Цемент как получают: Из чего делают цемент: состав цемента

Изготовление безклинкерного цемента

Экологической и менее затратной альтернативой изготовления обычного цемента, является техническое решение по выпуску безклинкерного цемента. Себестоимость изготовления такой продукции в три раза ниже в силу значительной экономии топлива. Работать строительными смесями и бетоном, полученными из безклинкерного цемента возможно как в обычных условиях, так и в коррозионной среде.

Шлак — квинтэссенция безклинкерного цемента. Одним из вариантов его получения является создание смеси из оксида алюминия, диоксида кремния и негашёной извести (оксид кремния). При соблюдении правильных пропорций, после расплавления состава, на выходе получают шлак высокого качества. Сырьем для использования могут служить некоторые виды пыли (от золы и вулканического происхождения), известняк, песок, а так же минеральные отходы с содержанием кремния, кальция или алюминия. Второй вариант заключается в получении определенных отходов, так называемого побочного продукта, при выплавке чугуна.

Выпуск безклинкерного цемента осуществляется на основе гидравлического шлака в три этапа:

Первый этап: сырье проводят через особый механизм, который использует энергию отработанного тепла горна. Там оно начинает нагреваться и попадает в саму печку, где температура плавления в градусах, доходит до отметки 1450.

Второй этап: сплав охлаждают при помощи холодной воды, подаваемой под большим давлением. Затем его гранулируют. Так получают шлак с высокой химической активностью. Его измельчают до состояния порошка.

Третий этап: выделка цемента. Результат смешения уже сухого шлака в гранулах с порошком из дополнительных материалов и активатором. Смешивают составляющие в определенных соотношениях с целью изготовления необходимого качества цемента. Применяя разные соотношения элементов, получают продукцию разных марок и видов.

Тождеством в производстве простого и безклинкерного цемента можно назвать: подготовительную часть, размельчение и условия хранения сырья. А так же разработку его залежей. Создание смесей из различных составляющих перед отправлением на процессы нагрева и плавления. Блиндирование шлака с дополнительным материалом (летучая зола угля, известняк) и активатором. Расфасовка полученной продукции и складирование. Обязательно стоит учитывать, в приготовлении безклинкерного цемента используется вторичное сырье. Даже на производствах с малыми мощностями выработка такой продукции может стать очень прибыльным делом.

Производство безклинкерного цемента на основе доменного шлака имеет следующие фазы: изготовление смеси из доменных шлаков с минеральными добавками и активатором. Затем смесь высушивают в специальной сушилке в виде барабана при помощи шаровой мельницы. Полученную смесь перемалывают, и происходит становление, цемент приобретает гомогенизированные свойства, далее производят отгрузку готовой продукции.

Доменный гранулированный шлак — продукт, полученный при производстве чугуна. Преимущества технологии изготовления цемента из вышеупомянутого шлака очевидны. Это простота в производстве и высокая экономичность процессов, существенное снижение энергетических затрат, пользование дешевыми промышленными отходами как сырьем. Небольшие производственные мощности сокращают временной промежуток между изготовлением и использованием цемента, исключая дезактивацию. А так же обеспечивает шанс быстрого перехода на изготовление других разновидностей, в том числе цветных и быстро затвердевающих цементов.

«Азбука цемента»

АЗБУКА ЦЕМЕНТА

Содержание

Цемент — порошкообразный
строительный вяжущий материал, который — обладает гидравлическими свойствами.

Цемент состоит из клинкера и,
при необходимости, гипса или его производных и добавок. При взаимодействии с водой
или другими жидкостями цемент образует пластичную массу (цементное тесто),
которая, затвердевая, превращается в камнеподобное тело.

К цементам относится большая группа гидравлических
вяжущих веществ, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты
кальция, образовавшиеся в результате обжига до спекания сырьевой смеси
надлежащего состава.

Примерно 3000-4000 лет до
н.э. были найдены способы получения искусственных вяжущих веществ путем обжига
некоторых горных пород и тонкого измельчения продуктов этого обжига. Первые
искусственные вяжущие вещества — строительный гипс, а затем и известь — были
применены при строительстве уникальных сооружений: бетонной галереи
легендарного лабиринта в древнем Египте (3600 год до н.э.), фундаментов
древнейших сооружений в Мексике, Великой Китайской стены, римского Пантеона.

Глина, гипс и известь
способны твердеть и служить только на воздухе, поэтому эти вяжущие материалы
получили название воздушных. Все воздушные вяжущие вещества характеризуются
относительно невысокой прочностью. Со временем научились повышать водостойкость
известковых растворов, вводя в них тонкомолотые обожженную глину, бой кирпича
или вулканические породы, известные под названием «пуццоланы». Так их называли
древние римляне по месту залежей близ города Поццуолли.

На территории некогда
существовавшей Руси, развитие производства вяжущих материалов связано с
возникновением древних городов — Киева, Новгорода, Москвы и др. Вяжущие
материалы использовали при возведении крепостных стен, башен, соборов. В 1584
г. в Москве был учрежден «Каменный приказ», который наряду с заготовкой
строительного камня и выпуском кирпича ведал также производством извести.

Несколько тысячелетий гипс и
воздушная известь были единственными вяжущими материалами. Однако они
отличались недостаточной водостойкостью. Развитие мореплавания в XVII-XVIII вв.
потребовало для строительства портовых сооружений создания новых вяжущих,
устойчивых к действию воды.

В 1756 году англичанин Д.
Смит обжигом известняка с глинистыми примесями получил водостойкое вяжущее,
названное гидравлической известью. В 1796 году англичанином Д. Паркером был
запатентован роман-цемент, способный твердеть как на воздухе, так и в воде. В
наше время эти вяжущие утратили практическое значение, но до второй половины XIX в.
они были основными материалами для строительства гидротехнических сооружений.

Интенсивное развитие
промышленности в России в XVIII в., когда было построено 3
тысячи промышленных предприятий, не считая горных заводов, потребовало систематизации
накопленного опыта производства и применения вяжущих, создания более
эффективных их видов. В 1807 году академик В.М. Севергин дал описание вяжущего
вещества, получаемого обжигом мергеля с последующим размолом. Полученный
продукт по качеству был лучше роман-цемента.

В России цемент начали
производить в прошлом столетии. В начале 20-х годов XIX в. Е. Делиев получил
обжиговое вяжущее из смеси извести с глиной и опубликовал результаты своей
работы в книге, изданной в Москве в 1825 г. В 1856 г. был пущен первый в России
завод портландцемента, который расположился в г. Гроздеце, затем были построены
заводы в Риге (1866), Щурове (1870), Пунане-Кунда (1871), Подольске (1874),
Новороссийске (1882), и т. д.

В начале 20 века, в России
работало 60 цементных заводов общей производительностью около 1,6 млн. тонн
цемента. Однако после Первой мировой войны большинство цементных заводов было
разрушено. С приходом советской власти цементную промышленность России пришлось
создавать практически с нуля.

Уже в 1962 году, СССР занял
первое место в мире по выпуску цемента. В 1971 году выпуск цемента в стране
превысил 100 млн. тонн. Цементная промышленность СССР отличалась высокой
концентрацией производства. Средняя мощность цементного завода в СССР была
почти в 2 раза выше, чем в США, и на 30 % выше, чем в Японии.

Сегодня, Россия занимает
пятое место в мире по объемам производства цемента, уступая Китаю, Индии, США и
Японии.

Российская цементная
промышленность находится в числе самых быстрорастущих мировых индустрии с темпами
около 9 %, при этом в ближайшие годы можно прогнозировать увеличение темпов
роста.

Сегодня, главным недостатком
российских цементных заводов является то, что они используют мокрый способ
производства цемента, который гораздо более энергоемкий, чем используемый в
развитых странах мира сухой способ. Поэтому для компаний важно постепенно
переходить на более прогрессивные энергосберегающие технологии.

Белый цемент (БЦ) изготовляют
из маложелезистого клинкера (серый цвет обычного цемента обусловлен главным
образом наличием соединений железа в исходных сырьевых материалах).

Белый цемент является материалом с уникальными
характеристиками, которые позволяют использовать его в изготовлении
скульптурных элементов, колонн, а также при отделочных работах, например,
фасада здания. Эстетические требования, предъявляемые к фасадам и другим
парадным строительным элементам, делают применение белого цемента особенно
эффективным.

Белый цемент применяют также
для цветных цементнобетонных дорожных покрытий, например на площадях у
монументальных сооружений.

Водонепроницаемый
расширяющийся цемент (ВРЦ) представляет собой быстросхватывающее и
быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного
помола и тщательного смешивания измельченных глиноземистого цемента, гипса и
высокоосновного гидроалюмината кальция. Цемент характеризуется быстрым
схватыванием: начало процесса — ранее 4 мин., конец не позднее 10 мин. с
момента затворения.

Линейное расширение образцов
из цементного теста, твердеющих в воде в течении 1 сут., должно быть в пределах
0,3-1 %.

ВРЦ применяют для зачеканки и
гидроизоляции швов тюбингов, раструбных соединений создания гидроизоляционных
покрытий, заделки стыков и трещин в железобетонных конструкциях и т.д.

Водонепроницаемый
безусадочный цемент (ВБЦ) — быстросхватывающееся и быстротвердеющее
гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тщательного смешивания
глиноземистого цемента, полуводного гипса и гашеной извести. Начало схватывания
не ранее 1 мин., а конец не позднее 5 мин. с момента затворения.

Цемент применяют для
устройства гидроизолирующей торкретной оболочки бетонных и железобетонных
сооружений, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности (туннели, фундаменты
и т.д.).

Гидрофобный цемент (ГФЦ)
получают в результате тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно
с гипсом и гидрофобизующей добавкой (асидол, мылонафт, олеиновая кислота,
окисленный петролатум, кубовые остатки синтетических жирных кислот и др.).

Данный цемент обладает
меньшим водопоглощением, большей морозостойкостью и водонепроницаемостью, чем
обычный портландцемент; способен длительное время храниться даже во влажной
среде без потери активности. Повышенное воздухововлечение данного цемента
снижает прочность тяжелых бетонов, однако, при производстве легких и ячеистых
бетонов это свойство играет положительную роль.

Бетонные смеси на гидрофобном
цементе подвергаются меньшему расслаиванию, стойки к попеременному увлажнению и
высыханию.

Глиноземестый цемент (ГЛЦ) -
быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким
измельчением обожженной до спекания или сплавления сырьевой смеси, богатой
глиноземом. В качестве сырьевых материалов для получения глиноземистого цемента
используют известняк или известь и породы с высоким содержанием глинозема Аl₂О₃, например
бокситы.

Минералогический состав
глиноземистого цемента характеризуется большим содержанием низкоосновных
алюминатов кальция, главным из которых является однокальциевый алюминат
СаО&Аl₂О₃ .

Применение глиноземистого
цемента ограничено его высокой стоимостью. Его используют при срочных ремонтных
и аварийных работах, производстве работ в зимних условиях, для бетонных и
железобетонных сооружений, подвергающихся воздействию сильно минерализованных
вод, получения жаростойких бетонов, а также изготовления расширяющихся и
безусадочных цементов.

Магнезиальный цемент (МГЦ)
используют для устройства магнезиальных полов, как магнезиальное вяжущее,
представляющее собой тонкодисперсный порошок, активной частью которого является
оксид магния. Оксид магния, в свою очередь, есть продукт умеренного обжига
природных карбонатных пород магнезита или доломита.

Портландцемент и его разновидности являются
основными вяжущими веществами в строительстве. Портландцементом называют
гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким помолом портландцемнтного
клинкера с гипсом, а также со специальными добавками.

Порталандцементный клинкер -
продукт обжига до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей
из известняка и глины или некоторых материалов (мергеля, доменного шлака и
прочие). При обжиге обеспечивается преимущественное содержание в клинкере
высокоосновных силикатов кальция. Для регулирования сроков схватывания
портландцемента в клинкер при помоле добавляют двуводный гипс в количестве
1,5-3,5 % (по массе цемента в пересчете на SO₃).

