Alsatelecom.ru

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

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТА ПО ОТКРЫТОМУ И ЗАМКНУТОМУ ЦИКЛУ

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТА ПО ОТКРЫТОМУ И ЗАМКНУТОМУ ЦИКЛУ

ЛЕКЦИЯ №16

ТЕМА:ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ КЛИНКЕРА И ДОБАВОК К ЦЕМЕНТУ. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТА ПО ОТКРЫТОМУ И ЗАМКНУТОМУ ЦИКЛУ

Помол клинкера — важный технологический процесс, один из наиболее энергоемких в цементном производстве. Многие свойства цемента (активность, интенсивность нарастания прочности, морозостойкость и др.) зависят не только от химического и фазового состава клинкера, но и от тонкости помола.

Клинкер и добавки измельчают в трубных мельницах открытого и замкнутого цикла.

1. Одностадийный в открытом цикле (если не требуется высокой уд. поверхности)

2. Двухстадийный в открытом цикле (напр, при получении шлакоПЦ: клинкер грубо молят в короткой мельнице, затем крупку и шлак – во второй мельнице)

3. Одностадийный в замкнутом цикле с сепараторами (наиболее целесообразен для БТЦ и высокопрочных ПЦ: измельченный клинкер подается в сепараторы, крупка возвращается на домол, а готовый продукт – в силосы; эта схема проста и ее можно быстро перевести на открытый цикл; недостаток — перемол)(вариант – сепарирование после первой или второй камеры и отправка крупки во вторую камеру мельницы; эффективность помола, сложность оборудования)

4. Двухстадийный в замкнутом цикле (сепарация после первой и второй мельниц)

На последних стадия измельчения в мельнице развивается высокая температура (до 150-160 о С), производительность падает. Для снижения температуры можно впрыскивать воздушно-водяную смесь (не более 1,5% массы цемента. Могут вводиться ПАВ.

Трубные мельницы сравнительно просты по конструкции, удобны в эксплуатации, обеспечивают высокую степень измельчения, поддаются автоматизации. Однако они имеют существенные недостатки: малы скорости воздействия мелющих тел на материал, в работе измельчения участвует только часть мелющих тел; рабочее пространство барабана используется всего на 35—45%; высокий удельный расход электроэнергии (35— 40 кВт ч/т цемента); значительный износ мелющих тел и футеровки (1—1,2 кг/т цементного клинкера); большая металлоемкость, высокий шум при работе. При этом удельная производительность составляет около 0,1 т/ч на 1 т массы мельницы, к. п. д. 0,005—0,01.

Мельницы загружают мелющими телами на 28—35% их объема. Массу и ассортимент мелющих тел подбирают путем испытаний мельницы, при которых проверяют ее производительность и тонкость помола в отдельных камерах. Износ мелющих тел возмещают периодической догрузкой их через определенные промежутки времени (не реже чем через 100 ч работы). Через длительный срок работы (не реже чем через 1800 — 2000 ч) мелющие тела полностью заменяют. Способность материалов к измельчению оценивается коэффициентом размолоспособности, представляющим собой отношение удельного расхода энергии при измельчении эталонного материала к удельному расходу энергии на измельчение сопоставляемого с ним материала при одинаковой степени их измельчения. Обычно эталоном служит цементный клинкер средней размалываемости, коэффициент размолоспособности которого принимается за единицу. Коэффициент размолоспособности для известняка 1,2—1,8; для доменного шлака (гранул) 0,8—1,1; для сухой глины 1,5—2.

На рисунке показана трубная мельница 2х10,5 с центральным приводом. Барабан 3, установленный в подшипниках 2, приводится во вращение двигателем 9 через редуктор 7 и промежуточный вал 6. Материал подается в барабан по загрузочному устройству 1, а готовый продукт выводится при помощи разгрузочного устройства 5. В средней части барабана размещена разгрузочно-загрузочная межкамерная секция. Мельница снабжена системой централизованной смазки 10 для обслуживания редуктора и подшипников барабана. Для ремонтных работ мельница имеет вспомогательный привод 8. Для понижения температуры и снятия статического электричества, возникающего во второй камере при истирании клинкера с добавками, в мельницу вводится вода из установки 11, состоящей из насоса, распределительной системы, трубопроводов и форсунки.

Помол происходит в следующей последовательности:

Рисунок 16.1 – трубная мельница 2х10,5 м: 1 -загрузочная воронка,2-питатель,3-полый шнек, 4-полая цапфа, 5-межкамерная перегородка, 6-конус, 7-торцевая решетка, 8- лопасти, 9- конус, 10-трубошнек, 11-патрубок, 12-окна, 13-сито, 14-патрубок готового продукта, 15 — патрубок

Материал подается в загрузочную воронку 1 и далее через питатель 2 и полый шнек 3, расположенный в полой цапфе 4, поступает в первую камеру барабана. Измельчаемый материал постепенно, продвигается через первую камеру с шарами, к межкамерной перегородке 5 и через щели в ней и при помощи элеваторных лопастей поднимается и ссыпается на конус 6, который направляет его во вторую камеру с цельпебсами. При необходимости часть материала может быть направлена снова в первую камеру. По мере измельчения материал выходит из мельницы через щели в торцевой решетке 7 и при помощи лопастей 8 и конуса 9 направляется в трубошнек 10. Шнек подает материал в патрубок 11, из которого он, просыпаясь через окна 12, попадает на сито 13. Раздробленные мелющие тела задерживаются на сите и затем отводятся по патрубку 15, а готовый продукт через патрубок 14 направляется на склад. Такой цикл работы называется открытым, а сама мельница называется проходной.

При вращении мельницы мелющие тела, прижимаемые центробежной силой инерции к стенкам барабана, поднимаются на некоторую высоту. Под действием силы тяжести, преодолевающую вертикальную составляющую силы инерции, вызываемой ею силы трения мелющие тела падают на слой материала, дробят его и частично истирают. Цильпебсы продолжают измельчение мелкодробленого материала истиранием.

