Aprospect.ru

Агентство недвижимости
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Способы получения цемента

Способы получения цемента

Известны два способа получения цемента: сухой и мокрый. В России, в основном, используют мокрый способ. В печь вводится суспензия тонко-измельченных компонентов сырьевой смеси (известняка и глины) в воде. Обычно используется в России вращающаяся печь, имеющая длину 185 м, диаметр – 5-7 м, частоту вращения печи – 0,8. 1,2 об/мин, угол наклона 2-5° (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема вращающейся печи

Добавление воды способствует борьбе с запылением. Используется принцип противотока. Сырьевая смесь загружается в верхний конец печи, а горячие газы за счет сгорания топлива (каменноугольная пыль, природный газ) поступают навстречу сырьевой смеси и обжигают ее.

Процессы, протекающие в печном пространстве, можно разделить на шесть зон.

В первой зоне происходит удаление свободной воды, суспензия высыхает. Обжигаемый материал нагревается до 200-250°С.

Вторая зона – зона дегидратации (500-800°С). В этой зоне происходит удаление химически связанной воды. Для одного из минералов (глины, каолинита) можно записать следующее уравнение реакции:

Третья зона – зона декарбонизации (900-1000°С). В этой зоне образуются оксиды кальция, алюминия, диоксид кремния по реакциям:

В этой зоне начинаются реакции между оксидами, но скорость реакций еще недостаточно высока.

Четвертая зона – зона твердофазных реакций (1100-1300°С). В этой зоне протекают экзотермические реакции синтеза минералов из оксидов:

Часть СаО остается в свободном состоянии.

На скорость реакции в твердом состоянии большое влияние оказывают строение и дефекты кристаллических решеток исходных веществ, а также величина поверхности контактов реагирующих веществ, которая растет с увеличением степени дисперсности.

При повышении температуры возрастает колебательное движение элементарных частиц, составляющих кристаллическую решетку, и они получают возможность диффундировать.

Пятая зона – зона спекания (1300-1500°С). При 1300°С появляется жидкая фаза – продукт плавления 3СаО · Аl2О3 и 4СаО · Аl2О3 · Fe2O3. В результате сложных физико-химических процессов с участием жидкой фазы образуются мельчайшие кристаллы трехкальциевого силиката – алита:

В этой же зоне обжигаемый материал спекается в кусочки размером 4-20 мм, называемые клинкером. Клинкер – это продукт обжига цемента.

Шестая зона – зона охлаждения. Температура клинкера понижается до 1000°С. По выходе из печи клинкер необходимо быстро охладить в специальных холодильниках, чтобы не образовывались крупные куски. Без быстрого охлаждения клинкера цемент будет иметь пониженную реакционную способность по отношению к воде.

После выдержки (1-2 недели), клинкер измельчают в тонкий порошок, добавляя небольшое количество двуводного гипса (3,5-6%) с целью нормализации сроков схватывания (см. ниже) и другие добавки: минеральные и органические (ПАВ).

Что такое гидратация цемента?

гидратация цемента

Необратимый процесс, во время которого бетон теряет свою подвижность, именуют гидратация цемента. Это весьма важный, определяемый нормативами показатель. Он выявляет качество материала.

Гидратация цемента — что это такое

Этим термином обозначают физико-химический процесс, при котором происходит связывание компонентов цементного порошка с жидкостью. Чтобы разобраться в особенностях этого действия, нужно скрупулезно исследовать состав цемента. Только тогда получится понять, как взаимодействуют ингредиенты порошка с водой, что влияет на период схватывания цемента, изучить остальные характеристики стройматериала. В его состав включены активные добавки минеральной природы, благодаря которым бетон медленно набирает требуемый уровень своей прочности. Какой бы марки и типа не был цемент, он содержит в себе четыре минеральных вещества:

  • двухкальцивеый силикат;
  • трехкальциевый силикат;
  • трехкальциевый алюминат;
  • четырехкальциевый алюмоферит.