По составу различают:
портландцемент без добавок; портландцемент с минеральными добавками;
шлакопорт-ландцемент и другие.

Сульфатостойкий цемент изготовляют из клинкера
нормированного минералогического состава: в клинкере должно быть не более 5 %
трехкальциевого алюмината и не более 50 % трехкальциевого силиката. Низкое
предельное содержание трехкальциевого алюмината требуется потому, что
сульфатная коррозия развивается в результате взаимодействия сульфатов,
находящихся в окружающей среде, с трехкальциевым гидроалюминатом цементного
камня. Если в цементном камне СЗА присутствует в малых количествах, то
образуется незначительное количество гидро-сульфоалюмината кальция. Тогда он не
опасен, так как распределяется в порах бетона, вытесняя оттуда воду или воздух,
и внутренних напряжений в бетоне не вызывает.

Сульфатостойкий цемент обычно
выпускают двух марок: 300 и 400.

Тампонажный цемент -
разновидность портландцемента, и предназначенный для цементирования нефтяных и
газовых скважин. Тампонажный цемент изготовляют совместным тонким измельчением
клинкера и гипса. В России выпускают тампонажный цемент двух видов: для так
называемых холодных (с температурой до -40°С) и горячих (до +75 °С) скважин.
Тампонажный цемент применяют в виде цементного теста, содержащего 40-50 % воды.

Шлаковый цемент — общее
название цементов, получаемых совместным помолом гранулированных доменных
шлаков с добавками-активизаторами (известь, строительный гипс, ангидрит и
другие) или смешением этих, раздельно измельченных, компонентов. Различают
следующие виды шлакового портландцемента: известково-шлаковый с содержанием
извести 10-30 % и гипса до 5 % от массы цемента и сульфатно-шлаковый с содержанием
гипса или ангидрита 15-20 %, портландцемента до 5 % или извести до 2 %.
Шлаковый цемент применяют для получения строительных растворов и бетонов,
используемых преимущественно в подземных и подводных сооружениях.
Известково-шлаковый цемент наиболее эффективен в производстве автоклавных
материалов и изделий.

Цветной цемент получают на
основе белого портландцементного клинкера путем совместного помола с пигментами
различных цветов, например с охрой, железным суриком, окисью хрома. Можно также
получать цветные цементы смешиванием белого цемента с пигментами.

Применение цветных цементов,
способствующее архитектурно-декоративному оформлению сооружений, имеет большое
значение в индустриальной отделке крупноэлементных зданий. Эти цементы
применяют также для цветных цементнобетонных дорожных покрытий, например на
площадях у монументальных сооружений. Кроме перечисленных, имеются еще
некоторые специальные сорта портландцемента, например тампонажный, для
производства асбестоцементных изделий.

Цемент, как и любой другой
материал, применяемый в строительстве, различается по своим физико-техническим
характеристикам в зависимости от того, в каких условиях предполагается его
эксплуатация.

Цемент маркируется по двум
характеристикам — это способность выдерживать определенную нагрузку и
процентное соотношение к общему объему цемента различных добавок.

Первый параметр обозначается
буквами М или ПЦ со стоящей рядом цифрой. Цифра будет указывать максимальные
прочностные качества цемента.

Например маркировка М 500
указывает, что данный вид цемента способен выдержать нагрузку в 500 кг/см.
Наиболее популярны цементы с маркировкой от 350 до 500, однако встречаются и
цементы с отметкой 700.

Второй параметр цемента,
отраженной в его маркировке, является процентное содержание добавок. Оно
обозначается буквой Д. Например, цемент с маркировкой Д20 будет содержать 20 %
добавок. Эта характеристика важна потому, что процент добавок влияет на
пластичность и прочность цемента. Если цемент обладает какими-либо
дополнительными специфическими свойствами, то на это указывают специальные
обозначения.

Как уже было сказано выше,
самыми популярными марками цемента являются марки от 350 до 500. Рассмотрим
основные характеристики и применение некоторых из них.

Марка цемента М (ПЦ) 400 -
Д20 указывает на то, что этот вид цемента обладает повышенной морозостойкостью
и водостойкостью. Основная сфера применения такого цемента — строительство
(сюда входит как жилищное, так и промышленное, сельхозхозяйственное). Его используют
при изготовлении сборного железобетона, стеновых перекрытий, фундамента и т. д.

Практически аналогичными
свойствами и сферой применения обладает цемент марки М 500 — Д20, помимо
хорошей водостойкости и морозостойкости данный вид цемента обладает пониженной
сопротивляемостью коррозийным воздействиям. Его применяют, как и цемент марки
ПЦ 400 — Д20 для строительства, а так же он подходит для штукатурных, кладочных
и других ремонтно-строительных работ и изготовления различных строительных
растворов.

Цемент марки М 500 — ДО
введенный в состав бетона, придает последнему такие характеристики, как:
повышенная морозостойкость, водостойкость, долговечность. Он незаменим в
промышленном строительстве, особенно при выполнении аварийных и
восстановительных работ.

При строительстве сооружений,
так или иначе связанных с воздействием пресной или минерализованной водой, надо
использовать цемент марки ПЦ (М) 400 — ДО. Без него не обойтись при
изготовлении бетонных конструкций с применением термовлажностной обработки. Так
же этот цемент хорош для изготовления бетонных и строительных растворов. Ещё
одной важной характеристикой цемента является его время твердения. Этот процесс
проходит в несколько этапов: первый — схватывание (начало твердения) цемента.
Он занимает 40 — 50 минут. Второй — конец твердения. Он наступает через 10-12
часов.

Производство цемента включает
две ступени: первая — получение клинкера, вторая — доведение клинкера до
порошкообразного состояния с добавлением к нему гипса или других добавок.

Первый этап самый
дорогостоящий, именно на него приходится 70 % себестоимости цемента.

Происходит это следующим
образом:

Первая стадия — это добыча
сырьевых материалов. Разработка известняковых месторождений ведется обычно сносом,
т. е. часть горы «сносят вниз», открывая тем самым слой желтовато-зеленого
известняка, который используется для производства цемента. Этот слой находится,
как правило, на глубине до 10 м (до этой глубины он встречается четыре раза), и
по толщине достигает 0,7 м. Затем этот материал отправляется по транспортеру на
измельчение до кусков равных 10 см в диаметре. После этого известняк
подсушивается, и идет процесс помола и смешивания его с другими компонентами.
Далее эта сырьевая смесь подвергается обжигу. Так получают клинкер.

Вторая стадия тоже состоит из
нескольких этапов. Это: дробление клинкера, сушка минеральных добавок,
дробление гипсового камня, помол клинкера совместно с гипсом и активными
минеральными добавками. Однако надо учитывать, что сырьевой материал не бывает
всегда одинаковым, да и физико-технические характеристики (такие как прочность,
влажность и т. д.) у сырья различные. Поэтому для каждого вида сырья был
разработан свой способ производства. К тому же это помогает обеспечить хороший
однородный помол и полное перемешивание компонентов.

В цементной промышленности
используют три способа производства, в основе которых лежат различные
технологические приемы подготовки сырьевого материала: мокрый, сухой и
комбинированный.

Мокрый способ производства
используют при изготовлении цемента из мела (карбонатный компонент), глины
(силикатный компонент) и железосодержащих добавок (конверторный шлам,
железистый продукт, пиритные огарки). Влажность глины при этом не должна
превышать 20 %, а влажность мела — 29 %. Мокрым этот способ назван потому, что
измельчение сырьевой смеси производится в водной среде, на выходе получается
шихта в виде водной суспензии — шлама влажностью 30 — 50 %. Далее шлам
поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 7 м, а длина — 200 м и
более. При обжиге из сырья выделяются углекислоты. После этого шарики-клинкеры,
которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок, который и
является цементом.

Сухой способ заключается в
том, что сырьевые материалы перед помолом или в его процессе высушиваются. И
сырьевая шихта выходит в виде тонкоизмельченного сухого порошка.

При сухом способе, которому,
по всей вероятности принадлежит будущее цементного производства, навстречу
горящим газам подают не шлам, а размолотое в порошок сырьё: известняк, глину,
шлаки. При этом экономится топливо, которое при мокром способе расходуется на
испарение воды.

Комбинированный способ, как
уже следует из названия, предполагает использование и сухого и мокрого способа.
Комбинированный способ имеет две разновидности. Первая предполагает, что
сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, потом её обезвоживают
на фильтрах до влажности 16 — 18 % и отправляют в печи для обжига в виде
полусухой массы. Второй вариант приготовления является прямо противоположным
первому: сначала используют сухой способ для изготовления сырьевой смеси, а
затем, добавляя 10 — 14 % воды, гранулируют, размер гранул составляет 10 — 15
мм и подают на обжиг.

(Журнал «Ценообразование
и сметное нормирование в строительстве», № 4, апрель 2008 г.)

Ангидритовый цемент — альтернатива строительному гипсу

В строительстве и реконструкции зданий в приоритете материал, обладающий прочностью, огнеустойчивостью, экологичностью. До недавнего времени этим материалом был строительный гипс и его производные – различные смеси, гипсокартонные листы, плиты, перегородки, панели и пр. Однако высокая себестоимость гипсового  производства снижает рентабельность его использования, а качество зачастую не соответствует цене.

В данной ситуации ангидритовый цемент — отличная альтернатива строительному гипсу. Это мелкодисперсное вещество, состоящее из микса безводного сульфата кальция, суперпластификаторов и комплексных  добавок. При смешивании с водой субстанция образует прочный строительный материал, по своим характеристикам напоминающий искусственный камень.

Содержание статьи

Как получают ангидритовый цемент

Один из способов получения ангидритового цемента – переработка отходов химического производства, в частности, некоторых кислот.

Полученный в результате так называемый техногенный гипс абсолютно безвреден для здоровья человека и окружающей среды, он содержит растворимый и нерастворимый ангидрит, который впоследствии используется для производства цемента.

Освоение данного вида вторсырья очищает воздух от пыльных микрочастиц, неизбежно возникающих в результате естественного разрушения отвалов. Это положительно сказывается на экологии регионов, где наблюдается массовое накопление химических отходов. Также процесс переработки способствует освобождению большого количества складских площадей.

Потребитель может самостоятельно изменять пластификацию ангидритового цемента путем добавления модификационных примесей непосредственно на строительной площадке. Более длительный интервал времени отвердения ангидритцемента по сравнению со строительным гипсом дает возможность корректировать его деформацию и повышает прочность материала.

Область применения и преимущества ангидритового цемента

Ангидритовый цемент широко применяется в ремонтно-строительном производстве, в изготовлении сухих смесей, безарматурных плит  и блоков для внутренних перегородок. Незаменим он при декорировании помещений: из него получается прекрасная лепнина, намного лучше и прочнее гипсовой.

В числе достоинств ангидритового цемента его способность к отвердению без изменения формы – усадки или расширения, высокая скорость достижения максимальных прочностных показателей без термического воздействия (обжига) и элегантный светлый, бело-серый цвет. И самое главное – это превосходное вяжущее качество при низких затратах на производство. Сочетание этих параметров позволяет использовать ангидритовый цемент для производства широкой номенклатурной линейки.

Свойства и технические характеристики

Одно из основных свойств ангидритового цемента – сравнительно быстрое отвердение с интенсивным набором прочности в самом начале процесса. Важным условием отвердевания является соблюдение температурной амплитуды от +5 до +30° С.

При более высоких температурах ангидритовый цемент практически теряет свои вяжущие свойства, полностью восстанавливая их по возвращению в требуемые температурные рамки.  Чем ниже температура, тем выше скорость твердения ангидритового вяжущего.