Барабан мельницы сварной, выполнен из листовой стали М16С. Внутренняя поверхность барабана футерована броневыми плитами из износостойкой легированной стали со звукоизолирующей прокладкой. Первая камера футерована каблучковыми плитами, а вторая − ступенчатыми или волнистыми плитами. В некоторых случаях допускается применять специальную резиновую футеровку.

Внутри барабана посредине установлено разгрузочно-погрузочное устройство, представляющее собой систему перегородок, образующих две полости – разгрузочную и загрузочную. Первая полость имеет в стенках барабана разгрузочные окна. Вторая полость оборудована системой направляющих лопаток и загрузочным конусом. При работе мельницы по открытому циклу разгрузочные окна закрывают специальными крышками

Мельница имеет центральный привод, ведущий вал которого присоединен к выходной цапфе. Электродвигатель и редуктор вынесены в отдельное помещение, чтобы свести к минимуму попадание в них пыли.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТА ПО ОТКРЫТОМУ И ЗАМКНУТОМУ ЦИКЛУ

Измельчение цементного клинкера на современных цементных заводах производится преимущественно с использованием шаровых мельниц.

В основном используются следующие технологические схемы: помол клинкера по открытому циклу и помол в замкнутом цикле с последующей классификацией получаемого материала.

Технологическая схема по открытому циклу объективно считается устаревшей, хотя на отечественных цементных заводах еще используется достаточно широко.

Трубные шаровые мельницы с открытым циклом измельчения в производстве цемента применяют как для помола сырьевых материалов, так и для окончательного помола цементного клинкера.

Длина шаровых мельниц, работающих по открытому циклу, в 4-5 раз превышает их диаметр. На цементных заводах применяют трубные мельницы размерами 4 х 13.5, 3.2 х 15, 2.6 х 13 метров и др. Их производительность при помоле цементного клинкера до остатка 8-10 % на сите № 008 достигает соответственно 90, 50, 25 т/ч. Такие мельницы приводятся во вращение двигателями соответственно 3200, 2000, 1000 кВт.

Работая в режиме повышенного энергопотребления, имея впечатляющие габаритные размеры и производительность, качество портландцемента, получаемого с использованием трубных мельниц, оставляет желать лучшего.

Читайте так же:
Цементный раствор с добавлением клея пва

Рисунок 16.2 — Измельчение цементного клинкера в шаровой мельнице работающей по открытому циклу

Современные технологии получения цемента

Производство цемента является одной из наиболее материало- и энергоемких отраслей промышленности. Для получения 1 тонны цемента требуется до 3 тонн сырьевых материалов. Поскольку запасы природного сырья постепенно истощаются, то использование различных отходов с целью замены природных компонентов является весьма актуальным.

В связи с этим целью настоящей работы являлось исследование возможности замены части карбонатного компонента сырьевой смеси на отход сахарного производства – дефекат. В настоящее время дефекат направляется в отвал, занимая полезные площади, при высыхании дефеката образуется пыль, ухудшающая экологическую обстановку [1].

Результаты исследований показали (см. табл. 1, рис. 1), что отход содержит 48,4 % СаО в виде СаСО3 (линии 3,86; 3,04; 2,50; 2,28; 2,09; 1,91; 1,87 Å), 2,65 % SiO SiO2 в виде кварца (линия 3,36 Å), 1,12 % MgO и около 1,5% других оксидов.

Если бы дефекат был представлен только кристаллическим кальцитом СаСО3 , то потери при прокаливании должны были составлять 38,03 %. Фактически потери равны 45,6 %, т. е. разница составляет 7,57 % органических веществ (нерастворимые сахараты кальция и магния и другие). Подтверждением наличия органических соединений является экзотермический эффект выгорания на кривой DТА при 330 0 С (см. рис. 1). При температуре 930 0 С наблюдается эндоэффект разложения кальцита СаСО3 .

Вскрышной мел Стойленского горно-обогатительного комбината (СГОКа) чистый, содержит 54,07 % СаО и около 2,6 % примесей. На рентгенограмме все отражения принадлежат кальциту СаСО3 .

Влажность природного мела СГОКа составила 21,8 %, а дефеката из отвалов – 25 %. Именно высокая влажность дефеката предопределяет его использование в производстве цемента по мокрому способу. Чтобы определить влияние дефеката на реологические свойства сырьевого шлама исследовалась растекаемость мелового, дефекатного и мело-дефекатного (мел: дефекат = 1: 1) шламов. Установлено, что растекаемость мелового шлама 60 мм достигается при влажности 41 %, дефекатного шлама – при влажности 44,7 %, а мело-дефекатного – при влажности 42 %. Вероятно, меньшая растекаемость мело-дефекатного шлама обусловлена влиянием органических веществ, присутствующих в дефекате.


Рис. 1. Рентгенограмма и ДТА дефеката


Рис. 2. Рентгенограмма глины и отвального шлака

В качестве алюмосиликатного компонента сырьевой смеси использовалась глина СГОКа, содержащая 68,15 % SiO2 и 13,05 % Al2O3 , а так же Fe2O3 (4,53 %), CaO(1,63%)и R2O(1,6 %). Как видно, глина малоалюминатная, отношение SiO2 к Al2O3 составляет 5,2, поэтому для получения оптимального состава сырьевой смеси необходимо введение алюмосодержащей добавки. На рентгенограмме глины (рис. 2) основные отражения относятся к кварцу SiO2 (линии 4,28; 3,35; 2,46 Å) и монтмориллониту Al2O3 ·4SiO2 ·nH2O(линии16,83-14,73;4,48;3,18; 3,04; 2,58 Å). Глинистые минералы ввиду несовершенства структуры и небольшого количества на рентгенограмме проявляются слабо. Щелочи в глине представлены в виде калиевого полевого шпата K2O·Al2O3 ·6SiO2 (линии 3,26; 3,18 Å).

