ЦЕМЕНТЫ

Получение. Сырьем для получения цементов служат прир. материалы (известковые, глинистые, мергелистые, гипсовые, глиноземистые породы) и пром. отходы (металлургич. и топливные шлаки, золы от сжигания углей, белитовый шлам, отходы от переработки нефелиновых пород и др.).
Произ-во цементов включает приготовление сырьевой смеси (дробление исходных материалов, их тонкий помол, перемешивание, корректировка хим. состава смеси), обжиг сырьевой смеси, тонкий помол обожженного продукта (клинкера) до порошкообразного состояния вместе с небольшим кол-вом гипса, активными (шлак, зола, гемза) и неактивными при взаимод. с водой (кварц, карбонатные породы) минер. добавками и др. в-вами, придающими цементам нужные св-ва (напр., пластификаторы, гидрофобные добавки).
В зависимости от метода приготовления сырьевой смеси различают сухой, мокрый и комбинир. способы произ-ва. При сухом способе сырье (известняк и глина) в процессе дробления и помола в мельницах высушивается и превращается в сырьевую муку, после чего мука поступает на обжиг. При мокром способе помол сырьевых компонентов осуществляют в мельницах в присут. воды, к-рую вводят для понижения твердости, интенсификации процесса помола и уменьшения удельного расхода энергии. Влажность сырьевой смеси (шлама), поступающего на обжиг, при мокром помоле составляет 34-43% по массе; для снижения влажности шлама к сырьевой смеси добавляют сульфитно-дрожжевую бражку, триполифосфат Na или ПАВ. При комбинированном способе сырьевая смесь готовится по предыдущей схеме, затем обезвоживается на вакуум-фильтрах или вакуум-прессах, формуется в гранулы и поступает на обжиг.
Обжиг сырьевой смеси осуществляют при 1450 °С во вращающихся (редко шахтных) печах, представляющих собой наклонный стальной цилиндр, в загрузочную часть к-рого подается сырьевая смесь, а со стороны выгрузки (головки) печи через форсунку — топливо (см. Печи). Сырьевая смесь движется по направлению к головке печи, подвергаясь действию нагретых топочных газов. Вращающуюся печь условно разделяют на неск. технол. зон. В зоне сушки под действием отходящих топочных газов сырьевая смесь подсушивается, в зоне подогрева нагревается до 500-600 °С и переходит в зону кальцинирования (900-1200 °С), в к-рой происходит разложение СаСО3. Получающийся СаО в твердом состоянии взаимод. с составными частями глины и железистого компонента с образованием в экзотермич. зоне 2CaO x SiO2, 5СаО x 3А12О3, 3СаО x А12O3, 4CaO x Al2O3 xFe2O3, 2CaO x Fe2O3, а также СаО, MgO и др. оксидов.
В зоне спекания при т-ре 1450 °С обжигаемый материал (клинкер) частично плавится; в этой зоне образуется главный минерал клинкера ЗСаО x SiO2. При дальнейшем прохождении по печи клинкер попадает в зону охлаждения (т-ра 1000-1200 °С). Холодный клинкер дробят и тонко измельчают вместе с гипсом и др. добавками в барабанных шаровых мельницах, а затем транспортируют в железобетонные цилиндрич. емкости — т. наз. цементные силосы.

Свойства. При взаимод. цементов с водой — гидратации, затворении — первоначально образуется пластичное цементное тесто, к-рое со временем на воздухе или в воде уплотняется, теряет пластичность и превращается в т. наз. цементный камень. Безводные минералы клинкера превращаются при этом в соответствующие гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферраты(III) Са, напр.:

ЗСаО x SiO2 + 2H2O Ca2SiO4 x Н2О + Са(ОН)2
Ca2SiO4 + Н2О Ca2SiO4 х Н2О ЗСаО х А12О3 + 6Н2О ЗСаО х А12О3 х 6Н2О

Образовавшийся Са(ОН)2 под действием СО2воздуха постепенно превращается в СаСО3, гидроалюминаты Са с гипсом в присут. воды дают двойные основные сульфаты, напр. Са6А12(ОН)12(SО4)3 x26Н2О и Ca4Al2(OH)12SO4 x6H2O. При получении бетона образовавшийся Са(ОН)2 с СО2воздуха и SiO2 превращается в очень прочную массу, состоящую из карбонатов и силикатов Са.

Табл. 1.-ОСНОВНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

*Гидрофобные добавки — мылонафт, олеиновая к-та, иногда триэтаноламин. **Пластифицирующая добавка — лигносульфонаты. ***При содержании 40-48% Al2O3 наз. обычным глиноземистым, при содержании 60-72% Al2O3 — высокоглиноземистым (талюмом), при более 72% Al2O3 — особо чистым высоко-глиноземистым.

Существуют две осн. теории механизма гидратации цементов: согласно одной из них, гидратация идет в р-ре, из к-рого выпадают образующиеся гидраты, согласно второй — вода присоединяется к твердому в-ву. Гидратные новообразования совместно с первоначальными частицами создают рыхлую коагуляц. структуру, в к-рой протекают процессы кристаллизации гидратов. При этом образуются кристаллич. сростки, пронизывающие структуру и вызывающие уплотнение цементного теста (схватывание). Началом схватывания считается начало процесса потери пластичности, концом — переход в плотное (хотя и непрочное) состояние. Нарастание прочности при твердении определяется медленной кристаллизацией гидратных составляющих цементного камня.
По прочности цементы делится на марки, к-рые определяются гл. обр. пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40 х 40 х 160 мм, изготовленных из цементного р-ра состава 1:3 (по массе) с кварцевым песком (срок твердения образцов в воде 28 сут с момента изготовления). Марки выражаются цифрами 300-600 (как правило, через 100), обозначающими прочность при сжатии соотв. в 30-60 МПа (табл. 2).

Табл. 2.ПРОЧНОСТЬ НЕКОТОРЫХ МАРОК ЦЕМЕНТОВ

Лит.: Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В. В., Химическая технология вяжущих материалов, М., 1980; Кузнецова Т. В., Алюминатные и сульфалюминатные цементы, М., 1986; Taylor H.F.W., Cement chemistry, L., 1990.

Т. В. Кузнецова.
АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ

Источник: himik.chernykh.net