Согласно государственным стандартам  испытания на прочность, сжатие и растяжение изделий из ангидритового цемента происходят через 24 часа и через 7 суток после затворения водой. Материал марки АЦ-200 начинает схватываться уже через 120 минут, а уже через сутки прочность отвердевшего цемента достигает 100 кгс/м2.  Через неделю этот показатель в наивысшей точке удваивается и составляет 200 кгс/м2.

Рекомендации по использованию и хранению

Для получения рабочей ангидритово-цементной массы необходимо смешать сухое вещество с водой в пропорции 350-400 мл воды на 1 кг вяжущей субстанции. Во избежание комкования воду добавляют постепенно, как в тесто, тщательно вымешивая раствор.

Активные минеральные добавки способны повысить водостойкость материала, а соли щелочных металлов сокращают сроки его отвердевания. Целлюлоза делает ангидритовый цемент более удобным в работе. Водоредуцирующие добавки, снижающие расходование воды на 10-20%, усиливают водонепроницаемость продукта и, как следствие, его прочность.

Наполнителями для изготовления бетонных и других строительных смесей с применением ангидритового цемента могут служить мраморная крошка, известняк, натуральный гипс, гранулированный доменный шлак и пр. Соединения же с глиной и песком крайне нежелательны, так как эти два компонента значительно ухудшают прочность изделий из ангидритового цемента.

Также не рекомендуется армирование продукции стальными прутьями по причине его высокой коррозионной агрессивности. При необходимости стальную арматуру можно заменить стеклопластиковыми аналогами.

Хранить ангидритовое вяжущее, расфасованное в бумажную тару, следует в сухом, хорошо проветриваемом помещении, на деревянных поддонах. Такой способ наиболее оптимален для исключения попадания влаги на сухую цементную смесь.

Вяжущие материалы: глина, известь, цемент, гипс

Сухие строительные смеси

Назначение вяжущих матералов — связать в монолитное целое все компоненты будущего изделия или конструкции. Различают два вида вяжущих материалов — твердеющие только на воздухе — воздушные и материалы, на свойства которых после начала схватывания вода не может оказать отрицательного воздействия, а в некоторых случаях оказывает даже положительное воздействие — гидавлические. К воздушным относится глина, гипс и воздушная известь. К гидравлическим — гидравлическую известь и цементы.

Глина

Глина — это мягкая, мелкодисперсная разновидность горных пород. При разведении водой образует пластичную массу, легко подвергающуюся любому формообразованию. При обжиге глина спекается, твердеет и превращается в камневидое тело, а при более высоких температурах обжига расплавляется и может достичь стекловидного состояния.
В зависимости от примесей глина принимает разный цвет окраски. Наиболее ценный сырьевой вид глины — белая глина — каолин.
Глина имеет свойство впитывать воду до определенного предела, после которого она уже не в состоянии ее впитывать или пропускать через себя. Это свойство глины используется для создания насыпных гидроизоляционных слоев.
В зависимости от стойкости глины к температуре выделяют глины лекгоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные. Их температуры плавления соответственно: 1380, до 1550 и выше 1550 градусов. Чистый каолин плавится при температуре выше 1750 градусов.
Тугоплавкие глины служат сырьем для изготовления огнеупорных материалов.

Известь

Известь получают путем обжига известняка при высоких температурах. Полученная таким образом известь называют известь-кипелка за то, что при контакте с водой идет активное выделение углекислого газа. Этот процесс называют «гашением». Для большинства случаев применения извести она должна быть «погашена“.
Погашенная известь превращается в тесто, которое можно хранить много лет. От продолжительного хранения свойства извести могут даже улучшиться.
Для получения вяжущего раствора известковое тесто смешивают с песком. Такой раствор используют при кладке фундаментов под печи, дымовых труб высотой до 4-5 м и применяют для оштукатуривания стен домов и печей.

Цемент

Цемент — наиболее распространенный вяжущий материал, позволяющий получать изделия и конструкции высочайшей прочности. Цемент — результат мелкодисперсного измельчения продуктов спекания одного из видов глины — мергеля или смеси известняка и глины. Процесс спекания ведется в специальных печах.
При измельчении к продуктам спекания делаются дозированные добавки гипса, шлака, песка и других компонентов, что позволяет получать цемент с самыми различными свойствами.
В зависимости от исходного сырья и введенных добавок цементы подразделяют на портландцементы и шлакопортландцементы. Среди потрландцементов выделяют быстротвердеющие и портландцементы с минеральными добавками.
Бетонные конструкции, в которых используется та или иная марка цемента могут приобретать уникальные свойства. Прежде всего это особо прочные бетоны, например, для взлетных полос аэродромов и ракетно-стартовых площадок, морозо-, огне- и солеустойчивые марки.
Для обозначения максимальных прочностных качеств цемента применяется понятие марка. Марка 400 обозначает, что в заводской лаборатории при пробном испытании затвердевшего цементного кубика с ребром 100 мм при раздавливании на прессе он выдержал нагрузку не менее 400 кг/см2. Наиболее распространенными являются марки от 350 до 500. Изготавливаются же марки цемента до 600-й и даже 700-й марки.
Все цементы имеют достаточно быстрое время твердения. Начало твердения — схватывания — лежит в пределах 40-50 мин, а конец твердения около 10-12 часов.

Гипс

Гипс получают путем обжига горной породы — гипсового камня и последующего измельчения продукта обжига. Гипс существенно уступает цементу по прочности изделий, полученных при его использовании в качестве вяжущего материала, а также уступает ему в гигроскопичности — способности противостоять прониканию влаги в тело конструкции. Поэтому гипс применяют в конструкциях и растворах, работающих внутри помещений. Гипс бывает марки А -быстротвердеющий (конец схватывания менее 15 минут) и марки Б — нормальнотвердеющий (конец схватывания — 30 минут).
Гипс служит основой растворов для заделки мелких неровностей и трещин бетонных плоскостей стен и потолочных перекрытий, а также оштукатуривания печей.

Предоставлено Анатолием Смольяниновым

Цемент технологии и производство

Цемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4∙2h3O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1470°C в течение 2-4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы.

Вращающуюся печь условно можно поделить на зоны:

• подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2O3∙2SiO2∙2h3O → Al2O3∙2SiO2 + 2h3O. Далее при температурах 600…1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
• декарбонизации (900…1200 °C), где происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3→ СаО + СО2. Одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al2O3 — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО, а в конце жидкофазового синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато.
• экзотермических реакций (1200…1350 °C) завершает процесс твёрдофазового спекания материалов. Здесь окончательно формируются минералы С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
• спекания (1300→1470→1300 °C), где идет частичное плавление материала. В расплав переходят клинкерные минералы, за исключением C2S, который взаимодействует с оставшимся в расплаве СаО, образуя минерал АЛИТ (С3S).
• охлаждения (1300…1000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

В качестве топлива используют природный газ, реже мазут и твердое топливо в виде угольной пыли. Стоимость топлива составляет до 26 % себестоимости готового цемента, поэтому на цементных заводах много внимания уделяется его экономии.

Технология производства портландцемента в основном сводится к приготовлению сырьевой смеси надлежащего состава, ее обжигу до спекания (получают клинкер) и помолу в тонкий порошок.

Сырьевую смесь приготовляют сухим или мокрым способом. В соответствии с этим различают и способы производства цемента — сухой и мокрый. В России преобладает мокрый способ производства цемента, но все шире внедряется сухой. Важнейшим преимуществом сухого способа производства является не только снижение расхода теплоты на обжиг в 1,5. ..2 раза, чем при мокром, но и более высокие удельные съемы в печах сухого способа.

Обжиг сырьевой смеси чаще осуществляют во вращающихся печах, но иногда (при сухом способе) в шахтных.

Вращающаяся печь  представляет собой сварной стальной барабан длиной до 185 м и более, диаметром до 5…7 м, футерованный изнутри огнеупорными материалами. Барабан уложен на роликах под углом 3…4° к горизонту и медленно вращается вокруг своей оси.

Благодаря этому сырьевая смесь, загруженная в верхнюю часть печи, постепенно перемещается к нижнему концу, куда вдувают топливо, продукты горения которого просасываются навстречу сырьевой смеси и обжигают ее.

Характер процессов, протекающих при обжиге сырьевой смеси, приготовленной сухим или мокрым способом, фактически одинаков и определяется температурой и временем нагревания материала в печи. Рассмотрим эти процессы.

В зоне сушки поступающая в верхний конец печи сырьевая смесь встречается с горячими газами и постепенно при повышении температуры с 70 до 200 °С подсушивается, превращаясь в комья, которые при перекатывании распадаются на более мелкие гранулы. По мере перемещения сырьевой смеси вдоль печи происходит дальнейшее постепенное ее нагревание, сопровождаемое химическими реакциями.

В зоне подогрева при 200-700 °С сгорают органические примеси, удаляется химически связанная вода из глинистых минералов и образуется безводный каолинит Al2O3-2SiO2. Подготовительные зоны (сушки и подогрева) при мокром способе производства занимают от 50 до 60 % длины печи. При сухом же способе подготовки сырья длина печи сокращается за счет зоны сушки.

В зоне декарбонизации при температуре 700-l 100 °С происходит процесс диссоциации карбонатов кальция и магния на CaO, MgO и СО2, алюмосиликаты глины распадаются на отдельные оксиды SiO2, A12O3 и Fe2O3 с сильно разрыхленной структурой. Термическая диссоциация СаСО3 — это эндотермический процесс, идущий с большим поглощением теплоты (1780 кДж на 1 кг СаСО3), поэтому потребление теплоты в третьей зоне печи наибольшее. В этой же зоне оксид кальция в твердом состоянии вступает в реакцию с продуктами распада глины с образованием низкоосновных силикатов, алюминатов и ферритов кальция (2CaO-SiO2, СаО-АШ3, 2CaO-Fe2O3).

В зоне экзотермических реакций обжигаемая масса, передвигаясь, быстро нагревается от 1100 до 1300°С, при этом образуются более основные соединения: трех-кальциевый алюминат ЗСаО-А12О3(С3А), четырехкальциевый алюмоферрит 4CaO-Al2O3-Fe2O3(C4AF), но часть оксида кальция еще остается в свободном виде. Обжигаемый материал агрегируется в гранулы.

В зоне спекания при 1300 — 1450 °С обжигаемая смесь частично расплавляется. В расплав переходят С3А, C4AF, MgO и все легкоплавкие примеси сырьевой смеси. По мере появления расплава в нем растворяются C2S и СаО и, вступая во взаимодействие друг с другом, образуют основной минерал клинкера — трехкальциевый силикат 3CaO-SiO2(C3S), который плохо растворяется в расплаве и вследствие этого выделяется из расплава в виде мелких кристаллов, а обжигаемый материал спекается в кусочки размером от 4 до 25 мм (это и есть клинкер).

В зоне охлаждения (заключительная стадия обжига) температура клинкера понижается с 1300 до 1000 °С, происходит окончательная фиксация его структуры и состава, включающего C3S, C2S, C3A, C4AF, стекловидную фазу и второстепенные составляющие.

По выходе из печи клинкер необходимо быстро охладить в специальных холодильниках, чтобы предотвратить образование в нем крупных кристаллов и сохранить в не-закристаллизованном виде стекловидную фазу. Без быстрого охлаждения клинкера получится цемент с пониженной реакционной способностью по отношению к воде.

После выдержки на складе (1-2 недели) клинкер превращают в цемент путем помола его в тонкий порошок, добавляя небольшое количество двуводного гипса. Готовый портландцемент направляют для хранения в силосы и далее на строительные объекты.

Сухой способ производства цемента значительно усовершенствован. Наиболее энергоемкий процесс — декарбонизация сырья — вынесен из вращающейся печи в специальное устройство — декарбонизатор. Здесь процесс протекает быстрее и с использованием теплоты отходящих газов.