В качестве железосодержащей добавки использовался отвальный шлак электросталеплавильного производства. Основными оксидами в шлаке являются СаО (38,47 %), SiO2 (20,41 %) и Fe2O3 (17,11 %). На рентгенограмме основные отражения принадлежат гидросиликату кальция C2SH(A)(линии 3,26;2,88;2,81;2,74;2,53; 2,48; 2,42; 2,24 Å), двухкальциевому силикату γ‑C2S (линии 3,01;2,74;2,72 и 2,32Å),кальций-магниевым силикатам C7MS4 (линии 2,74; 2,72; 2,67; 2,24; 2,21 Å) и C5 MS3 (линии 2,88; 2,74; 2,72; 2,67; 2,24 Å) и периклазу MgO(линия 2,10 Å). Немного содержится мелилита С2 (А, М) S2 (линии 2,85; 2,40; 2,30 Å) и портландита Са(ОН)2 (линии 3,09; 2,61 Å). Кроме того, шлак содержит Fe2O3 в виде вюстита FeO (линия 2,14 Å) и гематита Fe2O3 (линии 2,67; 2,53 Å).

Для получения оптимального содержания Al2O3 в сырьевой смеси дополнительно использовалась высокоалюминатная глина с содержанием 22,75 % Al2O3 и отношением SiO2 к Al2O3, равным 1,54.

Сырьевые смеси рассчитывались с КН = 0,92, n=2,2 и p=1,3 на основе смеси мела и дефеката в соотношении 1: 1 (№ 1) и на основе чистого дефеката (№ 2). Установлено, что в сырьевой смеси № 1 содержание Al2O3 = 3,51 и Fe2O3 = 2,70 %, при использовании чистого дефеката содержание Al 2O3 снижается до 3,39 % и Fe2O3 до 2,61 %. Поэтому сырьевая смесь № 2 рассчитывалась с n=2,15.

Влияние дефеката на процесс минералообразования исследовалось на основе сырьевых смесей № 1 и № 2, содержащих различное количество дефеката. Реакционная способность сырьевых смесей определялась по содержанию СаО св. при температурах 1250, 1350 и 1450 0 С. Установлено, что при температуре 1250 0 С содержание СаО св в спеке смеси № 1 равно 18,9 %, а в спеке смеси № 2-16,1 % (рис. 3). С появлением клинкерного расплава возрастает интенсивность процесса минералообразования. Более ускоренное усвоение СаО наблюдается в смеси № 2 и при 1350 0 С, содержание СаО св в спеке смеси № 1 составило 11,2 %, а в спеке смеси № 2-8,1 %. При температуре 1450 0 С без выдержки в спеке смеси № 2 также наблюдается бόльшая скорость усвоения СаО св. Так, содержание СаО св в спеке смеси № 1 составляет 4,7 %, в спеке смеси № 2-1,5 %.

Рис. 3. Усвоение СаО св при нагревании сырьевых смесей

Таким образом, процессы минералообразования в сырьевой смеси, содержащей 100 % дефеката, протекают интенсивнее, чем в сырьевой смеси, содержащей 50 % дефеката, что подтверждается рентгенофазовым анализом спеков. Так, при всех исследуемых температурах спеки смеси № 2 содержат меньше неусвоенного СаО и больше образовавшихся клинкерных минералов C3S и C2S.

Обжиг цементных клинкеров проводился одновременно в силитовой печи при температуре 1450 0 С с выдержкой 40 минут. Все клинкера хорошо обожглись, содержание свободной извести – менее 1 %. Расчетное содержание алита С3S в клинкере № 1 на основе смеси мела и дефеката в соотношении 1: 1 равно 61 %, белита C2S–17%, – 17 %, трехкальциевого алюмината С3A — 8 %, а сумма минералов плавней (трехкальциевого алюмината С3A и четырехкальциевого алюмоферрита C4AF) составляет 21 %. В клинкере № 2 на основе чистого дефеката немного меньше С3S(60%) иС (60 %) и С3A (7,8 %) и соответственно сумма минералов плавней (20 %), но больше белита (18 %). Во всех клинкерах повышенное количество MgO,в клинкере № 1-2,28 %, а в клинкере № 2-2,79 %. Сумма нежелательных оксидов SO3 и R2 соответственно соответственно равна 0,73 и 0,96 %.

Прочность лабораторных цементов с удельной поверхностью 300 ± 10 м2 / кг определялась в малых образцах размером 1,41×1,41×1,41 см из теста нормальной густоты состава 1: 0. Для сравнения также в малых образцах заформовали промышленный цемент ПЦ 500-Д0 с удельной поверхностью 290 м2 / кг и прочностью 52,6 МПа. Затем прочность лабораторных цементов соотносилась с прочностью промышленного цемента, определенной в малых образцах и по ГОСТ 310.4-85.

Рис. 4. Прочность лабораторных цементов, МПа

Прочность промышленного цемента ПЦ 500-Д0, определенная по ГОСТу, в возрасте 3 суток составила 29,2 МПа, а в 28 суток – 52,6 МПа. Как видно, прочность лабораторного цемента № 1 на основе смеси мела и дефеката в соотношении 1: 1 в возрасте 3 суток составляет 28,1 МПа, к 28 суткам достигает 51,3 МПа, что соответствует марке 500 (см. рис. 4). Использование только дефеката в сырьевой смеси № 2 приводит к снижению прочности цемента в 3 суток до 26,5 МПа, а в 28 суток – до 40,5 МПа.

Читайте так же:
Цементный раствор чем заменить песок

Выводы

Использование дефеката в качестве заменителя карбонатного компонента в количестве 50 % позволяет получить сырьевой шлам с требуемыми реологическими свойствами. При обжиге мело-дефекатного шлама получается высококачественный цемент марки 500. При использовании чистого дефеката в качестве карбонатного компонента сырьевой смеси получается портландцемент только марки 400.

  1. Силин, П. И. Технология сахара. – М.: Пищевая промышленность, 1967. – 624 с.