Влияние компонентов на гидратацию

Каждый из таких компонентов чрезвычайно важен, все они обладают специфическими характеристиками, помогающими влиять сначала на схватывание, а затем и твердение цемента. Одни начинают незамедлительно взаимодействовать с влагой, иные действуют постепенно, спустя определенное время. Рассмотрим, как на гидратацию влияет каждый ингредиент:

  • Двухкальциевый силикат вступает в работу только спустя месяц после момента затвердения бетона. До этого он не участвует в процессе, ожидая своей очереди. Наличие специальных пластификаторов, присутствующих в бетонной смеси, помогает значительно сократить период бездействия без риска ухудшения прочности материала. Этот ингредиент функционируют в долгосрочной перспективе, позволяя укреплять со временем монолит бетонной заливки.
  • Трехкальциевый силикат функционирует активно весь период существования цемента. Это вещество — основа смеси, именно оно запускает процесс, именуемый гидратацией. Когда он стартует, выделяется тепло, которое существенно повышает температуру смеси.
  • Трехкальциевый алюминат обеспечивает процесс схватывания, поскольку он наиболее активный компонент. Это вещество обеспечивает неуклонное нарастание прочности монолита в самые первые несколько дней после заливки. Потом ингредиент работу прекращает.
  • Четырехкальциевый алюмоферит, хотя и оказывает минимальное воздействие на твердение и набор прочности монолита, все равно чрезвычайно важен. Его работа стартует на финишном этапе, когда уже давно запущена процедура затвердевания цемента. Этот компонент улучшает достигнутые характеристики, тем самым завершая процесс.
Читайте так же:
Расход цемента для стяжки пола 1 метр

Каждый перечисленный минеральный компонент определяет качество цемента, обеспечивает правильное течение процесса гидратации. Когда порошок смешивают с водой, внутри раствора немедленно появляются внутрикристаллические связи, которые определяют медленно нарастающую прочность, благодаря которой бетон в итоге приобретает состояние, схожее по параметрам с искусственным камнем.

Особенности гидратации

Из-за того, что период схватывания цемента быстротечен (45–90 минут), смесь требуется готовить незадолго до использования, оставляя время для выполнения заливки до финиша реакции, когда обрабатывать смесь уже невозможно либо бесполезно. Чтобы реакция гидратации полноценно произошла, пропорции объемов цемента с жидкостью должны соответствовать значению 3:2. Только четверть молекул воды химически связывают с порошком, остальные сохраняются в бетонных порах, имея связанный физически вид.

При уменьшении количества воды гидратация произойдет не полностью, в случае повышения ее объема — к развитию капиллярных пор внутри монолита, которые снизят его прочность. Инструкции к каждой конкретной марке цемента либо бетона всегда информируют о точных требуемых объемах составляющих.

Состав цемента и его гидратация

Как ранее уже было указано, на твердение портландцемента влияют четыре минеральных ингредиента, полученные при производстве этого связующего продукта. Поведение каждой составляющей значительно отличается и зависит о стадии схватывания монолита. Одни компоненты реагируют на появление воды немедленно, иные дожидаются своей очереди, а некоторые вообще вроде бы не участвуют в процессе.

Но все они при взаимодействии с водой начинают химическую реакцию, обеспечивающую нарастание, затем сцепление, а в итоге осаждение кристаллов насыщенных влагой соединений. Если рассматривать мероприятие с точки зрения химика, то оно является кристаллизацией.

Основные стадии затвердевания

Непосредственно процесс затвердевания монолита делится на два этапа. Сначала раствор схватывается, а затем твердеет. Первая стадия длится примерно сутки после приготовления смеси. На ее скорость влияет в основном только температура окружающего воздуха:

  • Когда термометр показывает около 20° тепла, бетон схватится примерно через пару часов после замешивания. Окончательное же схватывание гарантировано через 3 часа. То есть, этап схватывания длится примерно час.
  • Если температура воздуха 0°, такой процесс происходит дольше, может длиться даже 20 часов. Это связано с оттягиванием времени начала схватывания — процесс стартует только спустя 6–10 часов.

