Гидравлические вяжущие.

Сырьевая смесь для производства портландцемента состоит из известняка (75%) и глины (25%). В качестве сырья можно использовать мел, мергель, глини-стые сланцы и отходы раз­личных производств (доменные шлаки, нефелиновый шлам и т.п.). Для обеспечения нужного химического состава сырье­вой смеси при-меняют корректирующие добавки.

В качестве топлива используют природный газ, мазут и уголь. Наиболее эф-фективным видом топлива является при­родный газ, обладающий высокой теплот-ворной способнос­тью и отсутствием вредных примесей.

Производство портландцемента — сложный технологичес­кий и энергоем-кий процесс, включающий: а) добычу в карье­ре и доставку на завод сырьевых ма-териалов, известняка и глины; б) приготовление сырьевой смеси; в) обжиг сырье-вой смеси до спекания — получения клинкера; г) помол клинкера с добавкой гипса; д) магазинирование готового продукта.

В зависимости от методов приготовления сырьевой смеси различают мокрый, сухой и комбинированный (обезвоживание шлама до обжига) способы производства цемента.Дробление твердых известняковых материалов осуществ­ляется в щеко-вых, конусных, молотковых и валковых дробилках.На крупных предприятиях сырьевые мельницы работают по замкнутому циклу: установка производительно-стью до 100 т/ч состоит из сепараторов, отделяющих крупную фрак­цию из сы-рьевой муки с последующей подачей ее в мельни цу помола. Это способствует повышению тонкости помола сырьевой смеси.

Сухой способ заключается в измельчении и тесном смеше­нии сухих (или пре-дварительно высушенных) сырьевых мате­риалов. Такая смесь получается в виде тонкодисперс­ного порошка, называемого сырьевой мукой, который затем направ-ляют в силосы, где происходит корректировка состава. В силосах создается также запас сырья, необходимый для бес­перебойной работы печей. Такой способ выгоден при исполь­зовании однородных по составу известняка и глины с невысо­кой карье-рной влажностью (10-15%).

Мокрый способ применяют, когда мягкое сырье имеет зна­чительную влаж-ность (мел, глины). Тонкое измельчение и смешение исходных материалов осуще-ствляют в водной сре­де. Поэтому сырьевая смесь получается в виде жидкотекучей массы-шлама с большим содержанием воды (35-45%). В этом случае использу-ется способность мягких горных пород (гли­ны и мела) легко распадаться в воде на мелкие частицы. Гли­ну перерабатывают в водную суспензию в глиноболтушках. Известняк после дробления направляется на совместный по­мол вместе с глиняным шламом в шаровую мельницу через весовые дозаторы. Совместное измельчение известняка, гли­ны и корректирующих добавок обеспечивает получение одно­родной сырьевой смеси. Помол сырья производят до остатка на сите № 008 не более 8-10%. Таким образом, более 90% частиц смеси имеет размер менее 80 мкм.

Из мельниц глиняно-известняковый шлам перекачивают насосами в вертика-льные и горизонтальные резервуары (шлам-бассейны), в которых производится око-нчательная корректи­ровка и усреднение состава шлама.

Вращающаяся печь, в которой осуществляется обжиг сырьевой смеси, представляет собой сварной стальной барабан, длиной 95-185-230 м, диаметр 5-7 м, футерованный изнутри огнеупорными материалами. Барабан уложен на ро­ли-ках под углом 3-4° к горизонту и медленно вращается во­круг своей оси (1-2 об/мин). Благодаря этому сырьевая смесь, загруженная в верхнюю часть печи, по-степенно перемещается к нижнему концу, куда вдувают топливо, продукты горения которого направляются навстречу сырьевой смеси и обжигают ее при 1450˚ С. После этого клинкер вы­держивается на складе одну-две недели.

Клинкер состоит из следующих материалов, образующих­ся при обжиге сы-рьевой смеси: трехкальциевый силикат 3CaO∙ Si0₂ (C₃S) - алит; двухкальциевый силикат 2CaO∙ SiO₂(C₂S) - белит; трех­кальциевый алюминат ЗСаОА1₂О₃ (С₃А); че-тырехкальциевый алюмоферрит 4CaO∙ Al₂O₃∙ Fe₂O₃ (C₄AF).

После выдержки на складе клинкер превращают в цемент путем помола его с природным двуводным гипсом в тонкий порошок. Гипсовый камень в количестве 1-4% массы цемента добавляют при помоле с целью регулирования сроков схваты-вания цемента. Готовый портландцемент направляют для хранения в силосы и далее на строительные объекты.

Минералы цементного клинкера обладают следующими свойствами. Трехка-льциевый силикат (алит) — главный минерал це­ментного клинкера — облада-ет большой активностью в реак­ции с водой, особенно в начальные сроки (величи-на тепловы­деления к третьим суткам достигает примерно 2/3 от тепло­выделения при полной гидратации). Алит быстро твердеет и набирает высокую прочность. Двухкальциевыи силикат (белит) значительно менее акти­вен, чем алит. Тепловыде-ление белита при полной гидратации примерно в два раза меньше, чем у алита, и к третьим суткам составляет около 10% от тепловыделения при полной гидрата­ции. Твердение белита происходит медленно. К месячному сроку продукт его тверде-ния обладает сравнительно невысокой прочностью, но при длительном твердении (несколько лет) в благо­приятных условиях (при положительной температуре и влаж­ной среде) его прочность неуклонно возрастает. Трехкальциевый алюминат — самый активный клинкер­ный минерал, отличающийся быстрым взаимодей-ствием с водой. Его тепловыделение при полной гидратации почти в два раза больше, чем у алита, а за трое суток составляет не менее 80% от общего тепло-выделения. Однако продукт его твердения имеет повышенную пористость, низ-кие прочность и долговечность. Быстрое твердение С₃А вызывает раннее струк-турообразование в цементном тесте и сильно ускоряет сроки схватывания (всего за несколько минут). Если не ввести добавку гипса, то получается цемент «быст-ряк», бетонные смеси на котором из-за преждевременного схватывания не успе-вают хорошо перемешать и уложить в форму. Четырехкалъциевый алюмоферрит характеризуется уме­ренным тепловыделением и по быстроте твердения занима­ет промежуточное положение между трехкальциевым и двухкальциевым силикатами. Прочность продуктов его гидрата­ции в ранние сроки ниже, чем у алита, и неско-лько выше, чем у белита.

Располагая данными о минеральном составе клинкера и зная свойства клин-керных минералов, можно заранее пред­определить основные свойства цемента и особенности его твер­дения в различных условиях эксплуатации.

Нежелательными составными частями клинкера являют­ся свободная окись кальция и окись магния. Их вредное влия­ние проявляется в том, что их гидратация проходит в уже за­твердевшем цементе. Поэтому увеличение объема, которое прои-сходит при этом, может вызвать растрескивание цемент­ного камня. Содержание СаО и MgO в клинкере допускается соответственно не более 1 и 5 %.

В клинкере могут быть также щелочные оксиды Na₂О и К₂О, перешедшие в него из сырьевых материалов и золы твер­дого топлива. Их вредное влияние может проявиться в тех случаях, когда бетон изготовлен на заполнителях, содержа­щих опаловидный кремнозем. Щелочи, реагируя с двуокисью кремния, образуют в водной среде растворимые силикаты ка­лия и натрия с увеличением объема, что вы-зывает растрески­вание бетона. Содержание Na₂O и К₂О в цементах для таких бе-тонов ограничивается до 0, 6%.