Технология получения, свойства, применение портландцемента (ПЦ).

Портландцемент есть гидравлическое вяжущее вещество — продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого обжигом до спекания сырьевой смеси, состоящей в основном из известняка (75-78 %) и глины (25-22 %).

Получение Важнейшими технологическими операциями при получении портландцемента являются:а) приготовление сырьевой смеси;б) превращение ее путем высокотемпературного обжига в клинкер;в) магазинирование и помол клинкера в тонкий порошок с добавкой природного гипса.

Сырьевую смесь готовят мокрым или сухим способом. В первом случае смешение и измельчение сырьевых материалов производят с добавкой значительного количества воды; получающаяся смесь имеет вид сметанообразной жидкости, называемой шламом. При сухом способе сырьевые материалы перед смешением и измельчением подвергают высушиванию.

Таким образом основным компонентом портландцемента является портландцементный клинкер, содержащийся в готовом продукте в количестве от 95 до 97% по весу.

Сырьевые материалы мергель, глинистые породы, корректирующие добавки отходы производства

Свойства Среди цементов на основе портландцементного клинкера портландцемент, не содержащий добавок, обладает самой большой плотностью. Чем тоньше помол цемента, тем выше скорость его схватывания и твердения, а также выше прочность в начальные сроки твердения. Водопотребность портландцемента относительно невелика и составляет 24—28 % воды (для получения теста нормальной густоты). начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания — не позднее чем через 10 ч от начала затворения. Наиболее быстрый рост прочности портландцемента наблюдается в течение первого месяца твердения. В дальнейшем прочность повышается медленно.. Растворы и бетоны на портландцементе при хранении на воздухе дают усадку (уменьшение объема), а при хранении в воде – набухание (увеличение объема). Разрушение бетона при многократном попеременном замораживании и оттаивании объясняется тем, что вода при переходе в лед увеличивается в объеме примерно на 9 %. Это постепенно ведет к образованию и накоплению небольших трещин и в конечном результате приводит к разрушению бетона.

Применение Портландцемент широко применяется для монолитного и сборного бетона и железобетона. Его можно применять в надземных, подземных и подводных частях сооружений, в том числе и подверженных многократному попеременному воздействию воды и мороза. Применяют портландцемент также для высокопрочных растворов (например, в армоцементных конструкциях). Добавки к портландцементу извести и глины пластифицируют растворные смеси, повышая их удобоукладываемость, однако, прочность раствора несколько снижается.

Минералогический состав ПЦ, его влияние на свойства вяжущего и готового изделия.

Вяжущие свойства ПЦ обусловлены свойствами и содержанием искусственных минералов, составляющих клинкер и степенью измельчения цемента. В составе клинкера выделяют четыре основных минерала, имеющих кристаллическое строение: алит, белит, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит. Алит — основной минерал ПЦ клинкера. Содержание в клинкере- 45 . 65% (т.е. наибольшее). Алит обладает высокой гидравлической активностью. Алит быстро твердеет и набирает высокую прочность.

Белит — второй по важности и содержанию силикатный минерал клинкера (20 . 30%). Он медленно набирает прочность, но при длительном твердении в благоприятных условиях его прочность весьма высока. Суммарное содержание алита и белита в клинкере портландцемента может доходить до 80%, что дает основание называть его силикатным цементом.

Трехкальциевого алюмината в портландцементе содержится 4. 12%. Самый активный из клинкерных минералов. Однако продукт его гидратации имеет повышенную пористость, низкую прочность и долговечность. Быстрое взаимодействие с водой вызывает преждевременное схватывание цементного теста.

Четырехкальциевого алюмоферрита в портландцементе содержится 10. 20%. По скорости твердения занимает промежуточное положение между алитом и белитом, но не обладает высокой прочностью.Кроме того, в составе клинкера в небольшом количестве имеется стекловидная фаза, состоящая в основном из CaO, A12O3, Fe2O3, MgO, Na2O, K2O, а также свободные MgO и СаО. Содержание свободных оксидов магния и кальция в виде пережога в клинкере не должно превышать соответственно 5 и 1 %. Эти ограничения должны исключить опасность неравномерного изменения объема при твердении цемента.

Показатели качества ПЦ.

Качество цемента оценивают по основным и рекомендуемым показателям. Основные: химический и минеральный состав, предел прочности на сжатие, равномерность изменения в объёме цементного камня, активность цемента, нормальная густота цементного теста. Рекомендуемые: сроки схватывания, тонкость помола, коррозионная стойкость, содержание свободной окиси Ca, огнеупорность. При соответствии всех показателей требованиям ГОСТа цементу присваивают марку.

1.Нормальная густота цементного теста выражает процентное содержание воды по отношению к цементу, необходимое для придания тесту определенной степени пластичности. Водопотребность цемента зависит от тонкости помола, минералогического состава и др. Для полной гидратации минералов портландцемента необходимо около 22% воды от массы цемента. Нормальная густота цементного теста находится в пределах 22…28%. Уменьшение водопотребности цемента улучшает его качество.

2. От тонкости помола зависит прочность, сроки схватывания и интенсивность твердения. Тонкий помол цементов улучшает их качество, однако слишком тонкий помол может привести к отрицательным воздействиям (возрастает водопотребность и усадка, снижается прочность). Для качественных цементов остаток на сите №008 должен быть не более15 %.

3.Сроки схватывания отражают процесс гидратации цемента и начальный период формирования структуры. Скорость схватывания цемента зависит от минерального состава, тонкости помола, количества воды затворения, температуры. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания ¾ не позднее 10 часов. 4. Содержание свободных СаО и МgО в цементе не должно превышать соответственно 1 и 5%. Если в составе цемента содержатся свободные оксиды кальция и магния сверх нормы, то такие цементы неравномерно изменяют объём при твердении,

5. Прочность ¾ основное свойство, характеризующее качество любого цемента. Для её оценки используют стандартную характеристику ¾ марку. При определении марки учитывают предел прочности при сжатии и при изгибе. Действительный предел прочности при сжатии цементных образцов, испытанных в возрасте 28 сут, называют активностью цемента.