Одновременно фактором влияния, определяющим скорость схватывания, становятся специфические добавки. Они способны ускорять или замедлять химическую реакцию.

Читайте так же:
Состав цементного наливного пола своими руками

Все время, пока длится этап схватывания, бетон сохраняет подвижность. Он подвержен любым механическим воздействиям. При осуществлении любых мероприятий относительно еще не успевшего схватиться монолита, нужно понимать, что они удлиняют срок его первоначального схватывания.

Финальный этап получения качественного монолита — твердение раствора. Оно происходит незамедлительно после завершения предыдущей фазы. Сам такой процесс чрезвычайно медленный, нередко он тянет несколько лет. В самые первые дни твердения монолит еще динамичен, отличается нелинейностью состояния.

Заключение

Гидратацию цемента нужно понимать, чтобы обеспечивать технологию выпуска качественного бетона. Приступая к созданию цементного раствора, требуется правильно составлять водо-цементную пропорцию, точно отмерять иные компоненты бетона, действовать строго по инструкции. Это гарантирует раствору создание идеальных условий, чтобы все реакции в нем проходили по правилам.

Цемент как химическое соединение

+7 (495)792-42-43 Посмотреть прайс-лист

midas@midas-beton.ru Заявка онлайн

Химико-минералогический состав портландцемента

Сырьевые материалы, используемые для производства портландцемента, состоят в основном из окиси кальция, кремнезема, глинозема и окиси железа. В печи эти окислы химически взаимодействуют друг с другом с образованием ряда более сложных соединений, при этом достигается химическое равновесие. Обычно остается лишь небольшое количество химически не связанной окиси кальция. Однако во время охлаждения клинкера равновесие не сохраняется и в зависимости от скорости охлаждения изменяется степень кристаллизации минералов клинкера и количество аморфного вещества. Вещества одного и того же химического состава в аморфном, стеклообразном и кристаллическом состоянии значительно различаются по своим свойствам. Взаимодействие жидкой фазы клинкера с вновь образованными кристаллическими соединениями усложняет структуру клинкера.

Тем не менее цемент можно рассматривать как систему, находящуюся в равновесии, вследствие «замораживания» расплава в состоянии, существовавшем при температуре клинкерообразования. В действительности это предположение делается на основе расчета состава товарных цементов; расчетный состав определяется по известному содержанию окислов в клинкере исходя из предположения о полной кристаллизации соединений в состоянии равновесия.

В действительности силикаты в цементе не являются чистыми фазами, так как содержат небольшое количество окислов в виде твердых растворов. Эти окислы оказывают значительное влияние на расположение атомов, форму кристаллов и гидравлические свойства силикатов.

Кроме основных минералов, указанных в табл. 1.1, в цементном клинкере содержатся в небольшом количестве MgO, ТЮ2, Мп2Оз, К2О и ЫагО. Они обычно составляют не более нескольких процентов от веса цемента. Особый интерес представляют окислы натрия и калия. В дальнейшем мы их называем щелочами. Установлено, что они химически взаимодействуют с некоторыми заполнителями и продукты этих реакций вызывают разрушение бетона (см. главу 7). Щелочи влияют на скорость роста прочности цемента. Содержание щелочей и Мп2Оз можно быстро определить с помощью спектрофотометра.

