Помол цемента. Влияние тонкости помола на свойства портландцемента. Открытая и

замкнутая схема помола. Многие свойства портландцемента определяются в большой степени тонкостью помола продукта, его гранулометрическим составом и формой частичек порошка. Цементный порошок в основном состоит из зерен размером от 5—10 до 30—40 мкм. Тонкость помола портландцемента характеризуют обычно остатками на ситах с размером ячеек в свету 0, 2; 0, 08, а иногда и 0, 06 мм, а также удельной поверхностью порошка. В настоящее время обычные портландцемента измельчают до остатка на сите № 008 5—8 % (по массе), цементы же быстротвердеющие — до остатка 2— 4 % и меньше. При этом удельная поверхность соответственно достигает 2500—3000 и 3500—4500 см2/г и более.

С увеличением тонкости помола цемента повышается его прочность и скорость твердения, но лишь до показателей удельной поверхности 7000—8000 см2/г. С этого предела наблюдается обычно ухудшение прочностных показателей затвердевшего цемента. Морозостойкость же его часто начинает ухудшаться и при более низких показателях удельной поверхности (4000— 5000 см2/г). Чрезмерное измельчение продукта не всегда целесообразно, так как частички 1—3 и даже 5 мкм быстро гидратируются влагой воздуха уже при кратковременном хранении цементов на складах, что значительно снижает активность материала. Разные фракции цементного порошка по-разному влияют на прочность цемента при твердении, а также на скорость твердения. На показатели активности цементов (прочность в 28-суточ-ном возрасте) влияют фракции порошка с размером частиц до 20 мкм. Более же крупные частицы (до 30— 50 мкм) влияют на прочность в более отдаленные сроки твердения. Схемы помола: Измельчение цементного клинкера на современных цементных заводах производится преимущественно с использованием шаровых мельниц. В основном используются следующие технологические схемы: помол клинкера по открытому циклу и помол в замкнутом цикле с последующей классификацией получаемого материала. Длина шаровых мельниц, работающих по открытому циклу, в 4-5 раз превышает их диаметр. На цементных заводах применяют трубные мельницы размерами 4 х 13.5, 3.2 х 15, 2.6 х 13 метров и др. Их производительность при помоле цементного клинкера до остатка 8-10 % на сите № 008 достигает соответственно 90, 50, 25 т/ч. Работая в режиме повышенного энергопотребления, имея впечатляющие габаритные размеры и производительность, качество портландцемента, получаемого с использованием трубных мельниц, оставляет желать лучшего. Помол цементного клинкера до удельной поверхности 3000 см²/г является естественным пределом для трубных мельниц открытого цикла. Получение более высокодисперсного материала на данном оборудовании не имеет смысла по причине увеличения расхода энергии, необходимой для измельчения материала, большого количества переизмельченного материала, ускоренного износа мелющих тел (шаров), броневых плит. Более того, именно для шаровых мельниц открытого цикла характерен наибольший процент цементных зерен округленной формы, активность которых невелика. Для получения цемента с удельной поверхностью более 3000 см²/г и выше используются шаровые мельницы замкнутого цикла. Измельченный в шаровой мельнице материал поступает в сепаратор, где из него извлекается фракция тех размеров, какие требуются для готового продукта (например, частицы цемента размерами 0-40 мкм). Более крупные частицы направляются снова в шаровую мельницу для дополнительного измельчения. Таким образом, из основной массы измельчаемого материала непрерывно извлекаются частицы требуемого размера, что в значительной степени снижает опасность переизмельчения частиц, которые особенно склонны к агрегации и налипанию к мелющим телам и стенкам мельницы. Соответственно, именно использование шаровых мельниц и сепараторов, работающих в замкнутом цикле, создает возможность получения высокоактивного портландцемента. В целом для метода помола цемента в шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле, характерна большая маневренность в работе, что позволяет выпускать портландцемент с различной тонкостью помола и, соответственно, активностью, что совершенно не достижимо для шаровых мельниц, работающих в открытом цикле. Основными недостатками помола цементного клинкера по замкнутому циклу является большая сложность и стоимость технологического оборудования, высокий расход электроэнергии, а также возможность накопления трудно дробимых включений, не прошедших классификацию и отправленных на повторный помол. Трудно дробимые включения накапливаются в шаровой мельнице, что существенно снижает практическую производительность помольного оборудования и требует регулярного освобождения рабочей камеры шаровой мельницы от накопившихся включений.