По этой технологии сырьевая мука сначала поступает не в печь, а в систему циклонных теплообменников, где нагревается отходящими газами и уже горячей подается в декарбонизатор, где сжигают примерно 50 %  топлива, что позволяет почти полностью завершить разложение СаСО3. Подготовленная таким образом сырьевая мука подается в печь, где сжигается остальная часть топлива и происходит образование клинкера.

Это позволяет повысить производительность технологических линий, снизить топливно-энергетические ресурсы, примерно вдвое сократить длину вращающейся печи, соответственно улучшить компоновку завода и занимаемой им земельной территории.

Внедрение новой технологии позволит сократить удельные расходы топлива, резко повысить производительность печей и помольного оборудования.

Глиноземистый цемент и его разновидности — ТехЛиб СПБ УВТ

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, состоящее преимущественно из моноалюмината каль­ция (СаО — Аl₂О₃). Свое название этот цемент получил от техни­ческого названия оксида алюминия Аl₂О₃ — глинозем. Однако для его получения требуется иной клинкер (не портландцементный). Этот цемент является быстротвердеющим вяжущим веще­ством, набирающим через сутки твердения прочность, которая составляет свыше 85 % марочной.

Получение. Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и известняки. Бокситы — горная порода, состоящая из гидратов глинозема (А1₂О₃•nН₂О) и примесей (в основном Fе₂О₃, SiO₂, СаО и др.). Бокситы широко используются в раз­личных отраслях промышленности: для получения алюминия, абразивов, огнеупоров, адсорбентов и т. п., а месторождений с высоким содержанием А1₂О₃ очень немного.

Производство глиноземистого цемента более энергоемко, чем производство портландцемента. Клинкер глиноземистого цемента получают либо обжигом до плавления брикетов в элек­трических или доменных печах при температуре 1400…1500 °С, либо обжигом шихты до спекания во вращающихся печах при температуре 1200…1300 °С. Затем следует тонкий размол продукта, который сильно затруднен из-за его высокой твер­дости.

Состав. Химический состав глиноземистого цемента, получаемого разными методами, следующий: СаО — 35…45 %; Аl₂О₃ — 30…50; Fе₂О₃ — О. .15; SiO₂ — 5…15 %. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает одно-кальциевый алюминат СаО•Аl₂О₃(СА), определяющий основ­ные свойства этого вяжущего. Кроме того, в нем присутствуют: СА₂, С₁₂А₇; двухкальциевый силикат С₂S, отличающийся, как известно, медленным твердением; в качестве неизбежной балла­стной примеси — геленит 2СаО • Аl₂О₃ • 2SiO₂.

Твердение. Процесс твердения глиноземистого цемента и прочность образующегося цементного камня существенно за­висят от температуры твердения. При нормальной температуре(до +25 °С) основной минерал цемента СА взаимодействует с водой с образованием кристаллического гидроалюмината каль­ция и гидроксида алюминия в виде гелевидной массы

2(СаО • Аl₂О₃) + 11H₂О= 2СаО • Аl₂О₃ • 8Н₂О + 2Аl(ОН)₃+Q

Суммарное тепловыделение у глиноземистого цемента не­много ниже, чем у портландцемента (около 300…400 кДж/кг), но протекает оно в очень короткие сроки (в первые сутки выде­ляется 70… 80 % от общего количества теплоты). Поэтому воз­можен перегрев бетонов на глиноземистом цементе в случае больших объемов бетонирования.

Если же температура твердеющего глиноземистого цемента превысит 25…30 °С, то процесс твердения изменяется, и вместо С₂АН₈ образуется С₃АН₆; при этом прочность цементного камня будет ниже в 2…2,5 раза. Поэтому глиноземистый цемент не рекомендуется использовать для бетонирования массивных кон­струкций, где возможен саморазогрев бетона, а также в условиях жаркого климата. Изделия на глиноземистом цементе нельзя подвергать тепловой обработке. При работах в зимних условиях, напротив, саморазогрев и быстрое твердение делают глиноземи­стый цемент очень перспективным.

Свойства. Сроки схватывания глиноземистого цемента поч­ти такие же, как у портландцемента: начало — не ранее 30 мин, конец — не позднее 12ч (реально 4…5 ч). После окончания схва­тывания прочность нарастает очень быстро (лавинообразно).

Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600, оп­ределенных в трехсуточном возрасте, но уже через одни сутки образцы набирают прочность при сжатии соответственно не ме­нее 23, 28 и 33 МПа.

Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе ниже, чем у портландцемента в 3…5 раз; пористость цементного камня ниже примерно в 1,5 раза. Это связано с тем, что при оди­наковой с портландцементом водопотребности глиноземистый цемент при твердении химически связывает 30… 45 % воды от массы цемента (портландцемент — около 20 %).

Среда в процессе твердения и в затвердевшем цементном камне у глиноземистого цемента слабощелочная. Свободного Са(ОН)₂ цементный камень не содержит. Это обстоятельство всочетании с пониженной пористостью делает бетоны на глино­земистом цементе более устойчивыми к коррозии в пресной и минерализованной воде.

Применение. Глиноземистый цемент целесообразно исполь­зовать при аварийных и срочных работах, при зимнем бетониро­вании и в тех случаях, когда от бетона требуется высокая водо­стойкость и водонепроницаемость.

Специальная область применения глиноземистых цементов -жаростойкие бетоны. Объясняется это тем, что, во-первых, в продуктах твердения этого цемента отсутствует Са(ОН)₂ (при нагреве переходит в СаО, который при контакте с водой гасится с увеличением объема) и, во-вторых, при высокой температуре (700…800 °С) между продуктами твердения цемента и заполни­телями бетона начинаются реакции в твердой фазе, по мере про­текания которых прочность бетона не падает, а повышается, так как бетон превращается в керамический материал.

Кроме того, глиноземистый цемент является компонентом многих расширяющихся цементов, которые даже при твердении на воздухе имеют небольшое увеличение в объеме. Безусадоч­ные цементы — это расширяющиеся цементы, у которых расши­рение только компенсирует усадку. Поэтому такие цементы как бы сами уплотняют себя, делая бетон водонепроницаемым. Если расширяющиеся цементы используются в железобетонных кон­струкциях, то эффект расширения вяжущего может вызывать натяжение арматуры и сжатие самого бетона, что дополнительно защитит его от образования трещин. Такие це­менты называют напрягающими.

Эффект расширения вяжущего может быть достигнут раз­личными методами, например путем гашения свободного СаО, добавляемого в твердеющее вяжущее, либо с помощью образо­вания эттрингита — гидросульфоалюмината кальция ЗСаО•Аl₂О₃•ЗСаSО₄•(31…32)Н₂О. Последнее возможно при взаимо­действии алюминатов и сульфатов кальция в водной среде.

В твердеющем материале протекают два процесса — расши­рение, обусловленное процессом кристаллизации эттрингита (или гашения СаО) с увеличением объема новообразований и ростом внутренних растягивающих напряжений, и препятст­вующий расширению процесс — рост прочности самого цементного камня. Если рост расширяющихся новообразований будет протекать при недостаточной прочности цементного камня, то податливая гелеобразная масса будет сжиматься и заметного расширения не произойдет. И наоборот, если рост расширяю­щихся новообразований будет продолжаться, когда цементный камень набрал достаточно высокую прочность, то напряжения, обусловленные ростом кристаллов в ограниченном объеме, мо­гут вызвать падение прочности и даже разрушение цементного камня.

В свою очередь деформации расширения могут быть свобод­ными и связанными, т. е. когда расширение цементного камня ограничено арматурой или кондуктором (формой). Деформации бетона при свободном расширении выше, чем при связанном, что обусловлено низкой прочностью цементного камня в раннем возрасте и его неспособностью напрягать кондуктор, а в более позднем возрасте — появлением микро- и макротрещин, которые увеличивают свободное расширение, но не вызывают дополни­тельного самонапряжения.

Связанные деформации вызывают самонапряжение, проти­водействуют развитию усадочных деформаций и способствуют самоуплотнению цементного камня, усилению контакта камня с заполнителем и кристаллизационных контактов. При изготовле­нии преднапряженных железобетонных конструкций в этом слу­чае меньше потери преднапряжения и выше трещиностойкость получаемых изделий.

Главной задачей при разработке составов расширяющихся и безусадочных вяжущих является правильный выбор не толь­ко вида и количества расширяющихся компонентов, но и момен­та их образования относительно процесса формирования струк­туры цементного камня. Для различных видов расширяющих­ся цементов период наиболее интенсивного и безопасного рас­ширения цементного камня составляет от 12 ч до 3…7 сут. в зависимости от свойств основного структурообразующего вяжущего.

Для обеспечения образования эттрингита в смесях с безуса­дочными и расширяющимися цементами должна присутствовать вода в продолжение всего периода твердения. Кроме того, эти Цементы нельзя применять при работе конструкций при температурах выше 80 °С, так как постепенно разрушается важный кристаллический компонент цементного камня — эттрингит: он отдает кристаллизационную воду, что сопровождается падением прочности.

Расширяющийся водонепроницаемый цемент получают со­вместным помолом глиноземистого цемента (70 %), гипса (20 %) и высокоосновного гидроалюмината кальция С₄АН1₃ (10 %). Он является быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидрав­лическим вяжущим веществом (Л_сж через 6 ч — не менее 7,5 МПа, через 3 сух. — не ниже 30 МПа).

Линейное расширение твердеющего цемента на воздухе со­ставляет в возрасте 1 сут. не менее 0,05 %, в возрасте 28 сут. — не менее 0,02 %. Цемент используют при восстановлении желе­зобетонных конструкций, для гидроизоляции подземных сооружений, зачеканки трещин и стыков.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают со­вместным помолом высокоглиноземистых шлаков (70 %) и двуводного гипса (30 %). Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент имеет начало схватывания не ранее 20 мин и конец схва­тывания не позднее 4 ч от начала затворения. При необходимо­сти могут использоваться замедлители сроков схватывания -ЛСТ, бура, уксусная кислота и др. Линейное расширение твер­деющего цемента в состоянии теста нормальной густоты при твердении на воздухе составляет в возрасте 28 сут. не менее 0,1 %. Предел прочности при сжатии через 1 сут. твердения со­ставляет 35 МПа для марки 400 и 45 МПа — для марки 500. Мар­ки цемента соответствуют трехдневному возрасту. Гипсоглино­земистый расширяющийся цемент применяют для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых бетонов, гидроизоляционных штукатурных растворов, при бурении сква­жин и т. п. Он обладает морозо- и атмосферостойкостью в рас­творах и бетонах, изготовляемых на его основе.

Напрягающийся цемент (НЦ) получают совместным помо­лом клинкера портландцемента (65…75 %), двуводного гипса (6… 10 %) и высокоглиноземистого компонента (13…20 %). Сроки схватывания: начало — не ранее 30 мин, конец — не по­зднее 4 ч. Прочность через 1 сут. — не менее 15 МПа, через 28 сут. — не менее 50 МПа.

Напрягающий цемент обладает способностью к значитель­ному расширению (до 4 %) при твердении в состоянии цемент­ного теста нормальной густоты. В железобетоне НЦ создает по­сле отвердевания в арматуре предварительное напряжение. Этим свойством как функцией химической энергии цемента пользу­ются при изготовлении предварительно напряженных железобе­тонных конструкций. С учетом величины достигаемой энергии самонапряжения, т. е. удельного давления в МПа, развиваемого при твердении НЦ в условиях ограничения свободного расши­рения, выделяют его разновидности НЦ-2, НЦ-4 и НЦ-6. Напря­гающий цемент отличается также повышенными показателями водо- и газонепроницаемости, морозостойкости, прочности при растяжении и изгибе. Марки цемента (400 и 500) определяются испытанием образцов — балочек из цементно-песчаного раствора состава 1 : 1 в возрасте 28 сут.

Напрягающий цемент применяют для изготовления конст­рукций из самонапряженного железобетона, а также для гидро­изоляции шахт, подвалов, зачеканки швов и т. д.

Перспективная область применения бетонов и растворов на расширяющихся и безусадочных вяжущих — бесшовные тонкос­лойные стяжки или лицевые покрытия полов большой площади. С помощью полимерных модификаторов таким смесям придают свойство самовыравнивания, а эффект безусадочности гаранти­рует трещиностойкость покрытия. Быстрое твердение и защит­ные полимерные добавки обеспечивают необходимое количест­во воды для протекания полной гидратации без какого-либо специального ухода.

Читать по теме:

К разделу

Строительные материалы

Сырье для производства цемента » SpecAvto — Спецавто — Бетононасосы

В качестве материала для изготовления цемента используют глинистые и карбонатные породы, а также различные типы промышленных отходов.

Карбонатные породы содержат в себе известняк, мел, мергель, метаморфические и осадочные горные породы известняка. Благодаря их структуре и физическим свойствам получают цемент высокого качества.

Мел является мягкой осадочной горной породой, а также он относится к видам мажущего известняка. Мел является одним из самых популярным и часто используемым сырьем для изготовления цемента.

Мергель характеризуется, как осадочная порода и относится к переходной от известняковых к глинистым. Он обладает как твердой, так и рыхлой структурой, обладает различной плотностью и влажностью, что зависит от доли глинистых примесей. Растворы, приготовленные на основе мергеля, очень часто используют для устройства печей и каминов.
Для производства цемента из известняков предпочтение отдается пористым и мергелистым видам, которые имеют небольшой порог прочности на сжатие и не содержат кремниевые включения.

К глинистым породам, которые используют для производства цемента, относится: глина, глинистый сланец, лесс, суглинок и так далее.

Глины и горные осадочные породы в своем составе имеют различные минералы, а при увлажнении становятся пластичными и могут разбухать. Если использовать глину в сухом виде для изготовления цемента, то благодаря пластичности глины появляется возможность гранулирования муки и брикетирования. Суглинок представляет собой глину, которая в своем составе обладает высоким количеством пылеватых и песчаных частиц.

Что касается глинистых сланцев, то они характеризуются, как плотные и твердые горные породы, они могут легко расслаиваться на пластики с небольшой толщиной. Глинистые сланцы обладают постоянным составом и меньшей влажностью.
Лесс является тонкозернистой горной породой, которая может быть рыхлой и пористой, и имеет в своем составе тонкие частицы глинистых материалов, кварца и остальных силикатов. Лесс не имеет высокую пластичность. А лессовидный суглинок является материалом, который по своим свойствам находится между суглинком и лессом.

Помимо основного материала для производства цемента применяют и некоторые корректирующее добавки в цемент, благодаря которым изменяются различные свойства конечного продукта. К таким добавкам относят: глиноземистые, кремнеземистые, глиносодержащие и плавиковый шпат, который представлен в виде минерализаторов.

Метки: породы, цемента

История портландцемента в США

История портландцемента в Соединенных Штатах

Развитие портландцемента
в США

Весной 1866 года Давид
О. Сэйлор, Эсиас Рериг и Адам Вулвер начали Coplay
Цементная компания. Цементная компания Coplay располагалась на западе
стороне реки Лихай и вдоль стороны железной дороги долины Лихай (L.V.R.R).
В начале 1870-х годов Sailor начал экспериментировать с производством
портландцемента из горных пород из собственного карьера.С помощью этого эксперимента
Сэйлор открыл возможность изготовления портландцемента из сырья
в его распоряжении. Он заметил, что более сильно обгоревшие части его розендейла
клинкер производил цемент, который имел бы предел прочности на разрыв, равный
лучшего импортного портландцемента за короткий период времени. тем не мение
цемент со временем не рассыпался. Эта проблема была
делать, чтобы сырье не было правильно пропорционально.

До этого эксперимента трио мужчин производило натуральные
каменный цемент.Было много других производителей природного каменного цемента.
в США в это время. Цемент Rosendale в Нью-Йорке
на рынке более тридцати лет, а производители уже
в эксплуатации в долинах рек Потомак, Джеймс и Огайо. Натуральный камень
цементы были получены путем вытеснения углекислоты из глинистых (глинистых)
известняки. Это было сделано при низких температурах в обычной вертикальной печи.
от 1000 до 1200 градусов по Фаренгейту, и получился мягкий желтый камень.Этот желтый камень был затем измельчен в порошок и стал готовым
продукт. С другой стороны, портландцемент — это искусственная смесь
сырье, прокаливается при температуре выше 2000 градусов по Фаренгейту,
и использовалось более чистое сырье, чем необходимо для натуральных цементов. В
сырье, используемое в производстве портландцемента в это время
были цементная порода, известняк, сланец и уголь. В этот период портленд
цементы не были доступны в США и были импортированы
из Англии и Германии.

Месторождения Лихай сильно отличались от обычно используемых
в Европе, но все еще считались подходящими и достаточно чистыми
для производства портландцемента. Месторождения в этой области были
натуральная смесь карбоната извести и глины в пропорциях, приближенных к
необходимые для портландцементной смеси. К юго-востоку от этого
скалы и известняк были непригодны для производства цемента, а
на северо-западе было множество сланцев и сланцев.Эти месторождения доказали
быть подходящим, и Сэйлор выпустил первый портландцемент в 1875 году.
В 1876 году марка цемента Saylors получила медаль за высшее качество.
на столетие
Выставка в Филадельфии. Камни, использованные для производства этого цемента, были
взят из карьера
рядом с заводом и имел вариации в составе породы на разных
страты. Это означало, что требовались частые изменения для пропорционального распределения
смешайте правильно. Химики несколько раз определяли эти пропорции.
ежедневно.

В 1878 г. на заводе было семь печей для портландцемента, на которых производилось 2500
баррелей в месяц. В 1893 г. была построена печь непрерывного действия для экспериментальной
целей. В эту печь загружали сырье наверху, а клинкер
тянулось снизу днем ​​и ночью месяцами. Единственный раз, когда огонь
остановился был на ремонт. С 1900 года цементный завод Coplay, использующий непрерывную
печи, максимальная производительность 500 баррелей портландцемента в день.

Прежде чем сырье попадет в печь, цементная порода и известняк
смачивали, измельчали ​​и взвешивали отдельно.Цементная порода и известняк
затем выписывались вместе, когда весовые пропорции подходили к
производить полностью гомогенную смесь, чтобы химическое воздействие между
частицы могли иметь место. Затем эти две породы были смешаны вместе и
добавлен натуральный цемент для придания смеси необходимой пластичности. Эта смесь
затем превращался в комки или шары, пригодные для загрузки в печь или
печь. Все эти процессы происходили на сырьевом комбинате. Эти
Затем шары отправляли в туннельные сушилки, где они освобождались от влаги.Эти шары затем поднимались на верхний или загрузочный этаж непрерывной
печь. Затем эту высушенную суспензию загружали через дверцы наверху.
пол. Все это время печь была постоянно заполнена до этого момента.
Топливо вводилось через топочные отверстия этажом ниже. В
длинный вертикальный вал, верхняя часть печи, служила подогревателем
для кирпичей или шаров. Узкая секция посередине была горением.
камеру или тигель, а нижняя часть охлаждала клинкер и нагревала
поток воздуха.Эта тяга воздуха снизу нагревается, проходя мимо.
над горячим клинкером до того, как он достигнет камеры сгорания. Продукты
сгорания нагревали шары до высокой температуры, прежде чем они достигли
Огонь. В этих печах в качестве топлива использовался газовый уголь, и они оказались очень экономичными.
потому что все тепло было использовано. Клинкер прибыл на решетку
внизу, который был на шесть футов выше нижнего этажа, почти холодно. Сгоревший
клинкер извлекается из углов обжиговых печей через равные промежутки времени
в вагоны, и это содержимое взвешивается.Вагоны были составлены
подъем по тросу на второй этаж цементной мельницы. Здесь клинкер
хранился до тех пор, пока он не понадобился на первом этаже, где он был отшлифован и
упакованный.

Эти вертикальные печи мельницы B до сих пор служат Давидом.
Музей цемента О. Сэйлора. В 1976 году Coplay Cement была приобретена компанией Essroc.
Компания, которая до сих пор производит портландцемент Saylors. Многие портленд
цементные заводы все еще существуют в долине Лихай и сегодня, в том числе: Essroc
I и Essroc III, расположенные в Назарете, Hercules Cement, расположенные в Стокертауне,
Keystone Cement, расположенный в Бате, Аллентаун Цемент, расположенный в Эвансвилле,
и Whitehall Cement, расположенные в Цементоне.

Информация собрана Джоном Харакалом

Смешанный цемент — обзор

Портлендский цемент — Lehigh Hanson, Inc.

Цемент или бетон?

Хотя эти термины часто используются как синонимы, бетон и цемент не являются
такой же.Цемент — это ингредиент бетона. Это мелкий серый порошок, который при смешивании с водой, песком, гравием или щебнем образует каменную массу, известную как бетон. Цемент обычно составляет от 10% до 12% бетонной смеси.

Цемент действует как связующее или клей в бетоне. В сочетании с водой цемент образует пасту, покрывающую песок и гравий. В результате химической реакции, называемой гидратацией, смесь затвердевает и превращается в бетон.

В свежем виде бетон может принимать любую форму; в затвердевшем состоянии он прочный и долговечный.Эти качества объясняют, почему из одного материала, бетона, можно построить все, от небоскребов и тротуаров до шоссе и плотин.

Хотя натуральный цемент восходит к римлянам, к концу 1800-х годов строители обратились к его производному аналогу, портландцементу, для большей прочности и более стабильных характеристик.

Английский каменщик Джозеф Аспдин широко известен как изобретатель современного портландцемента. Аспдин получил первый патент на портландцемент в 1824 году.Он назвал его «портландцемент», потому что изготовленный из него бетон напоминал высоко ценимый строительный камень, добываемый в карьерах на острове Портленд.

Имя сохранилось. Сегодня портландцемент — это не торговая марка, а общий термин для обозначения типа цемента, используемого в большинстве бетонов.

От карьера до печи до бетона

Производство портландцемента — трехступенчатый процесс:

1. Для производства цемента требуются кальций, кремнезем и небольшие количества глинозема и железа. Сырье, богатое этими элементами, включает известняк, песок и глина.Их добывают на цементном заводе или отправляют откуда-то поблизости. Известняк, источник кальция, составляет около 80% сырья для цемента.
2. Материалы комбинируются, смешиваются и измельчаются, а затем обрабатываются в огромной промышленной печи, называемой обжиговой, температура которой достигает 1450 ° C (2650 ° F) или выше. Сильный нагрев вызывает химические реакции, в результате которых образуется промежуточный продукт, называемый клинкер.
3. Гранулы раскаленного клинкера охлаждают и измельчают с небольшим количеством гипса.В результате получается мелкодисперсный порошок, который сейчас считается портландцементом. Цемент измельчается настолько мелко, что он проходит через сито, достаточно мелкое, чтобы удерживать воду.

Большая часть цемента используется для производства товарного бетона, который доставляется на строительные площадки на знакомых грузовиках с вращающимися барабанами. Другие области применения бетона включают сборные железобетонные изделия, трубы, кладку, бурение нефтяных и газовых скважин и стабилизацию грунта.

Цемент на все случаи жизни

Инженеры и специалисты-строители часто выбирают определенный тип портландцемента для удовлетворения особых требований условий.

Типы цемента определяются множеством стандартов и спецификаций. Портлендские цементы соответствуют стандарту Американского общества испытаний материалов (ASTM) C150 для портландцементов и Канадской ассоциации стандартов (CSA) A3001. Некоторые цементы могут встречаться нескольких типов. Вся продукция Lehigh Cement производится в соответствии с применимыми стандартами CSA, ASTM, AASHTO или API.