Минералогический состав цемента установлен в результате изучения фазового равновесия тройных систем С—А—S и С—А—F, четверной системы С — C2S — C5A3 —C4AF и др. Были исследованы кривые плавления или кристаллизации и вычислены составы жидких и твердых фаз при любой температуре. Фактический состав клинкера в дополнение к методам химического анализа может быть исследован с помощью микроскопа путем измерения коэффициента преломления соединений в виде порошка. Содержание минералов-силикатов может быть определено с помощью микрометра Шэндс при исследовании прозрачных шлифов (аналогично применяемому в петрографическом анализе) в проходящем свете. Полированные и травленые шлифы также могут быть исследованы как в отраженном, так и в проходящем свете. Рентгеновская дифракция порошкообразного вещества может быть использована с целью обнаружения кристаллических фаз, а также для исследования их кристаллической структуры. Находит применение также электронный микроскоп, который дает большое увеличение и обладает значительно большей разрешающей способностью, чем световой

Читайте так же:
Продажи цемента марка 500

C3S, содержание которого обычно наибольшее, встречается в виде небольших равноразмерных неокрашенных зерен. В процессе охлаждения при температурах ниже 1250° С C3S медленно распадается, но если охлаждение идет достаточно быстро, C3S сохраняется без изменения и является сравнительно устойчивым при обычных температурах.

Известно, что C2S имеет три или даже четыре модификации. a -C2S, которая существует при высоких температурах, переходит при температуре 1456° С в |3-модификацию. |3 -C2S претерпевает дальнейшее превращение в у -C2S при 675° С, но при скорости охлаждения цементов, имеющей место в производственных условиях, в клинкере сохраняется P-C2S в виде зерен округлой формы, обычно показывающих двойникование кристаллов.

С3А образует прямоугольные кристаллы, но в застеклованном состоянии это аморфное промежуточное вещество.

C4AF представляет собой твердый раствор ряда соединений от C2F до СбА2Р; принятая формула C4AF является условной, отражающей средний состав этой фазы.

Различные типы цементов в значительной степени отличаются по своему химико-минералогическому составу, который обусловливается соотношением сырьевых материалов. Одно время в США была предпринята попытка контролировать свойства цементов различного назначения установлением предельных количеств четырех основных клинкерных минералов, определенных расчетом по химическому анализу. Этот способ исключил бы многочисленные физические испытания, но, к сожалению, расчетный минералогический состав не является достаточно точным и не учитывает все необходимые свойства цемента и, следовательно, не может заменить непосредственных определений требуемых свойств.

Примерный химический состав портландцемента в % следующий: СаО—60—67; SiO2—17—25; А12О3—3—8; Fe2O3—0,5—6; MgO-0,1-4; щелочей —0,4—1,3; SO3—1—3.

В табл. 1.2 приводится химический и расчетный минералогический составы типичного портландцемента.

Нерастворимый остаток определяют путем обработки цемента соляной кислотой; он характеризует количество примесей в цементе, попадающих главным образом в составе гипсового камня. BS 12:1958 допускает величину нерастворимого остатка не более 1,5% веса цемента. Потеря в весе при прокаливании характеризует степень карбонизации и гидратации свободных окислов кальция и магния в результате атмосферных воздействий на цемент. Максимальная потеря при прокаливании (при 1000° С), допускаемая BS 12:1958, составляет для цементов, используемых в условиях умеренного климата, 3% и для цементов, применяемых в тропических условиях, 4%. Так как гидратированная свободная известь безвредна, то для определенного содержания свободной извести в цементе повышенная потеря веса при прокаливании в действительности является полезной.

Важно отметить, что минералогический состав цемента может изменяться в значительной степени даже при сравнительно небольших колебаниях химического состава цемента. В табл. 1.3, по данным Чернина, в графе 1 приводится химический состав типичного быстротвердеющего цемента. Если содержание окиси кальция снижается на 3% при соответствующем увеличении содержания остальных окислов (графа 2), соотношение C3S : C2S значительно изменяется. Химический состав цемента, приведенный в графе 3, отличается по содержанию глинозема и окиси железа на 1,5% от состава цемента, указанного в графе 1, при этом содержание окислов кальция и кремния остается прежним. Тем не менее данное изменение существенно влияет на соотношение между силикатами C3S : C2S, а также на содержание С3А и C4AF.

