидом пуцоланових портландцементів, що регламентуються діючим ТУ. Їх отримують спільним помелом або змішанням портлаідцементного клінкеру і золи-винесення при невеликій добавці гіпсу. Зола-винесення є попутним продуктом спалювання деяких видів твердого палива в пилоподібному стані і вловлюється електрофільтрами та іншими пристроями. Її частки бувають грубо-і тонкодисперсних і можуть містити невеликі кількості незгорілого палива, що є шкідливим компонентом. Золи-винесення розділяються на кислі і основні. Зола-винесення за складом наближається до обпаленої глини з різним вмістом глинозему і оксидів заліза і відрізняється значним вмістом майже кулястих часток скла, а також кварцу, муллита та ін У залежності від виду палива, що спалюється та інших умов активність зол-винесення значно коливається, але деякі їх види мають гарні гідравлічними властивостями.
ГОСТ на портландцемент з мінеральними добавками допускає вміст у складі цементу до 15% золи-винесення. Кількість же її у складі зольного цементу регламентується встановленими нормами на пуцолановий портландцемент в межах 25-40%. Золу-винесення часто застосовують при приготуванні бетонних сумішей як компонента звичайного, а також гідротехнічного бетону, причому встановлено, що введення в бетонну суміш 20-25% золи-винесення обумовлює майже відповідну економію цементу при збереженні міцності бетону. Дуже ефективною тепловлажпостіая обробка зольного цементу (бетону). Знижена водопотребность зольних цементів сприяє підвищенню водонепроникності і в більшості випадків також сульфатостійкості бетону. Виявилося, що нові гідратів фази, що утворилися в результаті хімічної взаємодії портландцементу з золою, відносно швидко карбонізується, що підвищує міцність цементного каменю. Продукти гідратації новних зол-винесення утворюються за звичною для портландцементу схемою і містять еттрінгіт, портлаідіт і відповідну кількість гелю С-S-Н. У сучасних умовах, коли необхідні малоенергоємних технології, виробництво і застосування зольних цементів дуже доцільно.
5. Шлакопортландцемент
Доменні шлаки для виготовлення різного роду будівельних матеріалів використовуються у нас більше 100 років. У 1865 р., незабаром після того, як стали застосовувати грануляцію шлаків водою і були виявлені їх гідравлічні властивості, виникло виробництво стінових каменів із суміші вапна і шлаку. У 90-х роках минулого сторіччя в нинішньому Дніпропетровську та Кривому Розі побудували набивним способом перші великі будівлі з шлакобетону. Пізніше, в 1913-1914 рр.., У Дніпропетровську був збудований перший завод шлакопортландцементу. Приблизно в той же час виробництво його було організовано на Косогорский металургійному заводі в Тулі. В даний час обсяг виробництва шлакопортландцементу у нас в країні сягає близько 30% загального випуску цементу.
Шлакопортландцемент є гідравлічним в'яжучим речовиною, одержуваних шляхом спільного тонкого подрібнення клінкеру і висушеного гранульованого доменного шлаку зі звичайною добавкою гіпсу; шлакопортландцемент можна виготовити ретельно змішуванням тих же матеріалів, подрібнених роздільно.
За ГОСТ доменного шлаку в цьому цементі повинна бути не менше 21% і не більше 60% маси цементу; частина шлаку можна замінити активної міні ральної добавкою (трепелом) (не більше 10% маси цементу),, що сприяє поліпшенню технічних властивостей в'яжучого. У шлакопортландцементі, призначаються для застосування в масивних гідротехнічних спорудах, граничний вміст шлаку не регламентується і встановлюється за згодою сторін. Різновидами шлакопортландцементу є нормальний швидкотверднучий і сульфатостійкий. Технологія виробництва шлакопортландцементу відрізняється тим, що гранульований доменний шлак піддається сушінню при температурах, що виключають можливість його рекристалізації, і у висушеному вигляді подається в цементні млини. При помелі шлакопортландцементу продуктивність багатокамерних трубних млинів знижується, що пояснюється, мабуть, низькою середньою щільністю шлаку, що обмежує можливість достатнього заповнення по масі обсягу млинів. Інші результати виходять при вживанні кислих шлаків як мокрій, так і особливо напівсухий грануляції. При спільному помелі з клінкером ці шлаки, хоча вони і в значній мірі осклованих, не зосереджуються в найтонших фракціях цементного порошку. Наявність великих зерен шлаку в складі шлакопортландцементу дещо уповільнює процес твердіння.
Для отримання кожного компонента з найбільш прийнятною для нього тонкістю помелу слід розмелювати клінкер і шлак роздільно. У залежності від порівняльної опірності клінкеру і шлаку подрібненню приймають дві схеми помелу. За першою клінкер попередньо подрібнюють спочатку в першій млині, а потім вже в другій спільно з шлаком. Така схема рекомендована Південдіпроцемент для отримання швидкотверднучого шлакопортландцементу. Вона раціональна при більш низькій размаливаемості шлаку, ніж клінкеру. У цьому випадку досягається особливо тонкий помел клінкера, що прискорює твердіння шлакопортландцементу.
Друга схема передбачає звичайний спільний помел шлаку та клінкеру при приблизно однаковій їх размаливаемості. У цьому випадку ізмаливаемие компоненти ще додатково стирається один одного. Висока тонкість помелу - розвинена питома поверхня - особливо важлива для клінкерної частини цементу. При цьому також проявляється фізико-хімічна потенційна активність шлаку. Збільшення питомої поверхні шлакопортландцементу до 3200-3000 см2 / г дозволяє підвищити його міцність приблизно до міцності чистого портландцементу з питомою поверхнею - 3000 см2 / г.