Приведенные выше стандарты относятся к следующим типам портландцемента и цемента общего назначения:

ASTM Type I (CSA Type GU), Normal / General Use: Портландцемент общего назначения, подходящий для бетона, не требующего особых свойств.Цемент типа I обычно используется в строительных приложениях общего назначения, таких как большинство зданий, мостов, тротуаров, сборных железобетонных и каменных блоков и т. Д.

ASTM Type II (CSA Type MS), умеренная сульфатостойкость: портландцемент используется для почва или вода с умеренным содержанием сульфатов. Другие меры по контролю сульфатостойкости, такие как использование смешанных цементов, которые обеспечивают эквивалентные или лучшие характеристики, становятся все более распространенными в определенных областях.

ASTM Тип II-MH (CSA Тип MH), умеренная теплота гидратации: Умеренный сульфатостойкий цемент, который также снижает тепловыделение, вызванное гидратацией. Другие меры по контролю теплоты гидратации и сульфатостойкости, такие как использование смешанных цементов, которые обеспечивают эквивалентные или лучшие характеристики, становятся все более распространенными в определенных областях.

ASTM Type III (CSA Type HE), высокая ранняя прочность: Портландцемент, который набирает прочность быстрее, чем обычные цементы, и подходит для быстрого строительства, раннего удаления формы, холодной погоды или когда бетон должен быть быстро введен в эксплуатацию .

ASTM Тип IV (CSA Тип LH), низкая теплота гидратации: Медленно реагирующий цемент, который сводит к минимуму тепловыделение, используемое в бетоне для массивных конструкций, таких как опоры мостов или плотины. Другие меры по контролю теплоты гидратации, такие как использование смешанных цементов, которые обеспечивают эквивалентные или лучшие характеристики, становятся все более распространенными в определенных областях.

ASTM Тип V (CSA Тип HS), высокая сульфатостойкость: портландцемент , используемый в бетоне, подверженном воздействию высоких концентраций сульфатов.Другие меры по контролю сульфатостойкости, такие как использование смешанных цементов, которые обеспечивают эквивалентные или лучшие характеристики, становятся все более распространенными в определенных областях.

Щелочно-кремнеземная реакция (ASR) в экологически чистом бетоне, не содержащем цемент, активированный щелочью

Подробности проекта

ИССЛЕДОВАТЕЛИ

Зихуэй Ли, Роберт Дж.Томас, Диего Лазама, Сулафа Питампарон

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

Щелочно-кремнеземные реакции, Прочность на сжатие, Бетон, Растрескивание, Долговечность, Летучая зола, Портландцементный бетон, Усадка

Описание проекта

Повышение осведомленности в этом десятилетии о значении разработки экологически безопасных материалов для строительства возобновило интерес к изучению щелочно-активированного бетона (AAC), бетона, который не содержит цемента, а содержит только промышленные побочные продукты, такие как летучая зола и шлак, как низкоэнергетический. альтернатива обычному бетону.Предварительные исследования для оценки потенциала активированного щелочами шлака / летучей золы в качестве устойчивой альтернативы портландцементному бетону весьма перспективны. Прочность, сравнимая с портландцементным бетоном, была получена в AAC в лабораторных условиях. Благодаря гранту UTRC2 исследовательская группа главного исследователя (PI s) успешно разработала AAC с прочностью на сжатие до 60 МПа с использованием шлака или летучей золы класса C в качестве единственного связующего и раствора силиката натрия в качестве активатора.Однако передача этой технологии на месторождения не получила ожидаемого импульса, в первую очередь из-за двух основных технических проблем: (1) потенциал для более высокой усадки и повышенного растрескивания, и (2) неопределенность, связанная с возможной реакцией щелочного кремнезема (ASR). связанные с прочностью проблемы. Проведение экспериментальных исследований, направленных на детальную оценку характеристик долговечности, является наиболее действенным средством преодоления этих препятствий.

Эффективность цементно-добавочных систем в растворах с бинарными и тройными портландцементами

1.Введение

Использование высокодисперсных добавок для восстановления воды стало обычной практикой с 1970-х годов. Эти типы добавок позволяют снизить соотношение воды и вяжущего материала (Вт / см) в смесях, что приводит к более прочным бетонам без ухудшения удобоукладываемости. Но для увеличения текучести смесей можно также применять водоредукторы, практически не влияя на прочность (поддерживая соотношение Вт / см). Это привело к появлению и применению самоуплотняющихся смесей.

Водоредуцирующие добавки представляют собой полимеры с очень высокой молекулярной массой, которые действуют, когда адсорбируются на поверхности частиц цемента, создавая дисперсию частиц и уменьшая количество воды, необходимое для заданного уровня консистенции. Существуют различные типы суперпластификаторов (СП) с различной псевдоожижающей способностью и механизмами действия в цементной системе. По своему составу они могут быть на основе сульфированных меламиноформальдегидных конденсатов, сульфированных нафталинформальдегидных конденсатов, модифицированных лигносульфонатов (МЛС) или акриловых полимеров [1].Первые три типа суперпластификаторов диспергируются за счет электростатического действия, в то время как последний тип диспергируется преимущественно за счет стерического действия, как правило, с повышенной псевдоожижающей способностью [2].

При контакте с водой частицы цемента выделяют большое количество ионов, которые растворяются с их поверхности. Из-за большого сродства воды и цемента частицы цемента имеют тенденцию образовывать хлопья, которые предотвращают диспергирование частиц и удерживают воду в своей структуре. Задержанная вода неэффективно способствует гидратации и увеличению прочности цемента.В этом смысле SP создают силы отталкивания между частицами цемента, которые предотвращают флокуляцию и способствуют подвижности. Недавние исследования подтвердили влияние различных типов СП на гидратацию цемента и соответствующее влияние на микроструктуру затвердевшего материала [3].

Эффективность

SP определяется как способность увеличивать поток смеси и ее устойчивость во времени. Это зависит не только от суперпластификатора и цементного состава, но и от способа их смешивания (способность смешивания, способ введения, время смешивания) [4].

Характеристики цемента, такие как крупность, состав (содержание C ₃ A, сульфата кальция и щелочей) и типы содержащихся минеральных добавок, являются ключевыми факторами для взаимодействия с SP [5,6]. Кроме того, важные характеристики СП включают молекулярную массу и распределение, длину полимерной цепи и, в случае примесей на основе нафталина, природу входящего в них противоиона [2,6].

Безводные фазы и продукты гидратации цемента не адсорбируют такое же количество SP [5].Фаза C ₃ A демонстрирует более высокую адсорбционную способность примесей из-за более положительных значений дзета-потенциала, чем фазы C ₃ S и C ₂ S. В присутствии гипса примеси и сульфаты конкурируют за адсорбцию на C ₃ A с более благоприятной реакцией с сульфатами [5]. Следовательно, в водной фазе остается доступным большее количество добавки, которая оказывает растекание пасте. В этом смысле количество сульфата в растворе зависит как от отношения в / см, так и от температуры [7].Таким образом, будет выявлено косвенное влияние количества воды на эффективность добавки. Это также полезно для объяснения различий в эффективности добавок к разным типам цемента.

В настоящее время на рынке цемента преобладают другие типы цемента, кроме обычного портландцемента (O). Даже сам O может содержать второстепенные компоненты, отличные от клинкера или регулятора схватывания (до 5% доменного шлака согласно IRAM 50000). Некоторые из наиболее распространенных смешанных цементов — это смешанный портландцемент (B), e.грамм. с до 35% примесей (включая комбинацию известнякового порошка, доменного шлака и природных пуццоланов или как минимум два из них) и пуццолановый портландцемент (P), например с содержанием пуццолана до 50%.

Добавление природного пуццолана в цемент не обязательно изменяет потребность в воде для заданного уровня консистенции [8]. Эффективность различных типов водоредукторов ранее рассматривалась для конкретного случая цемента с пуццолановой добавкой [9]. Однако в частном случае SP на основе поликарбоксилатов эта эффективность, как сообщается, ниже для пуццолановых цементов, чем для цементов с известняковой или шлаковой смесью [10].Что касается эффективности SP в увеличении прочности за счет уменьшения отношения Вт / см, аналогичные результаты для O, B и P были получены Эрдогду [11]. Что касается влияния шлака, было установлено, что его межчастичные силы сильнее, чем у частиц портландского клинкера [12]. Однако эффективность SP на цементе увеличивается с увеличением содержания шлака, в основном из-за большего диспергирующего эффекта, который имеют частицы шлака [2,13]. Более высокая эффективность СП также подтверждается удобоукладываемостью бетона с коэффициентом замещения шлаком 15-20% [14].

С другой стороны, минеральные добавки не содержат C ₃ A, и поэтому они действуют как разбавители содержания клинкера C ₃ A, вызывая более низкую чистую адсорбцию этой фазой и, соответственно, более низкую потребность в добавках для данная консистенция по сравнению с несмешиваемым цементом. Однако сообщалось о значительной адсорбции примесей на основе нафталина и меламина, а также винилового сополимера на шлаке [15], что означает, что снижение потребности в этих добавках не связано напрямую с коэффициентом замещения клинкера.Более того, недавние исследования показали, что тип SP играет важную роль в стабильности эттрингита, образующегося во время гидратации [16]. На это сродство влияет старение цемента в зависимости от содержания в цементе C ₃ A [17]. Тогда эффективность SP со старыми цементами будет более стабильной для смешанных цементов, чем для OPC.

Что касается потери текучести с течением времени, нет причин, по которым включение примесей, таких как шлак или природные пуццоланы, должно изменить эффективность SP.Однако, чтобы восстановить уровень текучести после определенного времени перемешивания, в то время как шлакосодержащие бетоны нуждаются в повторных дозах добавок, подобных тем, которые имеют бетон без добавок, было сообщено, что для природных пуццоланов может потребоваться несколько более высокая повторная дозировка [18]. Сам по себе известняковый порошок ускоряет гидратацию цемента [19] и, как следствие, может увеличить скорость потери текучести. С другой стороны, известняк частично реагирует с C ₃ A с образованием новых карбоалюминатов [20]. Это, в свою очередь, также способствует снижению степени адсорбции примеси и повышению ее эффективности.Чистое воздействие будет результатом того, какой из двух эффектов преобладает.

Для оптимизации SP / цемент, максимальный процент использования SP должен быть определен (после того, как будет определено соотношение в / см) на основе точки насыщения для системы вода-цемент-добавка. Это оценивается с помощью уровня текучести паст или строительных растворов. Если дозировка SP превышает точку насыщения, могут возникнуть некоторые проблемы, такие как временная задержка схватывания, сегрегация или увеличение вязкости смеси, что приведет к незначительным изменениям в величине потока, но впоследствии к более высоким затратам [5].Однако обычно изучают совместимость системы только в свежем состоянии и не связывают ее со свойствами в затвердевшем состоянии, игнорируя тот факт, что SP может повлиять на развитие прочности при использовании в дозах ниже точки насыщения.

Целью настоящего исследования является оценка эффективности систем добавки водоредуктора-цемент в растворах, изготовленных с использованием различных бинарных и тройных портландцементов. Также оцениваются различные свойства в свежем состоянии и их связь с некоторыми свойствами в затвердевшем состоянии.Анализ проводится с инженерной точки зрения с учетом параметров, которые могут повлиять на дозировку SP для достижения целевой консистенции.

2. Экспериментальная

2.1 Материалы и смеси

В данном исследовании оценивались четыре типа портландцемента: обычный (из двух источников: O ₁ и O ₂ ), смешанный (B) (содержащий примерно 17% известнякового порошка и 12% шлака) и пуццолановый (P ) (содержащий примерно 40% природного пуццолана).В таблице 1 представлены физико-механические свойства и химический состав исследованных цементов. В таблице 2 показан потенциальный минералогический состав Bogue O ₁ и O ₂ .

Таблица 1

Физико-механические свойства цементов. Источник: авторы.

Источник: авторы.