Несомненно, что контролю химического состава цемента придается особое значение. У типичных обычных и быстротвердеющих портландцементов общая сумма содержания двух силикатов меняется незначительно, в узких пределах,поэтому различия в составе в большой степени зависят от соотношения между СаО и SiCb в сырьевых материалах.

Прочный бетон и химия — кратко для самоделкиных

Теория и химия бетона являются важными составляющими в получении самоделкиными необходимых знаний с целью осознанного применения на практике точных приемов и методов получения заданных свойств пластичного бетона.

Читайте так же:
Розничная торговля строительным цементом

химия бетона

С О Д Е Р Ж А Н И Е

  1. Точность в составе смеси и технологии — прочный пластичный бетон.
  2. Химия бетона — основа понятия процессов.
  3. Вода в цементной смеси.
  4. Химический состав цемента.
  5. Влияние температуры на скорость твердения и прочность бетона.

Точность в составе смеси и технологии — прочный пластичный бетон

К сожалению многие мастера до сих пор при подготовке цементной смеси для своих работ используют в качестве измерительного инструмента ведро и лопату. Может быть для изготовления самого простого классического бетона этого и достаточно.

В то же время, имея необходимые знания и опыт, но не выполняя при этом элементарные правила и не соблюдая технологическую дисциплину, можно получить плачевные результаты.

Вот один пример, как выглядят небрежно изготовленные тактильные бетонные плитки после первых зимних месяцев пешеходной эксплуатации.

тактильная плитка

Правильно подготовленная цементная смесь и точно выдержанная процедура замеса всегда позволяют получить прочный цементный камень.

Чтобы более ощутимо почувствовать эту необходимость, требуется хотя бы немного ознакомится с основами химических процессов, проходящих в цементной смеси в начальной стадии и в дальнейшем в химическом составе бетона.

Химия бетона — основа понятия процессов

Чтобы не загружать головы химическими уравнениями, объясняющими протекающие процессы при формировании цементного камня, можно рассмотреть только самые необходимые для общего понимания сути его образования.

Заводы производят различные виды цемента, но чаще всего для своих работ самоделкины используют наиболее распространенный портландцемент.

Другие цементы, например, глиноземистый или пуццолановый используются профессионалами там, где более эффективно проявляются особые свойства этих цементов: очень быстрое твердение и более прочный камень (через несколько суток достигается 100% марочная прочность).

Вернемся к нашему портландцементу.

При изготовлении садового декора химические добавки, которые ранее использовались в составе вместе с портландцементом, также обеспечивают достаточную прочность и скорость затвердевания пластичного бетона.

Почему же так важна точность в дозировке смеси для декоративного бетона?

Вода и химия бетона

Какое количество воды необходимо добавить в цементную смесь определяется водоцементным (В/Ц) или водовяжущим (В/В) отношением. При этом вяжущее = цемент + активные добавки, такие как микрокремнезем, зола и др.

Вода нужна для гидратации цемента (вяжущего).

Дозировка должна быть точной, иначе при избытке воды часть останется в бетоне и зимой будут проблемы.

А если воды не хватит, то не прореагировавший свободный оксид кальция (СаО или активная известь) с годами , постепенно превращаясь в известь-пушонку (Са(ОН)2), будет разрыхлять бетон и снижать его прочность.

Вот почему так важно не допустить испарения воды из твердеющего изделия, особенно в начальной его стадии (накрыть полиэтиленовой пленкой).

Наилучшие результаты можно получить при В/В = 0,35…0,4.

Если при этом для удобства в работе пластичности бетона не хватает, то необходимо увеличить количество пластификатора или сменить его на более эффективный с меньшей дозировкой.

Теперь кратко о химических веществах в цементе.

Химический состав цемента

Важной составляющей цемента является активная известь (СаО). Кроме свободного состояния оксид кальция (СаО) также входит в соединения, образующие: двух кальциевый силикат (С2S), трех кальциевый силикат (C3S), трех кальциевый алюминат (С3А) и четырех кальциевый алюмоферит (C4AF).

Эти химические вещества также взаимодействуют с водой, причем наиболее быстро это делает трех кальциевый алюминат (С3А) — за 3…5 минут.

Читайте так же:
Цементный раствор м200 расход

При твердении бетона сначала образуется коллоид, затем — кристаллический сросток, далее — кристаллический каркас.

Чтобы процесс кристаллизации проходил равномерно, в цемент вводят гипс, количество которого должно точно соответствовать количеству С3А.

Поэтому, те самоделкины, которые хотят ускорить процесс затвердевания бетона путем введения гипса в состав смеси, нарушают этот баланс и снижают конечную прочность цементного камня.

Химия бетона — это очень точная наука.

В результате нескольких реакций с водой (и с учетом добавок, например, микрокремнезема) получается основа цементного камня — практически не растворимый гидросиликат кальция CaO⋅SiO2⋅nH2O.

Чем его больше, тем выше водостойкость и прочность бетона.

Отвердевший цементный камень — это неоднородная структура, представляющая собой смесь геля и кристаллических сростков.

Без дополнительных условий на третьи сутки прочность цементного камня составляет 40…50%, а через неделю — 60…70% от конечной.

Чем тоньше помол цемента, тем выше прочность и скорость твердения.

Естественно, что чем тоньше помол, тем выше удельная поверхность цемента. Она измеряется в см2/г.

Считается, что каждый ее прирост на 1000 см2/г повышает активность цемента на 20…25%.

В соответствии с помолом определяется марка цемента и его стоимость.

Влияние температуры на скорость твердения и прочность бетона

Одним из способов ускорения процесса изготовления бетонных изделий и увеличения оборачиваемости форм, используется термическое воздействие на бетонную отливку.

На крупных производствах применяют автоклавную обработку под давлением насыщенного пара 9…16 атм. при температуре около 200 градусов и выше. При этом можно получить марочную прочность уже через 4…6 часов после начала этого процесса.

Получается более прочный бетон , так как при высокой температуре Ca(OH)2 дополнительно связывается с SiO2 в прочное соединение (о котором упоминалось ранее) — гидросиликат кальция.

На малых предприятиях используют пропарку изделий при температуре 70…80 градусов, нагнетая горячий воздух под пленку, которой накрываются отливки.

Такая пропарка только ускоряет процесс твердения бетона (примерно в 2 раза). К тому же позволяет достичь 70% марочной прочности через одни сутки. Этого обычно достаточно, чтобы произвести распалубку и освободить формы для очередной заливки.

При естественной сушке в полиэтиленовой пленке такой результат можно получить только через неделю.

В работах по изготовлению садовых бетонных изделий, о которых рассказывается на страницах kamsaddeco.com, вместо пропарки используются химические добавки (например, формиат натрия). Применяя их совместно, можно еще более ускорить процесс застывания и освобождения форм.

Вместо горячей воды и пара можно использовать термоматы.

Изделие накрывается полиэтиленовой пленкой и сверху на нее укладываются термоматы на 8…12 часов. При этом также получается прочность 70% от марочной, но за более короткое время.

Когда ненужно нагревать бетон

Надо отметить, что если вы захотите использовать глиноземистый цемент, то его пропаривать нельзя. При застывании он выделяет тепла больше в 1,5…2 раза, чем обычный портландцемент. Поэтому он хорошо твердеет при температуре окружающей среды до нуля градусов.

Таким образом, зная природу и химию бетона в совокупности с протекающими в нем процессами, можно подготовить любой состав цементной смеси. Это необходимо для получения декоративного искусственного камня заданной прочности.

Но химия и бетон не единственная важная составляющая. Не только ее надо знать и учитывать при изготовлении прочного бетона.

Гранулометрия — не менее ответственная физическая характеристика. О ней уже было кратко рассказано и можно прочитать в статье про методы составления различных цементных смесей.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector