Портландцемент

Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее — продукт тонкого измельчения клинкера. Получается клинкер путем обжига до спекания сырьевой смеси надлежащего состава, обеспечивающего преобладание в получаемом клинкере силикатов кальция (до 70—80%).

Сырьем для портландцемента служат смеси известняковых и глинистых пород, содержащих главным образом следующие окислы: окись кальция СаО, кремнекислоту SiO₂, окись алюминия Al₂O₃ и окись железа Fe₂O₃. Вместо искусственной сырьевой смеси можно применять и естественные материалы (натуральные — цементные мергели), содержащие указанные окислы в требуемых для производства портландцемента соотношениях. В искусственной смеси сырьевых материалов глина может быть полностью или частично заменена другими материалами соответствующего химического состава, например такими, как доменные шлаки, белитовый шлам и т. п.

В сырье кроме указанных могут содержаться и другие окислы. Чаще всего в сырьевых материалах встречаются MgO и SO₃; могут присутствовать также и окись титана TiO₂, окись марганца Mn₂O₃, P₂O₈ и щелочи. Эти дополнительные включения несколько меняют свойства цемента, но основные качества его определяются количественным соотношением в сырьевой смеси главнейших четырех окислов (СаО, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃). Это соотношение, выраженное в процентах, обычно находится в следующих пределах: СаО 63—67%; SiO₂ 21—24%; Al₂O₃ 4—7%; Fe₂O₃ 2,5—4%. Содержание дополнительных окислов в сырьевой смеси находится в пределах 3—5%.

В результате взаимодействия главнейших окислов сырьевой смеси при высокой температуре обжига образуются следующие минералы портланддементного клинкера:
трехкальциевый силикат ...........3CaO·SiO₂;
двухкальциевый » ..........2CaO·SiO₂;
трехкальциевый алюминат...........ЗСаO·Al₂O₃;
четырехкальциевый алюмоферрит .......4СаO-Al₂O₃·Fe₂O₃
В дальнейшем мы будем пользоваться принятыми в цементной промышленности сокращенными обозначениями этих минералов портландцементного клинкера, в которых окислы обозначаются первой буквой их химической формулы (а числовые индексы около этих букв обозначают численные соотношения молекул этих окислов):
3CaO·SiO₂............................C₃S;
2CaO·SiO₂............................C₂S;
ЗСаО·Al₂O₃ ..........................C₃А;
4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃ ....................C₄AF
Эти клинкерные минералы в портландцементе образуются не в чистом виде, а содержат в небольших количествах и другие окислы.

Так, трехкальциевый силикат (C₃S) включает небольшое количество MgO и Al₂O₃, а иногда и другие окислы; двухкальциевый силикат (C₂S) содержит примеси титана и железа; четырехкальциевый алюмоферрит можно рассматривать как твердые растворы двухкальциевого алюмината (С2А) и двухкальциевого железа (C₂F).

В связи с этим клинкерные минералы портландцемента называют также:
трехкальциевый силикат (C₃S) — алитом;
двухкальциевый силикат (C₂S) — белитом;
четырехкальциевый алюмоферрит (C₄AF) — целитом. Кроме рассмотренных клинкерных минералов портландцементный клинкер может содержать в незначительных количествах и другие составляющие.

Различают две группы основных клинкерных минералов — группу минералов силикатов, к которым относят C₃S и C₂S, и группу минералов плавней (C₃А и C₄AF). Соотношение между этими двумя группами обычно находится в сравнительно узких пределах. Содержание отдельных клинкерных минералов в пределах указанных групп может изменяться в широких пределах.

Способность порошкообразного портландцемента образовывать прочное камнеподобное тело проявляется после добавления к нему воды. При этом безводные составляющие портландцемент минералы вступают в химическое взаимодействие с водой, образуя гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроалюмоферриты кальция. Это химическое взаимодействие происходит тем более интенсивно, чем сильнее развита поверхность частиц портландцемента, поверхность  его контакта с водой. Поэтому тонкое измельчение клинкера, полученного в результате обжига сырьевой смеси, является необходимым этапом производства портландцемента.

Для получения основных составляющих портландцемент минералов необходимо, чтобы в сырьевой смеси присутствовали такие окислы, как CaO, SiO₂, Al₂O₃ и Fe₂O₃.

Свойства портландцемента определяются преимущественно его минералогическим составом, т. е. количественным соотношением основных составляющих его минералов — C₃S, C₂S, C₃А и C₄AF. Следовательно, для получения портландцемента с определенными заданными свойствами соотношение окислов CaO, SiO₂, Al₂O₃ и Fe₂O₃ в сырьевой смеси должно быть выдержано с достаточной точностью.

Страницы: 1 2 3 4