Таблица 2

Возможные составы Бога обычных портландцементов.

Источник: Авторы.

Свойства исследуемых химических добавок, пластификатора (M) и трех суперпластификаторов (S, P и V) представлены в таблице 3. Были выбраны два речных кремнистых песка (мелкий и крупный) с различным модулем дисперсности (таблица 4).

Таблица 3

Свойства добавок.

Источник: Авторы.

Таблица 4

Гранулометрический состав используемых песков.

Источник: Авторы.

Для сравнения, эталонные растворы без добавок были изготовлены для четырех типов цемента, чтобы оценить их свойства в затвердевшем состоянии. Затем была оценена эффективность суперпластификаторов в различных дозировках и при постоянных пропорциях эталонных смесей.

Среди них были воспроизведены строительные растворы, показавшие лучшие характеристики в свежем состоянии, включая комбинацию суперпластификатора и пластификатора (M).

В таблице 5 показаны пропорции смесей для строительных растворов.Номенклатура соответствует используемому цементу и типу добавки (для эталонных растворов указывается только буква, т. Е. Растворы без добавок). Строительные смеси были приготовлены в соответствии с ASTM C305. Доза добавок выражается в мас.% Цемента.

Таблица 5

Дозирование минометов (кг / м ³ ).

Источник: Авторы.

2.2 Методы испытаний

Текучесть и консистенцию свежих смесей определяли методом растекания (рис.1) и испытание на осадку (рис. 2) соответственно. Чтобы оценить активный период SP, эти испытания были выполнены сразу после смешивания и через 30 минут после контакта цемента с водой.

Рисунок 1
Flow Mold.

Источник: авторы.

Испытание на текучесть обычно применяется для выбора материалов и для дозирования паст и растворов для самоуплотняющихся бетонов [2, 21-24], но оно еще не стандартизировано. Этот метод применяется с помощью усеченного конуса.Конус кладут на ровную, гладкую, ровную и невпитывающую поверхность и заполняют исследуемым раствором. Затем форма поднимается, и раствор течет свободно. Величина расхода — это среднее значение двух перпендикулярных измерений диаметра (рис. 1).

Оценка осадки проводилась с использованием «мини-конуса Abrams» (рис. 2). Это уменьшенная версия стандартного конуса Абрамса, соответствующая 1/8 его объема. Используемая методология соответствовала постановлению NCh 2257/3 [25].

Рисунок 2
Миниатюрный конус Абрамса.

Источник: авторы.

Для оценки в затвердевшем состоянии призматические образцы (4 см x 4 см x 16 см) были отформованы для каждой из исследуемых строительных смесей. Затем они были отверждены в воде, насыщенной известью, при температуре 23 ± 2 ° C до испытания.

Были оценены прочность на сжатие через 7, 28 и 90 дней, а также плотность и водопоглощение через 28 дней. Определение плотности и поглощения проводилось согласно ASTM C642, а прочность на сжатие определялась согласно ASTM C349.

3. Результаты и анализ

Для наглядности результаты представлены на двух графиках: а) растворы с SP (S, V и D) и б) растворы с пластификатором и SP (MV-MD).

3.1 Свежее состояние

На рис. 3 показан расход в зависимости от дозы добавки. Из сравнения двух растворов с обычным портландцементом (O ₁ и O ₂ ) можно заметить, что O ₁ показывает более высокую текучесть, чем O ₂ , в соответствии с более низким C ₃ . А / сульфат кальция (1.91 по сравнению с 2,20 для O ₁ и O ₂ , соответственно, рассчитанных из содержания SO ₃ и C ₃ A, таблицы 1 и 2). Следовательно, более высокое значение потока для O ₁ можно объяснить как результат большего количества добавки, доступной для диспергирования фаз C ₂ S и C ₃ S.

Рис. 3
Начальный и 30-минутный расход а) строительных растворов с SP и б) строительных растворов с пластификатором и SP в зависимости от дозы добавки.

Источник: авторы.

Также на рис. 3 добавка S показывает лучшие характеристики с цементом O ₁ и B, в то время как совместимость с другими типами цемента ограничена. Это также согласуется с тем фактом, что другие типы цемента показали более высокое [Al ₂ O ₃ ] / [SO ₃ ] (однако, хотя для смешанного цемента оценка содержания C ₃ A из Уравнение Бога невозможно, качественный анализ все еще возможен).

Следовательно, наиболее вероятной причиной такой совместимости является химический состав.Кроме того, известно, что некоторые добавки для измельчения цемента оказывают важное влияние на совместимость с SP, но эта гипотеза не могла быть подтверждена в данном исследовании, поскольку были проанализированы только коммерческие цементы, и эта информация не предоставляется производителями.

С другой стороны, добавка V к цементу P показывает повышенные значения текучести в течение 30-минутных периодов по сравнению с значениями, определенными сразу после смешивания, что показывает отличную совместимость с цементом P.

При сравнении растворов, изготовленных с пластификатором и SP, с растворами, изготовленными только с SP, можно увидеть улучшение параметров текучести для комбинаций P-MD (по сравнению с P-D) (рис.3). Что касается комбинации P-MV, наблюдается несовместимость между добавками, поскольку комбинированное действие показывает меньшую эффективность, чем полученная для серии P-V; это объясняется разным происхождением их составов (таблица 3).

На рис. 4 представлены результаты спада в зависимости от дозы примеси. Можно заметить, что для строительных растворов с пластичной консистенцией, таких как P-D, P-S, O1-S, O2-MD и P-MV, значения текучести возрастают с увеличением дозы добавки. Такой большей текучести растворов с 1% добавки по сравнению с растворами с более низкой дозой добавки результаты испытания на текучесть не выявили (рис.3). Это связано с разным диапазоном чувствительности обоих методов. Для серии P-S наблюдается заметное снижение значений просадки на 30 мин, которая также возрастает с увеличением дозы примеси.

Рис. 4
Начальный и 30-минутный поток а) строительных растворов с SP и б) строительных растворов с пластификатором и SP в зависимости от дозы добавки.

Источник: авторы.

На рис. 5 показана относительная потеря осадки через 30 минут после смешивания в зависимости от дозы добавки. Почти во всех случаях можно заметить, что наименьшая потеря осадки достигается при дозе добавки от 1 до 1.2%, что указывает на точку насыщения для систем цемент-добавка. Отрицательные значения на рис. 5 показывают, что спад через 30 минут был выше исходного значения. Как показали испытания на текучесть, это относится к минометам P-MV и, в меньшей степени, к минометам P-V.

Рис. 5
Зависимость между потерями при осадке и дозой добавки для а) строительных растворов с SP и б) строительных растворов с пластификатором и SP.

Источник: авторы.

На рис. 6 показана взаимосвязь между значениями осадки и расхода.Можно заметить, что для большинства жестких смесей осадка показывает большие различия в консистенции между строительными растворами, в то время как меньшие различия значений осадки получаются при увеличении значений текучести.

Рисунок 6
Взаимосвязь между спадом и потоком. Источник:

Источник: авторы.

В случае бетона метод осадки считается репрезентативным для уровня консистенции для значений до 60% высоты конуса (18 см). Тот же критерий, применяемый к минометам, приводит к максимальной просадке на 9 см.Как можно заметить даже для точек выброса (P-S, O ₂ -S и B-S 30 м), полученные результаты можно последовательно разделить на основе этого предела. Использование мини-конуса Abrams подходит для растворов с пластичной консистенцией, поскольку он показывает более высокую чувствительность к различиям в этом диапазоне значений, а метод испытания на текучесть более подходит для оценки консистенции жидких растворов.

3,2 Закаленное состояние

На рис. 7 показаны значения плотности затвердевших строительных смесей, определенные в сухом состоянии насыщенной поверхности.Понятно, что использование добавок может вызвать закупорку воздуха и вызвать колебания плотности растворов. Также можно заметить, что, за исключением растворов с добавкой D, во всех случаях снижение плотности по сравнению с эталонным раствором (P = 2,16; B = 2,16; O ₁ = 2,15; O ₂ = 2,16 г. / см ³ ), становится менее заметным при увеличении дозы примеси. Этот факт можно объяснить чистым эффектом конкурирующих факторов улучшенной уплотняемости и повышенного содержания воздуха, вызванного добавкой.

Рис. 7
Плотность насыщенной поверхности в сухом состоянии для а) растворов с СП и б) растворов с пластификатором и СП.

Источник: авторы.

На рис. 8 показаны значения водопоглощения за 24 часа. В случае смесей с цементом P водопоглощение увеличивается для всех смесей на 35–70% больше, чем для эталонного раствора (P = 4,94%). Замеси растворных смесей с цементом O ₂ увеличивают абсорбцию до 83% по сравнению с эталонным раствором (O ₂ = 4.30%), независимо от типа используемой добавки. Как и в случае с плотностью, это связано с закупоркой воздуха из-за примесей, что создает макропоры и увеличивает водопоглощение. С другой стороны, для растворов с цементом типов O ₁ и B значения адсорбции растворов, содержащих добавки, были такими же или ниже, чем у эталонных растворов (O ₁ = 5,27%; B = 6,12%). .

Рис. 8
Адсорбция воды для а) растворов с СП и б) растворов с пластификатором и СП.
Источник: авторы.

В таблице 6 показана прочность на сжатие и соответствующие стандартные отклонения растворов, определенные через 7, 28 и 90 дней. Номенклатура включает дозу добавки в по отношению к массе цемента. Здесь можно заметить, что серия O ₂ -S-6 показывает высокое стандартное отклонение для трех возрастов (7, 28 и 90 дней), тогда как минометы ПС-15, ПД-12, ПД-15, ПВ-15 и P-MV-8, P-MV-12 и P-MV-15 показывают высокое стандартное отклонение через 90 дней, а P-MD-5 — через 28 дней.

Таблица 6

Прочность на сжатие (МПа).

Источник: Авторы.

Series O ₂ -S-6 показывает высокие стандартные отклонения для трех возрастов. Это говорит о недостаточном уплотнении образцов. Поэтому надежный сравнительный анализ в этом случае невозможен. Что можно заметить, так это то, что прочность строительного раствора O ₁ -S существенно выше, чем у контрольного раствора, с уменьшающейся разницей с увеличением возраста.Этот результат также в меньшей степени представлен для минометов P-V, несмотря на отличную совместимость, показанную в свежем состоянии. Точно так же относительная сила серии P-MD уменьшается с возрастом тестирования.

Для более надежного анализа влияния добавок на прочность на сжатие был проведен статистический анализ с использованием парных значений (раствор с добавкой — эталонный раствор) для трех возрастов. Значения p были определены для нулевой гипотезы равных средних значений для каждого раствора, содержащего примесь, и соответствующего контрольного раствора.Таблица 7 показывает результаты, полученные для этого анализа. Таким образом, можно заметить, что минометы O ₁ -S и P-V показывают значение p <0,05 для трех оцениваемых возрастов с одинаковыми условиями для P-MD через 7 и 90 дней.

Таблица 7

p-значения для гипотетической одинаковой прочности на сжатие для смешанных и контрольных растворов.

Источник: Авторы.

Из статистического анализа (таблица 7) видно, что растворы O ₁ -S и P-V показывают значительно более высокую прочность на сжатие, чем контрольные растворы для трех возрастов.Это может быть связано с улучшением степени уплотнения, производимой использованной добавкой, а также из-за возможного эффекта ускорителя прочности SP в системе цемент-добавка. Наоборот, минометы П-Д показывают

значительно ниже прочности по сравнению с эталонным раствором в трех возрастных категориях. Это должно быть связано с закупоркой воздуха в системе цемент-добавка, что согласуется с низкой плотностью и высоким водопоглощением этих растворов в затвердевшем состоянии.По минометам О ₂ —

S, были получены несовместимые p-значения для разных возрастов; поэтому анализ этих результатов невозможен.

Наконец, для остальных строительных смесей значения p не позволяют отбросить нулевую гипотезу, т. Е. Статистически значимых различий в прочности на сжатие из-за включения этих добавок фактически не выявить.

С другой стороны, заметно, что в строительных растворах, где абсорбция увеличивается по сравнению с эталонным раствором, не было обнаружено никакого влияния на прочность на сжатие.Этот факт наводит на мысль о необходимости проведения исследований, которые оценили бы долговечность в связи с дозами SP.

4. Выводы

Следующие выводы можно сделать на основании результатов, полученных в свежем и затвердевшем состояниях строительных растворов, созданных с использованием бинарных и тройных портландцементов (обычных, смешанных и пуццолановых) и с использованием различных типов суперпластификаторов (SP).

Во-первых, максимальная текучесть почти всех SP была обнаружена при дозировке 1-1,2%, независимо от состава SP и оцениваемого типа цемента.

Кроме того, поточный метод оказался подходящим для оценки текучести растворов с жидкой консистенцией, тогда как мини-конус Abrams показал большую чувствительность в случае растворов с пластичной консистенцией, подходя, когда осадка была ниже 9 см.

В дополнение к этому, в некоторых цементно-добавочных системах было замечено увеличение водопоглощения добавочного раствора по сравнению с эталонным раствором. Этот факт необходимо учитывать при установке системы добавки цементно-водного восстановителя, так как повышенная абсорбция влияет на долговечность смесей.

Кроме того, прочность строительных растворов на сжатие показывает, что водоредуктор может вызывать увеличение или уменьшение, даже если совместимость, оцененная в свежем состоянии, является хорошей.

Наконец, хотя эффективность цементно-добавочных систем обычно регулируется при оценке свойств свежей продукции, влияние SP на свойства в их затвердевшем состоянии происходит из комбинированного эффекта закупорки воздуха в свежем состоянии и влияния степень гидратации цемента в затвердевшем состоянии.Следовательно, эти свойства в затвердевшем состоянии предоставляют ценную информацию для выбора наиболее удобных компонентов и их пропорций. Это лучший метод оценки по сравнению с общепринятой методикой тестирования, проводимой исключительно в свежем состоянии.

Список литературы

[1] Донца, Х. и Тредза, М., Comportamiento de aditivos superfluidificantes. Труды Congreso de Ingeniería, Estructuras, Materiales y Técnicas Constructivas hacia el Siglo XXI.Аргентина [en línea]. 2000. Disponible en: http://www.efn.uncor.edu/departamentos/estruct/ciath/superflu.pdf

[2] Алонсо, М.М., Паласиос, М., Пуэртас, Ф., Де ла Торре, А.Г. и Аранда, М.А.Г. Влияние состава поликарбоксилатной добавки на реологию цементного теста. Materiales de Construcción, 57 (286), pp.65-81, 2007. DOI: 10.3989 / mc.2007.v57.i286.48

[3] Хуанг, Х., Цянь, К., Чжао, Ф., Куб, Дж., Го, Дж. И Данцингер, М., Улучшение микроструктуры бетона с помощью поликарбоксилатного суперпластификатора (PCE) и его влияние на долговечность. из бетона.Строительство и строительные материалы, 110 (1), стр. 293-299, 2016.

[4] Айтчин П.С., Джоликер К. и МакГрегор Дж. Дж. Суперпластификаторы; Как они работают и почему иногда не работают. International Concrete Research, 16 (5), стр. 45-52, 1994.

[5] Риксом Р. и Майлваганам Н. Химические добавки для бетона. (Третье издание). Лондон, Англия: E&FN Spon. 1999.

[6] Нкинамубанзи П.К., Мантеллато С. и Флатт Р.Дж. Суперпластификаторы на практике. Наука и технология добавок в бетон, 2016, стр.353-377.

[7] Гриссер А. Взаимодействие цемент-суперпластификатор при температуре окружающей среды. Реология, фазовый состав, поровая вода и теплота гидратации цементных систем. Кандидат наук. Диссертация, Швейцарский федеральный технологический институт, Цюрих, Швейцария. [онлайн]. 2002. Доступно по адресу: http://biblioteca.universia.net.

[8] Менендес, Г., Бонаветти, В.Л., Донза, Х., Раххал, В. и Ирассар, Э.Ф., Цементос и медида с наполнителем calcáreo y puzolana. Слушания 15ª Reunión Técnica de la Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón, Аргентина, 2003 г.

[9] Соса, М.Е., Вильягран-Заккарди, Ю.А., Зега, С.Дж. и Перальта, Дж.П., Свежие свойства раствора, изготовленного из пуццоланового цемента и водоредуктора. MRS Proceedings. [онлайн] .1488. 2012. Доступно по адресу: http://journals.cambridge.org.

[10] Аджудж, М., Эззиан, К., Кадри, Э.Х., Нго, Т.Т. и Качи, А., Оценка реологических параметров строительного раствора, содержащего различные количества минеральных добавок, с поликарбоксилатным суперпластификатором. Строительство и строительные материалы, 70 (15), стр.549-559, 2014. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2014.07.111

[11] Эрдогду С. Совместимость суперпластификаторов с цементами различного состава. Исследование цемента и бетона, 30 (5), стр. 767-773, 2000. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00229-5.

[12] Паласиос М., Пуэртас Ф., Боуэн П. и Хуст Ф. Влияние суперпластификаторов ПК на реологические свойства и процесс гидратации цементных паст с шлаковой смесью. Journal of Materials Science, 44, pp. 2714-2723, 2009. DOI: 10.1007 / s10853-009-3356-4.

[13] Пуэртас, Ф., Алонсо, М.М. и Васкес, Т., Influencia de aditivos basados ​​en policarboxilatos sobre el fraguado y el comportamiento reológico de pastas de Cemento Portland. Materiales de Construcción, 55 (277), стр. 61-73, 2005.

[14] Букендакджи, О., Кадри, Эль-Х. и Кенай, С., Влияние гранулированного доменного шлака и суперпластификатора на свежие свойства и прочность на сжатие самоуплотняющегося бетона. Цементные и бетонные композиты, 34, с.583-590, 2012. DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2011.08.013

[15] Паласиос М., Хуст Ю.Ф., Боуэн П. и Пуэртас Ф. Адсорбция добавок суперпластификатора на шлаковых пастах, активированных щелочами. Исследование цемента и бетона, 39, стр. 670-677, 2009b. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2009.05.005

[16] Ши К., Чжан Г., Хе Т. и Ли Ю. Влияние суперпластификаторов на стабильность и морфологию эттрингита. Строительство и строительные материалы, 112 (1), стр. 261-266, 2016. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.02.198

[17] Мейер М.Р., Нафаратсами Т. и Планк Дж. Диспергирующие свойства суперпластификаторов, добавленных к выдержанному цементу. Строительство и строительные материалы, 139 (15), стр. 232-240, 2017. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.12.126

[18] Язан К. Влияние повторного отпуска суперпластификатором на свойства пролонгированной смешанной минеральной добавки, содержащей бетон, в жарких погодных условиях. Магистр, диссертация, Ближневосточный технический университет, Анкара, Турция, [онлайн].2005. Доступно по адресу: https://etd.lib.metu.edu.tr.

[19] Айтчин П.С., Связующие для прочного и устойчивого бетона. Тейлор и Фрэнсис, Нью-Йорк, 2008.

.

[20] Лотенбах, Б., Ле Сау, Г., Галлуччи, Э. и Скривенер, К., Влияние известняка на гидратацию портландцементов. Исследование цемента и бетона 38 (6), стр. 848-860, 2008. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2008.01.002

[21] EFNARC. Especificaciones y directrices для автокомпактируемых гормонов.[en línea]. 2002. Доступный en: http://www.efnarc.org.

[22] Окамура, Х., Оучи, М., Самоуплотняющийся бетон. Журнал передовых бетонных технологий, 1 (1), стр. 5-15, 2003.

[23] Фелекоглу Б., Тосун К., Барадан Б., Алтун А. и Уюлган Б. Влияние летучей золы и известнякового наполнителя на вязкость и прочность на сжатие самоуплотняющихся ремонтных растворов. Цемент и бетонные исследования. 36 (9), стр. 1719-1726, 2006. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2006.04.002

[24] Лю М., Более широкое применение добавок в самоуплотняющемся бетоне. Кандидат наук. Тезис Университетского колледжа Лондона, [онлайн]. 2009. Доступно по адресу: http://discovery.ucl.ac.uk.

[25] НЧ 2257/3. Мортерос. Determinación de la consistencia — Часть 3: Método del asentamiento del cono. Instituto Nacional de Normalización. Чили, 1996.

Банкноты

Как цитировать: Соса, М.Е., Виллагран-Заккарди, Ю.А., Перальта, Дж. П. и Зега, К.Дж., Эффективность систем цементных добавок в строительных растворах с бинарными и тройными портландцементами.DYNA, 85 (204), стр. 134-142, март 2018 г.

Скончался первопроходец в области цемента и бетона

с 26 патентами, 94

Эдвард К. Райс , основатель компании CTS Cement Manufacturing Co. из Гарден-Гроув, Калифорния, и провидец, обладатель 26 патентов на цемент и бетон, умер. Ему было 94 года.

Рис

Rice, P.E., FACI, F.ASCE, признал, что улучшение бетонных конструкций требует прогресса в химии цемента. Компания CTS сфокусировалась на компенсирующих усадку и быстротвердеющих бетонах на основе сульфоалюмината кальция.Цемент Rapid Set использовался при восстановлении мостов автострады Санта-Моника после землетрясения в Нортридже в 1994 году и с тех пор используется по всей стране. В 2010 году Райс продал компанию своим сотрудникам и стал почетным председателем совета директоров.

Член ASCE Life, вступивший в 1949 г. и активный член EWRI, Райс запатентовал цемент, бетон и строительные технологии и включал широко используемую систему штабелирования модулей в виде столов для создания разборных эффективных парковочных конструкций.цементы, компенсирующие усадку, быстротвердеющие цементы, контроль качества при производстве цементов на основе сульфоалюмината кальция и новых цементов.

В 1960-х годах Райс занялся другой городской проблемой, создав систему восстановления многоквартирных домов в Нью-Йорке. Этот и другие вклады в решение проблем городского строительства позволили ему попасть в Комиссию при президенте по делам малообеспеченного жилья.

Активный сторонник академических кругов, Райс была удостоена звания выдающегося выпускника инженерных наук Калифорнийского университета в Беркли.Он получил премию UCLA Engineering Service Award в 2002 году за 50 лет службы в UCLA и премию UCLA за пожизненный вклад в 2013 году. Председатель Линды и Эдвард К. Райс был награжден в Инженерной школе UCLA, а также стипендиатом Bescher в Материаловедение.

Он получил множество наград за свои новаторские работы в области цемента и бетона. В 2013 году он получил почетное членство в Комитете ASTM C01 по цементу. Он был почетным членом Американского института бетона и был избран первым членом Зала славы Института пост-натяжения (Легенды пост-натяжения) в 2005 году.

Пожалуй, прежде всего Райс был преданным семьянином. Он также был заядлым путешественником по миру, что подпитывало его безграничное любопытство к исследованиям и мировым культурам.

патентов на цемент — документы Эдисона

Патенты на цемент

Следующий список содержит 49 патентов, полученных Эдисоном в отношении цемента. Он расположен в хронологическом порядке по дате исполнения, то есть по дате.
когда Эдисон подписал заявку, и дату процесса патентования, которая ближе всего к
время реальной изобретательской деятельности.Дата подачи заявки — это дата, когда Патентное ведомство
получил и зарегистрировал заявку; дата выдачи, время, когда патент, пройдя
осмотр и любые юридические проблемы, был присужден.

Батареи • Цемент
• Электрическое освещение и электроэнергия • Горнодобывающая промышленность и переработка руды

Разное •
Кинофильмы • Фонографы и звукозапись •
Телеграфия и телефония