Клінкер для шлакопортландцементу повинен мати такий мінералогічний склад та структуру, щоб були забезпечені тверднення і висока міцність «клінкерної частини» у складі шлакопортландцементу. Доцільно, щоб за фізико-хімічної характеристики він наближався б до клінкеру високоміцних швидкотверднучих портлапдцементов. Гіпс прискорює схоплювання шлакопортландцементу, проте дозування його потрібно встановлювати експериментально. Зміст шлаку та інших активних добавок у складі цементу склало в 1980 р. в середньому по промисловості 21,7%. Найбільш швидке твердіння відбувається при 30-40%) шлаку. За ГОСТ до шлакопортландцемент висуваються такі ж вимоги по тонкості помелу, термінів схоплювання, рівномірності зміни обсягу, змісту S03 і MgO в клінкері як і до портландцементу. За показниками міцності він поділяється на марки 300, 400 і 500. Відмінною його рисою є підвищена міцність на розтягування і вигин. На відміну від пуцоланових портландцементів шлакопортландцемент не викликає підвищення водопотребности розчинів і бетонних сумішей. При кілька уповільненому зростанні міцності в перший після замішування період він інтенсивно нарощує її в наступному. За термін від семи діб до одного року міцність в портландцементу збільшується приблизно вдвічі, а у шлакопортландцементу-в нормальних температурно-вологісних умовах зростає значно більше - приблизно в 2,5 рази.
Твердіння шлакопортландцементу обумовлюється більш складними процесами, ніж портландцементу через шлаку. Відбувається гідратація клінкерної частини цементу, в результаті чого в твердіє системі утворюється насичений вапняний розчин, який утворюється також і при розкладанні сірчистого кальцію.
Дуже важлива концентрація в розчині як іонів Са2 +, так і гідроксильних ОН-; істотна роль останніх помітна за інтенсивною гідратації шлаку при дії лужних розчинів натрію або калію; в розчині є також деяка кількість іонів S04.
У результаті створюється середовище, здатне викликати лужне і сульфатне збудження зерен шлаку, поверхневі шари яких залучаються в результаті цього в процеси гідратації і освіти цементуючих сполук. Контактуючи в порожнинах і мікротріщинах з поверхневими шарами шлакового скла, вапняний розчин сприяє переведенню в розчин знаходяться на поверхні шлакових зерен катіонів внаслідок розриву кремнекислородних зв'язків. У результаті при взаємодії з вапном утворюються гідросилікати кальцію, спочатку більш основні, а в міру зниження концентрації вапна в реагує середовищі - вже низькоосновних серії CSH (В).
Дослідження процесів твердіння ізвестковошлакових сумішей і шлакопорт-ландцементов показали, що відбувається хімічне зв'язування шлаком СаО.
У процесі твердіння шлакопортландцементу утворюється гидросульфоалюмінат кальцію; після витрачання всього гіпсу при достатньо високій концентрації вапна можливе утворення гидроалюмінатом кальцію. Не виключена можливість появи гідрогеленіта - C2ASH8.
Шлакопортландцемент на відміну від портландцементу не виявляє тенденції до зниження міцності при твердінні в результаті зазвичай виникають внутрішніх напружень. Кількість зв'язаної води при твердінні шлакопортландцементу залежить переважно від активності і відповідає ступеню гідратації клінкерної частини шлакопортландцементу особливо при кислих шлаках. Зміст шлаку в шлакопортландцементі зменшує контракцію, причому через добу це зменшення за змістом шлаку в цементі. При однаковому співвідношенні шлаку та клінкеру контракція до 30 діб більше у шлакопортландцементу на основних шлаках. Контракція шлакопортландцементу на кислих шлаках залежить, головним чином, від хіміко-мінералогічного складу клінкеру.
Усадкові деформації у шлакопортландцементу в розчині 1:3 з нормальним піском до 4 місяців твердіння на повітрі досягають 0,6-0,76 мм / м при вмісті в цементі 50% кислих доменних шлаків або 70% основних доменних шлаків. У взятого для порівняння пуцоланового портландцементу усадка склала 1,15 мм / м. Причина усадки в умовах повітряного твердіння - в основному видалення вільної води; у шлакопортландцементів з невеликою добавкою шлаку, нижче 50%, усадка залежить переважно від мінералогічного складу клінкеру.
Тепловиділення при гідратації шлакопортландцементу значно нижче, ніж в портландцементу. Це перешкоджає його використанню в зимових умовах, але позитивно позначається при виготовленні масивного бетону. Для нормального тверднення шлакопортландцементу необхідна температура не нижче 288 К, при більш низьких бетонну суміш необхідно підігрівати.