6) Взаимодействие портландцемента с водой приводит к образованию новых гидративных веществ, обусловливающих схватывание и твердение теста, растворной или бетонной смеси. Состав ценообразований зависит от химического и минерального составов цементов, а также от ряда других факторов и в первую очередь от температуры, при которой взаимодействуют компоненты. Наиболее быстрый рост прочности ПЦ наблюдается в течение первого месяца твердения, в дальнейшем прочность повышается очень медленно. Скорость твердения ПЦ зависит от тонкости помола, минерального состава, температуры. Понижение температуры замедляет твердение цементных растворов и бетонов, в связи с этим при укладке бетона в зимнее время принимают цементы высоких марок( 500 и >). Не следует допускать замораживания бетона в раннем возрасте, т.к. при оттаивании цем. камень не наберет необходимой прочности. Помимо температуры значительное влияние на рост прочности оказывает влажность. При твердении ускоряет гидратацию клинкерных формирований и кристаллизацию продуктов твердения. Прочность при твердении возрастает очень быстро. 10 часов пропаривания достаточно для получения бетонных изделий с 70% отпускной прочностью. Дальнейшее твердение пропаренного бетона протекает достаточно медленно и к 28 дневному сроку составляет 80-85% той прочности, которую принимает бетон к 28 суткам твердения.

Читайте так же:
Чем оттереть цемент с ванны

Водопроницаемость – свойство материала пропускать воду под давлением. Водопроницаемость оценивают по коэффициенту фильтрации Кф (м2/ч), который равен количеству воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 м2 площади испытуемого материала при постоянном давлении. Чем ниже Кф, тем выше марка по водонепроницаемости.

Воздухостойкость – способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери механической прочности. Природные и искусственные хрупкие каменные материалы (бетон, керамика), сжимающиеся при высыхании и расширяющиеся при увлажнении, разрушаются вследствие возникновения растягивающих напряжений. В подобных условиях работают дорожные покрытия, надводные части гидротехнических сооружений.

Коррозионная стойкость цемента обуславливает его способность противостоять практически любому агрессивному воздействию внешней среды. Одним из видов цемента, который характеризуется повышенной коррозионной стойкостью, является пуццолановый цемент. Используют пуццолановый цемент для возведения подземных и подводных сооружений.

Термостойкость – способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры.

Ползучестью называется свойство цементного камня или бетона необратимо деформироваться под влиянием длительно действующих в них напряжений, возникающих при действии внешних нагрузок, а также усадки, температурного и других факторов.

Способ получения цементного бетона

Изобретение относится к области технологии получения бетонных изделий и конструкций на основе портландцемента. В способе получения цементного бетона с применением активации минеральных заполнителей путем измельчения, удаления пылевидных и глинистых фракций, подбора гранулометрии крупного и мелкого заполнителей, расхода цемента и водоцементного отношения, приготовления бетонной смеси из указанных компонентов и ее твердения, перед приготовлением бетонной смеси мелкий и/или крупный силикатосодержащей заполнитель подвергают автоклавной обработке насыщенным водяным паром с температурой от 120 до 210°С в течение 1-8 часов. Автоклавной обработке могут подвергать только мелкий заполнитель в виде кварцевого песка, в этом случае до автоклавной обработки осуществляют измельчение кварцевого песка в мельнице с удельными энергозатратами 1-6 кВтч на тонну, удаление пылевидных и глинистых частиц. Заполнитель подвергают автоклавной обработке в присутствии от 0,4 до 2,0% извести, или гидроксида натрия, или жидкого стекла, или портландцемента. Технический результат — повышение прочности, долговечности, морозостойкости и коррозионной стойкости бетона, предназначенного для особо ответственных сооружений, в том числе для крупноразмерных монолитных конструкций. 3 з. п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к технологии производства цементного бетона.

Известен способ получения цементного бетона, основанный на измельчении цементно-песчаного раствора с добавкой пластификаторов, позволяющий существенно повысить физико-технические характеристики бетона (1).

Нашло широкое применение сочетание способов получения бетона, которые создали основу современной технологии этого эффективного строительного материала. Оно включает применение активации минеральных заполнителей путем дробления, измельчения, удаления пылевидных и глинистых фракций, подбора гранулометрии крупного и мелкого заполнителя — песка и щебня, расхода цемента и водоцементного отношения, а также приготовление и твердение бетонной смеси. Эти основополагающие положения подробно описаны в (2).

Комплекс указанных способов по своей технической сущности наиболее близок к заявляемому изобретению и принят в качестве прототипа. Несмотря на огромный прогресс в современной технологии производства бетона, в ней имеется существенный недостаток, устранение которого еще не оценено должным образом как перспективное направление дальнейшего совершенствования технологии и повышения качества бетона.

Здесь имеется в виду слабое звено в структуре бетона — прочность связей между цементными новообразованиями и поверхностью крупного и мелкого заполнителя. Если в кристаллах минерального заполнителя и в цементных новообразованиях прочность обусловлена наличием сильных химических связей, то прочность связей на границе “цементные новообразования — минеральный заполнитель” обусловлена относительно слабыми связями физического характера — адгезионным взаимодействием. Вышесказанное подтверждается характером разрушения бетонных образцов, в которых хорошо просматриваются гладкие поры в цементном камне, образованные зернами крупного и мелкого заполнителя.

Задачей настоящего изобретения является усиление сцепления цементных новообразований с поверхностью зерен заполнителя.

Эта задача решается путем создания на поверхности заполнителя реакционного слоя, способного вступать в химическое взаимодействие с цементом при твердении. Указанное взаимодействие обеспечивает значительное повышение прочности бетонного камня. Образование тонкого реакционноспособного слоя на поверхности кварца и некоторых силикатов достигают гидротермальной обработкой заполнителя в автоклаве.

