Портландцемент

Для понимания свойств портландцементов необходимо представлять себе механизм образования главнейших клинкерных минералов при обжиге сырьевой смеси во вращающейся печи.

Поступающий в печь шлам встречает поток газов с температурой 150— 250° С. Начальный этап обработки шлама в печи — испарение содержащейся в нем воды: масса сохнет, комкуется и при дальнейшем продвижении по печи температура ее быстро повышается. Происходит разложение органических веществ и дегидратация каолина, что ослабляет связь между частицами материала, и он распадается в порошок. При температуре 600—800°С начинается декарбонизация находящегося в шламе углекислого кальция (СаСO₃ → СаО +  CO₂). С появлением в материале окиси кальция начинаются химические реакции в твердом состоянии между окисью кальция, с одной стороны, и кремнеземом и полуторными окислами — с другой. Эти реакции идут очень медленно, по мере же повышения температуры ход реакции ускоряется.

Взаимодействие в твердом состоянии между известью и глинистым веществом приводит к сцеплению зерен рассыпавшейся в порошок сырьевой массы и к их укрупнению.

С наибольшей скоростью декарбонизация углекислого кальция идет при температуре материала 1000—1200° С. Практически в этой температур ной зоне печи, которая называется «зоной кальцинирования», заканчивается процесс декарбонизации извести.

В зоне кальцинирования (температура смеси 1000—1200° С) наиболее интенсивно проходит реакция в твердом состоянии; окись кальция, со все возрастающей скоростью реагируя с кремнеземом, образует двухкальциевый силикат (C₂S). Основная масса кремнезема, которая подходит к зоне спекания, оказывается уже связанной с известью в C₂S.

Глинозем образует с известью сначала однокальциевый алюминат (СА). Эта реакция протекает с большой скоростью при температуре около 1000° С.

С повышением температуры известь продолжает присоединяться к СА, причем промежуточным является соединение С₅А₃ — пятикальциевый трех-алюминат, а когда температура достигает 1300° С, т. е. материал подходит к зоне спекания, основность этого промежуточного соединения повышается до трех (трехкальциевый силикат).

Окись железа при нормальном соотношении в сырьевой смеси полуторных окислов (Al₂O₃ : FeaOa) также до достижения обжигаемой смесью 1300° С образует C₄AF (четырехкальциевый алюмоферрит).

Следовательно, перед достижением обжигаемой смесью температуры 1300° С, при которой начинается плавление некоторых компонентов этой смеси, из четырех основных клинкерных минералов портландцемента, три — C₂S, C₃AF и C₄AF — образуются при твердом состоянии реагирующих веществ, и в основном их формирование заканчивается еще до появления в смеси жидкой фазы. Полностью отсутствует важнейший минерал портландцемента — трехкальциевый силикат (C₃S), образующийся путем присоединения двух-кальциевым силикатом одной молекулы СаО, которое возможно лишь при наличии в обжигаемой смеси жидкой фазы. Поэтому в обжигаемой смеси, кроме указанных трех основных минералов, составляющих портландцемент-ный клинкер, в материале, поступающем в зону спекания, присутствует еще известь. От ее содержания зависит количественное соотношение C₃S и C₂S в портландцементе.

В зоне спекания температура материала поднимается от 1300 до 1450—1480° С, и в этой зоне формируется четвертый, важнейший клинкерный минерал портландцемента — трехкальциевый силикат (C₃S).

Состав портландцемента несколько отличается от состава клинкера, так как при помоле к последнему всегда добавляют гипс. Кроме того, ГОСТом на портландцемент допускается введение при помоле в портландцемент до 15% добавок, поэтому химический состав портландцемента принято характеризовать составом клинкера, из которого он смолот. Портландцемент, применяемый для производства асбестоцементных изделий, не должен содержать каких-либо других добавок, кроме гипса.

Основные клинкерные минералы C₃S, C₂S, C₃А и C₄AF в обычных портландцементных клинкерах находятся в следующих пределах: C₃S —от 40 до 60%, C₂S —от 15 до 35%; C₃А — от 4 до 14% и C₄AF — от 10 до 18%. Этим соотношениям соответствует следующее содержание в нем главных окислов в процентах: СаО — 62— 67; SiO₂ — 20—24, Al₂O₃ — 4—7, Fe₂O₃ — 2—5.

Страницы: 1 2 3 4