Досліджувалася стійкість шлакопортландцементів з кислими і основними шлаками по відношенню до видужування методом фільтрації дистильованої води. Досліди показали, що введення в цементи як кислих, так і основних шлаків підвищує їх стійкість по відношенню до дії м'якої води. Це характеризується зменшенням абсолютної кількості вилуженої з шлакопортландцементу вапна, а також меншою втратою міцності в порівнянні з портландцементом і пуцолановий портландцемент. Тверді зерна шлаку, досить повільно гідратірующіе, створюють додатковий жорсткий каркас, який зберігається і після вилуговування частини вапна з клінкерної складової шлакопортландцементу. Шлакопортландцемепти володіють достатньою морозостійкістю, яку можна підвищити шляхом введення поверхнево-активних повітровтягувальних та інших добавок, зменшення В / Ц і створенням умов для попереднього тверднення приблизно до 3 місяців до початку морозів. Останнє особливо важливо для шлакопортландцементів на базі кислих шлаків, що містять більше «слабко зв'язаної» води і внаслідок цього менш морозостійких, ніж шлакопортландцемент на основних шлаках. Порівняно висока морозостійкість цементу при утриманні 60-80% шлаку. Для водонепроникності істотне значення має як вид використаного для отримання цементу шлаку, так і його дисперсність. З шлакопортландцементу можна отримати водонепроникні бетони при високій питомої поверхні цементу, а також при добавці 10% іншої активної мінеральної добавки. Для підвищення активності шлакопортландцементів застосовується мокрий помел шлаків і наступне змішання шлакового шламу в бетономішалці з портландцементом. Такий метод був застосований на будівництві греблі у Франції та дав досить позитивні результати. Було встановлено, що виділення тепла при твердінні шлакопортландцементу понизилося, що особливо цінно для масивного бетону.
Позитивною особливістю шлакопортландцементів, на відміну від пуцоланових, є порівняльна воздухостойкость, що забезпечує нормальне тверднення бетону (залізобетону) наземних споруд. Це не виключає необхідності ретельного догляду за бетоном для захисту його від висихання і знижених температур в перші строки твердіння. Шлакопортландцемент володіє підвищеною стійкістю проти дії мінералізованих вод (морський, сульфатної та ін.) Однак по відношенню до концентрованих розчинів магнезіальних солей він недостатньо стійок. Вільні кислоти, що містяться в болотних, стічних промислових та інших водах руйнують бетон з шлакопортландцементу.
Шлакопортландцемент не робить корродирует дії на закладену в бетон сталеву арматуру і досить міцно зчіплюється з нею. Тому його можна застосовувати в залізобетонних конструкціях нарівні з портландцементом. На відміну від портландцементу шлакопортландцемент в розчинах і бетонах краще чинить опір дії підвищених температур, тому його можна застосовувати після необхідного попереднього тверднення у вологих умовах для деяких будівельних конструкцій, які експлуатуються в гарячих цехах. Особливо добре впливає на тверднення шлакопортландцементу тепло-вологісний обробка. Дослідження показали, що пропарювання так інтенсивно прискорює процеси гідратації, кристалізації та ущільнення структури шлакопортландцементу, що одержувані розчини та бетони набувають високі будівельні властивості. Коефіцієнт використання активності цементу при пропарівапіі досягає 70% проти 60% для портландцементу; підвищується тріщиностійкість, морозостійкість, водонепроникність, водо-і солестойкость і поліпшується ряд інших властивостей. Для отримання шлакопортландцементу, який призначався для пропарювання, доцільно застосовувати клінкер, що містить 55-60% C3S і 7-10% С3А при 40% гранульованого доменного шлаку.
Шлакопортландцемент більш універсальне в'яжучий, ніж пуцолановий, його можна ефективно застосовувати для бетонних і залізобетонних конструкцій, наземних, підземних і підводних споруд. Він особливо ефективний у великих гідротехнічних спорудах, а також у збірних залізобетонних конструкціях і виробах, що піддаються тепловологісної обробці. Найбільші гідроелектростанції на Дніпрі (Дніпрогес, Каховська ГЕС та ін), на Єнісеї і ін зведені із застосуванням шлакопортландцементу; він був широко використаний для будівництва підприємств чорної металургії та інших галузей важкої індустрії в Донбасі, на Уралі, в Сибіру, в Закавказзі і ін Його успішно застосовують у ряді районів для виробництва збірних залізобетонних конструкцій і виробів із застосуванням пропарювання.
6. Білий портландцемент
Це продукт тонкого подрібнення малозалізистого клінкеру з необхідною кількістю гіпсу при невеликій добавці діятимуть. Клінкер виходить в результаті випалення до спікання (або плавлення) малозалізистого сировинної суміші належного Складу, що забезпечує переважання в ньому силікатів кальцію. Охолоджується клінкер в певних умовах, необхідних для його відбілювання. Гіпс, активна і інертна мінеральні добавки в подрібненому стані повинні мати білизну, не нижче встановленої для цементу даного сорту.
Білий портландцемент можна випускати зі стандартизованими поверхнево-активними пластифікуючі та гідрофобізуючі добавками (в кількості не більше 0,5% маси цементу), не знижують білизну цементу. За ступенем білизни білий цемент підрозділяється на три сорти: I, II, III.
Білий портландцемент випускається марок 400 і 500 і повинен відповідати всім іншим вимогам, регламентованим стандартом на портландцемент. Дуже важливо, щоб білий цемент був однорідним по білизні і ставився до одного сорту (в межах кожної партії).
Розроблена С. С. Череповський і О. К. Алешиной технологія виробництва білого цементу характеризується такими відмітними особливостями: вихідні сировинні компоненти повинні з-'тримати мінімальну кількість барвних оксидів заліза, марганцю, титану та ін Потрібно виключити забруднення сировини, напівфабрикату, готової продукції на всіх технологічних переділах. Клінкер обпалюється на беззольному паливі. Незважаючи на зазначені заходи по виходу з печі він все-таки має зеленуватий відтінок. Тому, щоб надати йому високу ступінь білизни, його після випалу піддають спеціальній обробці - відбілюванню. Питома поверхня білого цементу повинна бути більше, ніж у звичайного портландцементу, тому що при цьому досягається велика рівномірність і ступінь білизни. Випробування відбілювання проводилося спочатку по 'способом хлорування, запропонованого І. Я. Слобода-піком. У сировинну шихту вводилися добавки хлористих солей, амонію, кальцію і натрію. У результаті взаємодії з оксидами заліза утворюється треххлорное залізо, возгоняющиеся при високих температурах випалу і легко віддаляється з газами, що відходять. Цей метод ефективний при мокрому способі виробництва і високий вміст оксиду заліза.
Необхідний для відбілювання слабовосстановітельний газ заданого складу (вміст кисню менше 0,2% і оксиду вуглецю більш 5%) отримують шляхом спалювання генераторного газу в спеціальній камері спалювання, звідки він подається у герметично закритий з вигрузочного кінця вибілюючий холодильник. Клінкер з обрізу печі безпосередньо поступає в вибілюючий холодильник, де охолоджується до температури не вище 473 К, щоб уникнути окислення. Позитивні результати, як показали дослідження А. П. Зубсхіна, виходять при випалюванні клінкеру в слабовосстановітельной середовищі з наступним водяним відбілюванням. А. Н. Грачьян виявив ефективність двоступінчастого способу відбілювання. Клінкер на виході із зони спікання протягом 1 - 2 хв при 1673-1273 До охолоджується в конвертованій газі, потім прямує у водяну ванну. Конвертований газ отримують в результаті взаємодії при 1173-1273 До природного газу з водяною парою.
Оксид вуглецю і водень в момент утворення мають високу активність і чинять сильний відновне дію на оксиди заліза і марганцю. Цим дослідникам вдалося домогтися підвищення білизни при водяному відбілюванні в омагні-ченной воді, а також у розчинах слабкої концентрації соляної, сірчаної та інших кислот. Вважають, що при газовому або швидкому водяному відбілюванні малозалізистого клінкеру підвищення ступеня білизни є результатом зниження валентності оксидів заліза, зміни координації фарбувальних оксидів і співвідношення алюмінатних і силікатних фаз. Під дією фторидів високоглиноземний алюмофер-рить кальцію набуває метастабільності, що сприяє утворенню безбарвних кристалів алюмінатів кальцію.
Сировинні матеріали для виробництва білого портландцементу - вапняки і глинисто-піщані породи з вкрай обмеженим змістом зазначених фарбувальних оксидів. За даними НИИцемент, вапняки за цим показником поділяються на два класи - А і Б; максимальне допустимий вміст у вапняку оксиду заліза - 0,15% для класу А і 0,25%-для класу Б; відповідно зміст оксидів марганцю в розрахунку на оксид марганцю (II) - 0,015% і 0,03%. Застосовувані для виробництва білого цементу місцеві вапняки містять не більше 0,1% оксиду заліза; вміст оксиду марганцю в першому вапняку досягає 0,018%; в Араратській вапняку марганцю немає. У найбільш чистих карбонатних породах, використовуваних нашими цементними заводами для виробництва сірого звичайного портландцементу, вміст оксиду заліза значно вище і досягає 0,29%, а оксиду марганцю (II) - 0,039%. Це свідчить про обмежені сировинних можливостях виробництва білого цементу. Хімічний склад глинистого компонента, що складається з каоліну і кварцового піску, а також використовуваної без коригування напівкислі глини, яка є відходом при видобутку вогнетривких глин на Лат-ненської родовищі, характеризується такими даними: Si02 -70-73%; А1203 - 18-20%; Fe2O3 - 0,4-1%; МnО-сліди; силікатна модуль - 3,5-4 при глиноземному модулі, що досягає 40.
Підготовка, включаючи іноді і збагачення, сировинних компонентів, їх зберігання, дроблення, змішання і ін здійснюються особливо ретельно, тому що необхідно обмежувати межа коливань їх хімічного складу. Тонке подрібнення суворо дозованої сировинної шихти здійснюється як по мокрому способу, так і на сухому. При помелі сировинної шихти дуже важливо запобігти її забруднення присадкою металевого заліза. При подрібненні за допомогою металевих куль або цільпебса в млинах з звичайної металевої футеровкой присадка заліза до сировинної шихті доходить до 0,1% - При окислюванні в процесі випалу це збільшує вміст оксиду заліза в клінкері на 0,2%. Тому для помелу сировинної шихти потрібно застосовувати неметалеві мелють тіла, так звані «уралітовие» (високоглиноземисті). Сировинні млини слід футерувати особливо зносостійкими матеріалами з металевих сплавів або блоками з кременистих пісковиків.
Сировинну шихту складають за заданим значенням коефіцієнта насичення, силікатної і глиноземного модулів. При виборі цих показників треба враховувати, що через мізерно малого вмісту оксиду заліза у сировинній шихті значно підвищується глиноземний модуль. Це викликає різке збільшення в'язкості рідкої фази, а температура її освіти перевищує 1673 К, що істотно ускладнює випал і викликає необхідність підвищення температури спікання клінкеру до 1873-1923 К. У цих умовах особливо ефективне застосування мінералізаторів випалу - фторидів, кремнефторіда, сірчанокислого кальцію та ін . Приміром, введення в сировинну шихту кремнефтористого натрію прискорює твердофазових реакції і знижує температуру утворення рідкої фази до звичайних для цементного клінкеру ~ 1553 К. При цьому в'язкість рідкої фази знижується і кристалізація аліта протікає без суттєвих ускладнень. Досить ефективним мінералізатором, а також замінником глинистого компонента є шлаки-відходи виробництва фосфорних солей.
Склад сировинної шихти розраховують так, щоб отримати клінкер з КН-0 ,85-0, 88 за силікатному модулі 3,2-4,0. При цьому обов'язкове застосування мінералізаторів. Обертові печі футерують талько-магнезитовим цеглою або магнезитовим вогнетривом на шпінельної зв'язці, при якому не спостерігається присадки офарблюючих оксидів до клінкеру. При помелі вибіленого висушеного клінкеру або охолодженого клінкеру в нього додають гіпс і діатоміт. Помел здійснюється в кульових млинах. В якості тіл, що мелють використовують кулі з хромоникельовой сталі або з уралітовой кераміки. Для інтенсифікації подрібнення застосовують ПАР. Однак процес тонкого подрібнення білого цементу призводить до зниження білизни приблизно на 5-7%. Застосування для інтенсифікації помелу білого цементу 0,1% соняшникової соапсток дозволило на Щуровским цементному заводі підвищити продуктивність млина на 3% і ступінь білизни на 6% при зниженні витрат електроенергії на 25%.
Доменні шлаки для виготовлення різного роду будівельних матеріалів використовуються у нас більше 100 років. У 1865 р., незабаром після того, як стали застосовувати грануляцію шлаків водою і були виявлені їх гідравлічні властивості, виникло виробництво стінових каменів із суміші вапна і шлаку. У 90-х роках минулого сторіччя в нинішньому Дніпропетровську та Кривому Розі побудували набивним способом перші великі будівлі з шлакобетону. Пізніше, в 1913-1914 рр.., У Дніпропетровську був збудований перший завод шлакопортландцементу. Приблизно в той же час виробництво його було організовано на Косогорский металургійному заводі в Тулі. В даний час обсяг виробництва шлакопортландцементу у нас в країні сягає близько 30% загального випуску цементу.
Шлакопортландцемент є гідравлічним в'яжучим речовиною, одержуваних шляхом спільного тонкого подрібнення клінкеру і висушеного гранульованого доменного шлаку зі звичайною добавкою гіпсу; шлакопортландцемент можна виготовити ретельно змішуванням тих же матеріалів, подрібнених роздільно.
За ГОСТ доменного шлаку в цьому цементі повинна бути не менше 21% і не більше 60% маси цементу; частина шлаку можна замінити активної міні ральної добавкою (трепелом) (не більше 10% маси цементу),, що сприяє поліпшенню технічних властивостей в'яжучого. У шлакопортландцементі, призначаються для застосування в масивних гідротехнічних спорудах, граничний вміст шлаку не регламентується і встановлюється за згодою сторін. Різновидами шлакопортландцементу є нормальний швидкотверднучий і сульфатостійкий. Технологія виробництва шлакопортландцементу відрізняється тим, що гранульований доменний шлак піддається сушінню при температурах, що виключають можливість його рекристалізації, і у висушеному вигляді подається в цементні млини. При помелі шлакопортландцементу продуктивність багатокамерних трубних млинів знижується, що пояснюється, мабуть, низькою середньою щільністю шлаку, що обмежує можливість достатнього заповнення по масі обсягу млинів. Інші результати виходять при вживанні кислих шлаків як мокрій, так і особливо напівсухий грануляції. При спільному помелі з клінкером ці шлаки, хоча вони і в значній мірі осклованих, не зосереджуються в найтонших фракціях цементного порошку. Наявність великих зерен шлаку в складі шлакопортландцементу дещо уповільнює процес твердіння.
Для отримання кожного компонента з найбільш прийнятною для нього тонкістю помелу слід розмелювати клінкер і шлак роздільно. У залежності від порівняльної опірності клінкеру і шлаку подрібненню приймають дві схеми помелу. За першою клінкер попередньо подрібнюють спочатку в першій млині, а потім вже в другій спільно з шлаком. Така схема рекомендована Південдіпроцемент для отримання швидкотверднучого шлакопортландцементу. Вона раціональна при більш низькій размаливаемості шлаку, ніж клінкеру. У цьому випадку досягається особливо тонкий помел клінкера, що прискорює твердіння шлакопортландцементу.
Друга схема передбачає звичайний спільний помел шлаку та клінкеру при приблизно однаковій їх размаливаемості. У цьому випадку ізмаливаемие компоненти ще додатково стирається один одного. Висока тонкість помелу - розвинена питома поверхня - особливо важлива для клінкерної частини цементу. При цьому також проявляється фізико-хімічна потенційна активність шлаку. Збільшення питомої поверхні шлакопортландцементу до 3200-3000 см2 / г дозволяє підвищити його міцність приблизно до міцності чистого портландцементу з питомою поверхнею - 3000 см2 / г.
Клінкер для шлакопортландцементу повинен мати такий мінералогічний склад та структуру, щоб були забезпечені тверднення і висока міцність «клінкерної частини» у складі шлакопортландцементу. Доцільно, щоб за фізико-хімічної характеристики він наближався б до клінкеру високоміцних швидкотверднучих портлапдцементов. Гіпс прискорює схоплювання шлакопортландцементу, проте дозування його потрібно встановлювати експериментально. Зміст шлаку та інших активних добавок у складі цементу склало в 1980 р. в середньому по промисловості 21,7%. Найбільш швидке твердіння відбувається при 30-40%) шлаку. За ГОСТ до шлакопортландцемент висуваються такі ж вимоги по тонкості помелу, термінів схоплювання, рівномірності зміни обсягу, змісту S03 і MgO в клінкері як і до портландцементу. За показниками міцності він поділяється на марки 300, 400 і 500. Відмінною його рисою є підвищена міцність на розтягування і вигин. На відміну від пуцоланових портландцементів шлакопортландцемент не викликає підвищення водопотребности розчинів і бетонних сумішей. При кілька уповільненому зростанні міцності в перший після замішування період він інтенсивно нарощує її в наступному. За термін від семи діб до одного року міцність в портландцементу збільшується приблизно вдвічі, а у шлакопортландцементу-в нормальних температурно-вологісних умовах зростає значно більше - приблизно в 2,5 рази.
Твердіння шлакопортландцементу обумовлюється більш складними процесами, ніж портландцементу через шлаку. Відбувається гідратація клінкерної частини цементу, в результаті чого в твердіє системі утворюється насичений вапняний розчин, який утворюється також і при розкладанні сірчистого кальцію.
Дуже важлива концентрація в розчині як іонів Са2 +, так і гідроксильних ОН-; істотна роль останніх помітна за інтенсивною гідратації шлаку при дії лужних розчинів натрію або калію; в розчині є також деяка кількість іонів S04.
У результаті створюється середовище, здатне викликати лужне і сульфатне збудження зерен шлаку, поверхневі шари яких залучаються в результаті цього в процеси гідратації і освіти цементуючих сполук. Контактуючи в порожнинах і мікротріщинах з поверхневими шарами шлакового скла, вапняний розчин сприяє переведенню в розчин знаходяться на поверхні шлакових зерен катіонів внаслідок розриву кремнекислородних зв'язків. У результаті при взаємодії з вапном утворюються гідросилікати кальцію, спочатку більш основні, а в міру зниження концентрації вапна в реагує середовищі - вже низькоосновних серії CSH (В).
Дослідження процесів твердіння ізвестковошлакових сумішей і шлакопорт-ландцементов показали, що відбувається хімічне зв'язування шлаком СаО.
У процесі твердіння шлакопортландцементу утворюється гидросульфоалюмінат кальцію; після витрачання всього гіпсу при достатньо високій концентрації вапна можливе утворення гидроалюмінатом кальцію. Не виключена можливість появи гідрогеленіта - C2ASH8.
Шлакопортландцемент на відміну від портландцементу не виявляє тенденції до зниження міцності при твердінні в результаті зазвичай виникають внутрішніх напружень. Кількість зв'язаної води при твердінні шлакопортландцементу залежить переважно від активності і відповідає ступеню гідратації клінкерної частини шлакопортландцементу особливо при кислих шлаках. Зміст шлаку в шлакопортландцементі зменшує контракцію, причому через добу це зменшення за змістом шлаку в цементі. При однаковому співвідношенні шлаку та клінкеру контракція до 30 діб більше у шлакопортландцементу на основних шлаках. Контракція шлакопортландцементу на кислих шлаках залежить, головним чином, від хіміко-мінералогічного складу клінкеру.
Усадкові деформації у шлакопортландцементу в розчині 1:3 з нормальним піском до 4 місяців твердіння на повітрі досягають 0,6-0,76 мм / м при вмісті в цементі 50% кислих доменних шлаків або 70% основних доменних шлаків. У взятого для порівняння пуцоланового портландцементу усадка склала 1,15 мм / м. Причина усадки в умовах повітряного твердіння - в основному видалення вільної води; у шлакопортландцементів з невеликою добавкою шлаку, нижче 50%, усадка залежить переважно від мінералогічного складу клінкеру.
Тепловиділення при гідратації шлакопортландцементу значно нижче, ніж в портландцементу. Це перешкоджає його використанню в зимових умовах, але позитивно позначається при виготовленні масивного бетону. Для нормального тверднення шлакопортландцементу необхідна температура не нижче 288 К, при більш низьких бетонну суміш необхідно підігрівати.
Досліджувалася стійкість шлакопортландцементів з кислими і основними шлаками по відношенню до видужування методом фільтрації дистильованої води. Досліди показали, що введення в цементи як кислих, так і основних шлаків підвищує їх стійкість по відношенню до дії м'якої води. Це характеризується зменшенням абсолютної кількості вилуженої з шлакопортландцементу вапна, а також меншою втратою міцності в порівнянні з портландцементом і пуцолановий портландцемент. Тверді зерна шлаку, досить повільно гідратірующіе, створюють додатковий жорсткий каркас, який зберігається і після вилуговування частини вапна з клінкерної складової шлакопортландцементу. Шлакопортландцемепти володіють достатньою морозостійкістю, яку можна підвищити шляхом введення поверхнево-активних повітровтягувальних та інших добавок, зменшення В / Ц і створенням умов для попереднього тверднення приблизно до 3 місяців до початку морозів. Останнє особливо важливо для шлакопортландцементів на базі кислих шлаків, що містять більше «слабко зв'язаної» води і внаслідок цього менш морозостійких, ніж шлакопортландцемент на основних шлаках. Порівняно висока морозостійкість цементу при утриманні 60-80% шлаку. Для водонепроникності істотне значення має як вид використаного для отримання цементу шлаку, так і його дисперсність. З шлакопортландцементу можна отримати водонепроникні бетони при високій питомої поверхні цементу, а також при добавці 10% іншої активної мінеральної добавки. Для підвищення активності шлакопортландцементів застосовується мокрий помел шлаків і наступне змішання шлакового шламу в бетономішалці з портландцементом. Такий метод був застосований на будівництві греблі у Франції та дав досить позитивні результати. Було встановлено, що виділення тепла при твердінні шлакопортландцементу понизилося, що особливо цінно для масивного бетону.
Позитивною особливістю шлакопортландцементів, на відміну від пуцоланових, є порівняльна воздухостойкость, що забезпечує нормальне тверднення бетону (залізобетону) наземних споруд. Це не виключає необхідності ретельного догляду за бетоном для захисту його від висихання і знижених температур в перші строки твердіння. Шлакопортландцемент володіє підвищеною стійкістю проти дії мінералізованих вод (морський, сульфатної та ін.) Однак по відношенню до концентрованих розчинів магнезіальних солей він недостатньо стійок. Вільні кислоти, що містяться в болотних, стічних промислових та інших водах руйнують бетон з шлакопортландцементу.
Шлакопортландцемент не робить корродирует дії на закладену в бетон сталеву арматуру і досить міцно зчіплюється з нею. Тому його можна застосовувати в залізобетонних конструкціях нарівні з портландцементом. На відміну від портландцементу шлакопортландцемент в розчинах і бетонах краще чинить опір дії підвищених температур, тому його можна застосовувати після необхідного попереднього тверднення у вологих умовах для деяких будівельних конструкцій, які експлуатуються в гарячих цехах. Особливо добре впливає на тверднення шлакопортландцементу тепло-вологісний обробка. Дослідження показали, що пропарювання так інтенсивно прискорює процеси гідратації, кристалізації та ущільнення структури шлакопортландцементу, що одержувані розчини та бетони набувають високі будівельні властивості. Коефіцієнт використання активності цементу при пропарівапіі досягає 70% проти 60% для портландцементу; підвищується тріщиностійкість, морозостійкість, водонепроникність, водо-і солестойкость і поліпшується ряд інших властивостей. Для отримання шлакопортландцементу, який призначався для пропарювання, доцільно застосовувати клінкер, що містить 55-60% C3S і 7-10% С3А при 40% гранульованого доменного шлаку.
Шлакопортландцемент більш універсальне в'яжучий, ніж пуцолановий, його можна ефективно застосовувати для бетонних і залізобетонних конструкцій, наземних, підземних і підводних споруд. Він особливо ефективний у великих гідротехнічних спорудах, а також у збірних залізобетонних конструкціях і виробах, що піддаються тепловологісної обробці. Найбільші гідроелектростанції на Дніпрі (Дніпрогес, Каховська ГЕС та ін), на Єнісеї і ін зведені із застосуванням шлакопортландцементу; він був широко використаний для будівництва підприємств чорної металургії та інших галузей важкої індустрії в Донбасі, на Уралі, в Сибіру, в Закавказзі і ін Його успішно застосовують у ряді районів для виробництва збірних залізобетонних конструкцій і виробів із застосуванням пропарювання.
6. Білий портландцемент
Це продукт тонкого подрібнення малозалізистого клінкеру з необхідною кількістю гіпсу при невеликій добавці діятимуть. Клінкер виходить в результаті випалення до спікання (або плавлення) малозалізистого сировинної суміші належного Складу, що забезпечує переважання в ньому силікатів кальцію. Охолоджується клінкер в певних умовах, необхідних для його відбілювання. Гіпс, активна і інертна мінеральні добавки в подрібненому стані повинні мати білизну, не нижче встановленої для цементу даного сорту.
Білий портландцемент можна випускати зі стандартизованими поверхнево-активними пластифікуючі та гідрофобізуючі добавками (в кількості не більше 0,5% маси цементу), не знижують білизну цементу. За ступенем білизни білий цемент підрозділяється на три сорти: I, II, III.
Білий портландцемент випускається марок 400 і 500 і повинен відповідати всім іншим вимогам, регламентованим стандартом на портландцемент. Дуже важливо, щоб білий цемент був однорідним по білизні і ставився до одного сорту (в межах кожної партії).
Розроблена С. С. Череповський і О. К. Алешиной технологія виробництва білого цементу характеризується такими відмітними особливостями: вихідні сировинні компоненти повинні з-'тримати мінімальну кількість барвних оксидів заліза, марганцю, титану та ін Потрібно виключити забруднення сировини, напівфабрикату, готової продукції на всіх технологічних переділах. Клінкер обпалюється на беззольному паливі. Незважаючи на зазначені заходи по виходу з печі він все-таки має зеленуватий відтінок. Тому, щоб надати йому високу ступінь білизни, його після випалу піддають спеціальній обробці - відбілюванню. Питома поверхня білого цементу повинна бути більше, ніж у звичайного портландцементу, тому що при цьому досягається велика рівномірність і ступінь білизни. Випробування відбілювання проводилося спочатку по 'способом хлорування, запропонованого І. Я. Слобода-піком. У сировинну шихту вводилися добавки хлористих солей, амонію, кальцію і натрію. У результаті взаємодії з оксидами заліза утворюється треххлорное залізо, возгоняющиеся при високих температурах випалу і легко віддаляється з газами, що відходять. Цей метод ефективний при мокрому способі виробництва і високий вміст оксиду заліза.
Необхідний для відбілювання слабовосстановітельний газ заданого складу (вміст кисню менше 0,2% і оксиду вуглецю більш 5%) отримують шляхом спалювання генераторного газу в спеціальній камері спалювання, звідки він подається у герметично закритий з вигрузочного кінця вибілюючий холодильник. Клінкер з обрізу печі безпосередньо поступає в вибілюючий холодильник, де охолоджується до температури не вище 473 К, щоб уникнути окислення. Позитивні результати, як показали дослідження А. П. Зубсхіна, виходять при випалюванні клінкеру в слабовосстановітельной середовищі з наступним водяним відбілюванням. А. Н. Грачьян виявив ефективність двоступінчастого способу відбілювання. Клінкер на виході із зони спікання протягом 1 - 2 хв при 1673-1273 До охолоджується в конвертованій газі, потім прямує у водяну ванну. Конвертований газ отримують в результаті взаємодії при 1173-1273 До природного газу з водяною парою.
Оксид вуглецю і водень в момент утворення мають високу активність і чинять сильний відновне дію на оксиди заліза і марганцю. Цим дослідникам вдалося домогтися підвищення білизни при водяному відбілюванні в омагні-ченной воді, а також у розчинах слабкої концентрації соляної, сірчаної та інших кислот. Вважають, що при газовому або швидкому водяному відбілюванні малозалізистого клінкеру підвищення ступеня білизни є результатом зниження валентності оксидів заліза, зміни координації фарбувальних оксидів і співвідношення алюмінатних і силікатних фаз. Під дією фторидів високоглиноземний алюмофер-рить кальцію набуває метастабільності, що сприяє утворенню безбарвних кристалів алюмінатів кальцію.
Сировинні матеріали для виробництва білого портландцементу - вапняки і глинисто-піщані породи з вкрай обмеженим змістом зазначених фарбувальних оксидів. За даними НИИцемент, вапняки за цим показником поділяються на два класи - А і Б; максимальне допустимий вміст у вапняку оксиду заліза - 0,15% для класу А і 0,25%-для класу Б; відповідно зміст оксидів марганцю в розрахунку на оксид марганцю (II) - 0,015% і 0,03%. Застосовувані для виробництва білого цементу місцеві вапняки містять не більше 0,1% оксиду заліза; вміст оксиду марганцю в першому вапняку досягає 0,018%; в Араратській вапняку марганцю немає. У найбільш чистих карбонатних породах, використовуваних нашими цементними заводами для виробництва сірого звичайного портландцементу, вміст оксиду заліза значно вище і досягає 0,29%, а оксиду марганцю (II) - 0,039%. Це свідчить про обмежені сировинних можливостях виробництва білого цементу. Хімічний склад глинистого компонента, що складається з каоліну і кварцового піску, а також використовуваної без коригування напівкислі глини, яка є відходом при видобутку вогнетривких глин на Лат-ненської родовищі, характеризується такими даними: Si02 -70-73%; А1203 - 18-20%; Fe2O3 - 0,4-1%; МnО-сліди; силікатна модуль - 3,5-4 при глиноземному модулі, що досягає 40.
Підготовка, включаючи іноді і збагачення, сировинних компонентів, їх зберігання, дроблення, змішання і ін здійснюються особливо ретельно, тому що необхідно обмежувати межа коливань їх хімічного складу. Тонке подрібнення суворо дозованої сировинної шихти здійснюється як по мокрому способу, так і на сухому. При помелі сировинної шихти дуже важливо запобігти її забруднення присадкою металевого заліза. При подрібненні за допомогою металевих куль або цільпебса в млинах з звичайної металевої футеровкой присадка заліза до сировинної шихті доходить до 0,1% - При окислюванні в процесі випалу це збільшує вміст оксиду заліза в клінкері на 0,2%. Тому для помелу сировинної шихти потрібно застосовувати неметалеві мелють тіла, так звані «уралітовие» (високоглиноземисті). Сировинні млини слід футерувати особливо зносостійкими матеріалами з металевих сплавів або блоками з кременистих пісковиків.
Сировинну шихту складають за заданим значенням коефіцієнта насичення, силікатної і глиноземного модулів. При виборі цих показників треба враховувати, що через мізерно малого вмісту оксиду заліза у сировинній шихті значно підвищується глиноземний модуль. Це викликає різке збільшення в'язкості рідкої фази, а температура її освіти перевищує 1673 К, що істотно ускладнює випал і викликає необхідність підвищення температури спікання клінкеру до 1873-1923 К. У цих умовах особливо ефективне застосування мінералізаторів випалу - фторидів, кремнефторіда, сірчанокислого кальцію та ін . Приміром, введення в сировинну шихту кремнефтористого натрію прискорює твердофазових реакції і знижує температуру утворення рідкої фази до звичайних для цементного клінкеру ~ 1553 К. При цьому в'язкість рідкої фази знижується і кристалізація аліта протікає без суттєвих ускладнень. Досить ефективним мінералізатором, а також замінником глинистого компонента є шлаки-відходи виробництва фосфорних солей.
Склад сировинної шихти розраховують так, щоб отримати клінкер з КН-0 ,85-0, 88 за силікатному модулі 3,2-4,0. При цьому обов'язкове застосування мінералізаторів. Обертові печі футерують талько-магнезитовим цеглою або магнезитовим вогнетривом на шпінельної зв'язці, при якому не спостерігається присадки офарблюючих оксидів до клінкеру. При помелі вибіленого висушеного клінкеру або охолодженого клінкеру в нього додають гіпс і діатоміт. Помел здійснюється в кульових млинах. В якості тіл, що мелють використовують кулі з хромоникельовой сталі або з уралітовой кераміки. Для інтенсифікації подрібнення застосовують ПАР. Однак процес тонкого подрібнення білого цементу призводить до зниження білизни приблизно на 5-7%. Застосування для інтенсифікації помелу білого цементу 0,1% соняшникової соапсток дозволило на Щуровским цементному заводі підвищити продуктивність млина на 3% і ступінь білизни на 6% при зниженні витрат електроенергії на 25%.