Сущность и отличительные признаки изобретения состоят в следующем. В способе получения цементного бетона с применением активации минеральных заполнителей путем измельчения, удаления пылевидных и глинистых фракций, подбора гранулометрии крупного и мелкого заполнителей, расхода цемента и водоцементного отношения, приготовления бетонной смеси из указанных компонентов и ее твердения, перед приготовлением бетонной смеси мелкий и/или крупный силикатосодержащий заполнитель подвергают автоклавной обработке насыщенным водяным паром с температурой от 120 до 210°С в течение 1-8 часов.

Физико-химической основой процесса образования реакционного слоя на поверхности заполнителей является способность к растворению кварца и некоторых силикатов в воде при гидротермальной обработке с образованием кремниевой кислоты. Добавка извести, гидроксида натрия, жидкого стекла или портландцемента приводит к образованию в слое гидросиликатов кальция или натрия, а также ускоряет кинетику процесса.

Другой отличительной особенностью способа является то, что автоклавной обработке подвергают указанный мелкий заполнитель в виде кварцевого песка.

Этот способ экономичен и дает наибольший эффект в увеличении прочности бетона, в особенности цементно-песчаного микробетона.

Другое отличие способа получения бетона состоит в том, что указанный заполнитель подвергают автоклавной обработке в присутствии от 0,4 до 2,0% щелочной добавки в виде извести, или гидроксида натрия, или жидкого стекла, или портландцемента.

Добавка этих реагентов весьма существенно ускоряет образование реакционного слоя на поверхности заполнителя.

И последним отличием нового способа является то, что до автоклавной обработки осуществляют измельчение кварцевого песка в мельнице с удельными энергозатратами 1-6 кВтч на тонну, удаление пылевидных и глинистых частиц.

Физико-химической основой процесса получения реакционного слоя на поверхности мелкого и крупного заполнителя является свойство кварца в гидротермальных условиях образовывать кремниевую кислоту типа силикагеля. Затем при обычном твердении бетонной смеси кремнекислота модифицированного заполнителя вступает в химическое взаимодействие с гидратами цементных минералов (портландитом, гидросиликатами кальция и др.), образуя прочную “сшивку” цементного камня с поверхностью заполнителя.

Растворимость обычного кварцевого песка при автоклавной обработке (10 ати, 4 часа) составляет примерно 0,2% от веса песка. Добавка небольшого количества щелочно-земельных или щелочных металлов в виде оксидов и гидроксидов (извести и гидроксида натрия) ускоряет процесс образования реакционного слоя на поверхности заполнителя.

В качестве щелочной добавки применяют также жидкое стекло в виде коллоидного водного раствора натриевого или калиевого силиката.

Читайте так же:
Чем снять цемент с окон

Для этой же цели используют портландцемент.

Таким образом успешно усиливают наиболее слабый элемент в структуре цементного бетона, и прочность этого строительного материала существенно повышается. При этом происходит и частичное устранение дефектов в структуре заполнителя.

Зависимость прочности образцов бетона Rсж через 28 суток от режимов автоклавной обработки кварцевого песка и количества щелочной добавки приведена в табл.1.

Зависимость прочности образцов бетона от предварительной обработки в автоклаве заполнителя в присутствии щелочной добавки и без нее приведена в табл. 2.

В качестве примеров, подтверждающих эффективность предлагаемого способа получения цементного бетона путем предварительной автоклавной обработки силикатного заполнителя, в таблице 1 приведены результаты испытаний цементно-песчаных образцов. Установлено, что модифицирование песка автоклавной обработкой позволяет повысить прочность образцов до 33%, а гидротермальная обработка песка в присутствии 2,0% извести увеличивает прочность цементно-песчаных образцов относительно контрольных на 63%. Добавка 1,5% гидроксида натрия позволяет повысить прочность образцов на 70%.

С достаточной уверенностью можно считать, что такие свойства бетона, как долговечность и стойкость в коррозионных средах, увеличивается синхронно с прочностью.

В таблице 2 приведены результаты испытаний бетона, изготовленного на обычном и модифицированном заполнителе. Весовой состав компонентов бетона во всех образцах был одинаковый. Расход цемента марки 500 был равен 500 кг/м 3 , водоцементное отношение 0,45, содержание чистого кварцевого песка с модулем крупности Мкр 1,2 равно 600 кг/м 3 , а в качестве крупного заполнителя применен песчаник фракции 5-10 мм в количестве 1300 кг/м 3 . Образцы бетона изготавливали вибрированием в формах 101010 см.

Результаты испытаний показали высокую эффективность процесса предварительной гидротермальной обработки заполнителя в автоклаве. Максимально достигнутое повышение прочности образцов с применением модифицированного заполнителя составляет 66% относительно контрольных образцов.

В таблице 3 приведены результаты испытаний бетона, изготовленного на крупном заполнителе из гранита и диабаза, в зависимости от вида щелочной добавки, в качестве которой использовались портландцемент и жидкое стекло. Для сравнения приведены результаты испытаний бетона на граните и диабазе, не подвергавшемся автоклавной обработке. Из представленных данных следует, что прочность бетона с добавкой портландцемента может повыситься на 61%, а с добавкой жидкого стекла на 80% по сравнению с контрольными образцами.

Экспериментально установлено, что предварительное измельчение песка в стержневой мельнице с удалением глинистых частиц, и последующая автоклавная обработка мелкого заполнителя обеспечивает дополнительный рост повышения прочности бетона на 10-30% за счет механической активации песка.

Предлагаемый способ получения бетона имеет хорошие перспективы для применения в особо ответственных и долговечных сооружениях, таких как мосты, эстакады, напорные трубы, шпалы и фундаменты высотных зданий, а также в производстве тонкостенных армобетонных конструкциях.

Зенкин В. К. и др. Способ приготовления бетонной смеси. Патент № РФ 2012552. БИ № 9 от 15.05.1994 г.