39. Взаимодействие с водой основных минералов портландцементного клинкера. Расчет воды для их гидратации. Взаимодействие портландцемента с водой приводит к образованию новых гидратиых веществ, обусловливающих схватывание и твердение теста, растворной или бетонной смеси. При затворении портландцемента водой образуется цементный гель, который постепенно загустевает и превращается в камнеподобное тело. Эти изменения происходят при взаимодействии клинкерных минералов с водой и образованием новых соединений в результате следующих реакций:

1)3СаО х SiO₂ + (n+1)H₂O = 2СаО х SiO₂ х nH₂O + Са (ОН)₂;

2) 2СаО х SiO₂ + nH₂O = 2СаО х SiO₂ х nH₂O;

3) 3СаО х Al₂O₃ + 6H₂O = 3СаО х Al₂O₃ х 6H₂O;

4) 4СаО х Al₂O₃ х Fe₂O₃ + m Н₂О = 3СаО х Al₂O₃ х 6 H₂O + СаО х Fe₂O₃ х n H₂O

Алит C3S и белит C2S при взаимодействии с водой подвергаются гидролизу. В результате реакций возникает соединение в состав которого входит химически связанная вода. Важно отметить, что это соединение (гидросиликат кальция), как и другие продукты гидратации цемента, представляет собой твердые вещества. Их называют кристаллогидратами. Кроме гидросиликатов кальция при гидролизе алита и белита образуется гидроксид кальция Са(ОН)₂ в значительных количествах. В результате гидратации трехкальциевого алюмината С₃А возникает гидроалюминат кальция. Реакция протекает чрезвычайно быстро, в течение нескольких минут. Для замедления сроков схватывания в небольших количествах (3 — 5 % массы цемента) вводится сульфат кальция, чаще всего в виде двуводного природного гипса, который взаимодействует с трехкальциевым гидроалюминатом и образует комплексное соединение — трехкальциевый гидросульфоалюминат (минерал эттрингит):

3СаО х Al₂O₃ + 3 (СaSO₄ x 2H₂O) + 19 H₂O = 3 CaO x Al₂O₃ x 3CaSO₄ x 31H₂O

Эттрингит выступает в виде защитного слоя и замедляет схватывание на 3-5 ч. Кроме того, гипс ускоряет твердение цемента в начальный период. Последний из клинкерных минералов — четырехкальциевый алюмо-феррит C4AF гидролизуется, и образуются гидроалюминат и гидроферрит кальция.Таким образом, в результате взаимодействия цемента с водой получаются новые соединения, в состав которых входит химически связанная вода: гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, а также гидроксид кальция. Они и обусловливают формирование прочной структуры твердеющего цемента. Расчёт воды.

43. Формы связи воды в цементном геле и камне. Цементный гель нельзя рассматривать как механическую смесь вяжущего с водой. Процессы их взаимодействия, начинающиеся уже при смещении компонентов, приводят к перераспределению воды в этой системе и возникновению сложных форм ее связи с цементирующими новообразованиями. Воду в цементном тесте и камне разделяют на химически связанную; адсорбционно связанную; воду, связанную капиллярными силами, и воду свободную. Под химически связанной подразумевают воду, содержащуюся в стехиометрических соотношениях в таких соединениях, как Са(ОН)₂, Mg(OH)₂, и различных кристаллогидратах (CaS0₄-2H₂0, ЗСаО-Аl₂О₃-6Н₂0 и др.). Адсорбционно связанная вода, как показывает само название, удерживается на поверхности частичек твердой фазы цементного камня ненасыщенными ван-дер-вааль-совыми силами атомов и ионов, расположенных на этих поверхностях. Адсорбционные связи менее прочны, чем химические, обусловленные главными валентностями. При адсорбции вода размещается на поверхности цементирующих новообразований в виде слоев толщиной 2—3 молекулы, приобретая свойства псевдотвердого вещества. Свойства воды, адсорбционно связанной в сольватных оболочках, изменяются мало. В узких капиллярах цементного камня диаметром меньше 20—40 мкм вода удерживается капиллярными силами, которые тем больше, чем меньше диаметр капилляра. При смачивании стенок капилляров цементного камня водой (вогнутый мениск) давление жидкости уменьшается, что приводит к возникновению сжимающих усилий в стенках капилляров. Сквозные капилляры диаметром меньше 0, 2 мкм могут заполняться водой вследствие сорбции и конденсации в них паров. Капилляры диаметром более 0, 2 мкм не заполняются путем сорбции паров воды; они могут заполняться только при непосредственном соприкосновении с водой в жидком состоянии. Цементный камень, а следовательно, и бетон в различных конструкциях, находящихся в воздушной среде, подвержены непрерывным изменениям влажности, обусловленным колебаниями влажности и температуры воздуха. Свободная вода, заполняющая крупные пустоты цементного камня, удерживается в них механически, за исключением нескольких молекулярных слоев, расположенных у поверхностей твердой фазы и связанных адсорбцнонно.