2. Баженов Ю.М. Технология бетона. М., Высшая школа, 1978 г., с. 25-47, 183-186.

1. Способ получения цементного бетона с применением активации минеральных заполнителей путем измельчения, удаления пылевидных и глинистых фракций, подбора гранулометрии крупного и мелкого заполнителей, расхода цемента и водоцементного отношения, приготовления бетонной смеси из указанных компонентов и ее твердения, отличающийся тем, что перед приготовлением бетонной смеси мелкий и/или крупный силикатосодержащий заполнитель подвергают автоклавной обработке насыщенным водяным паром с температурой от 120 до 210°С в течение 1-8 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что автоклавной обработке подвергают указанный мелкий заполнитель в виде кварцевого песка.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный заполнитель подвергают автоклавной обработке в присутствии от 0,4 до 2,0 % щелочной добавки в виде извести, или гидроксида натрия, или жидкого стекла, или портландцемента.

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что до автоклавной обработки осуществляют измельчение кварцевого песка в мельнице с удельными энергозатратами 1-6 кВт·ч на тонну, удаление пылевидных и глинистых частиц.

Современные технологии производства качественного цемента

Сразу ответим на вопрос – можно ли сделать цемент своими руками? Имея необходимое оборудование и исходные материалы – получить цемент в домашних условиях можно. На данный момент времени в Российской Федерации большим спросом пользуются мини-заводы по производству цемента, мощностью порядка 120 000 тонн цемента в год. Производить же цемент для единичной стройки экономически невыгодно. Проще и дешевле купить этот необходимый строительный материал на заводе или в магазине.

Состав цемента

Цемент получается при длительном дроблении 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 СaSO4·2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Схема производства цемента

Это отработанный многими десятилетиями процесс, который имеет несколько принципиально новых способов, состоящих из следующих основных этапов:

  • Разработка, добыча, доставка и обогащение исходных материалов: известняковых и глиноземных пород для производства клинкера;
  • Получение клинкера. Является одним самых энергозатратных, поэтому самых дорогостоящих этапов схемы производства цемента. В частности на осуществление этого этапа приходится до 75% затрат на производство цемента. В общем случае технология производства клинкера выглядит так: подготовленную смесь компонентов заливают водой, дают отстояться в течение определенного периода времени, после чего начинается термическая обработка в печах при температуре до 1 500 градусов Цельсия. При этом исходные компоненты клинкера спекаются в виде гранул определенной фракции;
  • Измельчение клинкера. На этом этапе происходит мелкодисперсное измельчение гранул клинкера и введение присадок, которые определяют специальные свойства и марку цемента. По сути это конечный этап схемы изготовления цемента, который оканчивается фасовкой данного материала в мягкие контейнеры Биг-Бены, бумажные многослойные клапанные мешки или транспортировкой в силосы для последующей реализации «навалом».

Производство цемента на заводах

На данный момент времени производителями цемента используются три технологии производства связующего:

  • Мокрый способ.
  • Сухой способ.
  • Комбинированный метод.

Стоит заметить что «сухую» технологию используют зарубежные производители цемента: Египет, Турция и Китай. «Мокрая» же технология традиционно используется отечественными цементными заводами.


циклы производства цемента

Сухой способ

Здесь нет необходимости использовать воду. Исходный материал (глину и известняк) дробят на специальном оборудовании. Сушат и перемалывают в мелкодисперсную муку, смешивают пневматическим способом и подают на обжиг.

Образовавшийся в результате обжига цементный клинкер измельчается до соответствующей степени фракции, фасуется в упаковку и отправляется на склад готовой продукции. Данный способ позволяет снизить затраты на производство, однако отличается «капризностью» к однородности исходных материалов и является экологически опасным вариантом.

Мокрый способ

Неоспоримые достоинства данного метода заключается в возможности точного подбора состава исходного сырья при высокой неоднородности исходных компонентов: порода, вид породы и пр. Исходный материал (шлам) представляет собой жидкую субстанцию, содержащую до сорока процентов влаги.

Перед тем как сделать цемент, состав шлама корректируется в специальных технологических бассейнах. После выдержки сырья в бассейне, производится отжиг в специальных вращающихся печах и последующее измельчение.

Читайте так же:
Цемент штукат бергауф bau putz

Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии расходуемой на высушивание исходного сырья. Это существенно увеличивает себестоимость производства цемента, однако качество конечной продукции не страдает от возможной неоднородности клинкера, как при мокром варианте.

Комбинированные способы

Данная технология опирается на мокрый вид получения связующего. Промежуточную субстанцию обезвоживают по специальной технологии. Клинкер гранулируют с добавлением воды, после чего производят отжиг и последующее измельчение до той или иной марки цемента.

В числе достоинств комбинированного способа производства цемента: высокий выход «годного», возможность использования отходов металлургической промышленности.

Особенности полусухого способа

Полусухой метод производства цемента достаточно схож с сухим, но предполагает некоторые отличия. Фракция сырья, что проходит стадию гранулирования, равна примерно 10-20 миллиметрам, уровень влажности 11-16%. Сначала сырье обжигают в печах Леполь, потом создавшиеся гранулы отправляют в конвейерный кальцинатор.

Из печи выходят газы, проходящие сквозь гранулы, находящиеся на решетке. Таким образом сырье нагревается до 900 градусов, полностью высушиваясь в процессе. Такая термообработка способствует декарбонизации смеси примерно на 25-30%, что нужно для производства. После сырье отправляют в печь – это завершающий этап производства цемента.

Гранулированный цемент может обжигаться и в шахтных печах – в таком случае гранулирование осуществляется с частицами угля, после чего цемент уходит на хранение.

Как делают белый цемент

Технология производства белого цемента незначительно отличается от технологии производства обычного «серого» материала. Как и обычный «серый» материал, белый цемент выпускают сухим и мокрым способом. Основное отличие технологии – обжиг исходного сырья при высокой температуре и резкое охлаждение в воде.

Клинкер белого цемента характеризуется как «маложелезистый» и содержит в своем составе: минеральные добавки, известняк, гипс, соли и другие компоненты. В качестве исходного сырья для клинкера используются карбонатная и глинистая порода (известняк, каолиновая глина, отходы обогащения, кварцевый песок).

В Российской Федерации белый цемент производится только на одном предприятии – ООО «Холсим (Рус) СМ» (до 2012 года ОАО «Щуровский цемент»). Большинство белого цемента поставляется на рынок России из-за рубежа следующими (Словакия), «Cimsa иAdana» (Турция), «AalborgWhite»(Дания) и «AalborgWhite» (Египет).

Основное достоинство белого цемента его уникальная характеристика – белоснежность, а основной недостаток в разы большая стоимость по сравнению с обычным «серым» материалом.

Материалы для производства цемента

Сырьевыми материалами в производстве цемента служат в основном глинистые и карбонатные породы, а также иное природное сырье и некоторые типы промышленных отходов, шлаков и т.п.

Карбонатные породы — это известняк, известняк-ракушечник, мел, мергелистый известняк, мергель, метаморфические либо осадочные горные породы доломитового, карбонатно-глинистого и известнякового состава. Качество и ценность таких пород в качестве сырья для создания цемента определяется их структурой и физическими свойствами. Породы с кристаллической структурой хуже, по сравнению с породами аморфной структуры, взаимодействуют с другими элементами смеси при обжиге.

  • Мел – легко растирающаяся мягкая осадочная горная порода, вид мажущего известняка. Он легко измельчается и является популярным сырьем для создания цемента.
  • Мергель — осадочная порода, переходная от известняковых к глинистым. Может иметь твердую или рыхлую структуру, различную плотность и влажность в зависимости от процентной доли глинистых примесей. Строительные растворы на основе мергеля активно применяются при устройстве печей, каминов и т.п.
  • Из известняков для производства цемента предпочтительны пористые и мергелистые виды с небольшим порогом прочности на сжатие и без содержания кремниевых включений.
  • Из глинистых пород в производстве цемента применяют: суглинок, глину, лесс, глинистый сланец, а также лессовидные суглинки.

Глины, горные осадочные породы, состоят из разного рода минералов, при увлажнении приобретают пластичность и разбухают. В сухом способе производства цемента связующая способность и пластичность глины дает возможность гранулирования муки и брикетирования. Суглинком называется глина, в которой содержится высокое количество пылеватых и песчаных частиц.

Глинистые сланцы представляют собой плотные и твердые горные породы, способные легко расслаиваться на пластинки небольшой толщины. Относительно глины глинистые сланцы имеют более постоянный состав и меньшую влажность.

Лессом называется тонкозернистая горная порода, рыхлая и пористая, состоящая из тончайших частиц глинистых материалов, полевого шпата, кварца и иных силикатов. Лесс не отличается высокой пластичностью. Лессовидный суглинок – материал, по своим свойствам являющийся переходным между суглинком и лессом.

Кроме основного сырья в процессе производства активно используются различные виды корректирующих добавок в цемент, позволяющих изменить некоторые свойства конечного продукта. Это могут быть глиноземистые, кремнеземистые, глиносодержащие добавки, а также плавиковый шпат в качестве минерализаторов (кремнефтористый натрий, гипс, апатит, фосфогипс, флюорит)

Хотелось бы отметить, что сырьевой состав, как при сухом, так и при мокром способе производства цемента, может меняться в зависимости от местоположения цементного завода, от доступности того или иного вида сырья, от возможностей оборудования, спроса на те или иные виды продукции в этом регионе и многого-многого другого

Процесс изготовления

Цемент изготавливается в несколько этапов, к каждому из которых нужно относиться с должным вниманием. Специалисты производят следующие операции:

  1. Заранее смешиваются известняк и глина (75% и 25% соответственно) для дальнейшего получения клинкера.
  2. Глино-известняковая смесь подвергается температурному воздействию в районе полутора тысяч градусов по Цельсию. Полученная масса — это и есть клинкер.
  3. Далее клинкер измельчается в шаровой мельнице. Это специальный горизонтальный барабан, внутри которого находятся стальные шары. Они перемалывают клинкер в порошок. Чем меньше получаются фракции клинкера, тем более качественным будет конечный продукт.

Сырьевой материал


Завод по производству цемента
Цемент изготавливается на профильных заводах. Они, как правило, расположены вблизи от мест добычи первичного сырья, из которого позже будут изготавливать смесь.

Наиболее часто в качестве составляющих для цементного производства добываются несколько разновидностей полезных ископаемых.

Карбонатный тип.

Структура такого типа может быть как кристаллической, так и аморфной. Она положительно влияет на результат обжигания с другими составляющими. При достаточном уровне влажности этот наполнитель становятся пластичным, вязким, разбухает и достигает больших объемов. Карбонатное сырьё чаще используется при сухом варианте изготовления.

Рассмотрим подробнее карбонатные породы. К ним можно отнести:

  • Мел. Относится к осадочно-горным породам, очень легко перетирается. Наиболее распространенная составляющая цемента.
  • Мергель. Иначе его ещё называют мергелистый известняк. Это ископаемое осадочной породы, которое добывается как в твердом или разрыхленном состоянии. Оно отличается высокой концентрацией влаги. Мергель может содержать в себе примеси глины, благодаря чему оно имеет общие черты с известняковыми и глинистыми породами. Эти примеси могут влиять на строительные свойства и технические характеристики цемента, но незначительно, поскольку в смесь, в соответствии с утвержденными производственными стандартами, входят минеральные вещества в количестве не менее 15%.
  • Известняк, ракушечник. Это сырьё, в котором не наблюдается включений кремния. Поэтому он обладает пористой структурой, которая легко поддается силовому воздействию.
  • Доломитовые и осадочные породы, которые содержат в себе карбонаты. Такое сырьё очень ценно благодаря своим особенным свойствам.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector