Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ЦЕМЕНТЫ

ЦЕМЕНТЫ, порошкообразные минер. вяжущие материалы, образующие при взаимод. с водой или водными р-рами солей пластичную массу, превращающуюся со временем в твердое камневидное тело; осн. строит. материал.
Наиб. распространение получил т. наз. портландцемент (от назв. г. Портленд в Великобритании), содержащий гл. обр. высокоосновные силикаты кальция. Хим. состав портландцемента (без добавок), в % по массе: 62-76% СаО, 20-23% SiO2, 4-7% А12О3, 2-5% Fе2О3, 1-5% MgO; минералогич. состав, в % по массе: твердые р-ры на основе 3CaO x SiO2, или Са3SiO5 (алкит, 45-65%), 2CaO x SiO2, или Ca2SiO4 (белит, 15-30%), алюминат кальция ЗСаО x А12О3 (3-14%), алюмоферрат(III) кальция 4СаО x А12О3 x 2О3 (10-18%). Известны отличающиеся составом и назначением разл. виды портландцемента, напр, высокопрочный, быстротвердеющий, гидрофобный и др., его смеси с гранулированным шлаком (шлакопортландцемент) и горн. породами - пуццоланами - трепелом, туфом, пемзой (пуццолановый портландцемент). Другие распространенные виды цементов- глиноземистый, гипсоглиноземистый расширяющийся (табл. 1).

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

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

ЗСаО x SiO2 + 2H2O6015-12.jpg Ca2SiO4 x Н2О + Са(ОН)2
Ca2SiO4 + Н2О6016-2.jpg Ca2SiO4 х Н2О ЗСаО х А12О3 + 6Н2О6016-3.jpg ЗСаО х А12О3 х 6Н2О

Образовавшийся Са(ОН)2 под действием СО2 воздуха постепенно превращается в СаСО3, гидроалюминаты Са с гипсом в присут. воды дают двойные основные сульфаты, напр. Са6А12(ОН)12(SО4)3 x26Н2О и Ca4Al2(OH)12SO4 x6H2O. При получении бетона образовавшийся Са(ОН)2 с СО2 воздуха и SiO2 превращается в очень прочную массу, состоящую из карбонатов и силикатов Са.

Табл. 1.-ОСНОВНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Название
Вещественный состав, % по массе
Минералогнч. состав клинкера, % по массе
Особые свойства
Области применения
Обычный
Клинкер (80), гипс (1,5-3,5), минер. добавки (до 20)
ЗСаО х SiO2 (45-67) 2CaO х SiO2 (13-35) ЗСаО х Al2O3 (2-12) 4СаО хAl2O3 х Fe2O3 (8-16)
Монолитный бетон для зданий и сооружений, сборные железобетонные конструкции, дорожное строительство, наружные части гидротехн. сооружений, строит. растворы
Быстр отвердеющий
Клинкер (90), гипс (1,5-3,5), активная минер. добавка (до 10)
6016-1.jpg
Более быстрое твердение в течение 3 сут и более тонкий помол, чем у обычного портландцемента
Сборные железобетонные конструкции, скоростное строительство
Сульфато стойкий
Клинкер (до 96), гипс (до 3,5)
ЗСаО х SiO2 (до 50) ЗСаО х Al2O3 (5) ЗСаО х Al2O3+ (до 22) +4CaO х Al2O3 x Fe203
Повышенная стойкость к действию сульфатов, высокая морозостойкость
Для сооружений, находящихся под действием сульфатов или в условиях замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания
Высокопрочный
Клинкер (90), гипс (1,5-3,0)
ЗСаО х SiO2 (до 70) ЗСаО х Al2O3 (6-8)
Повышенная прочность
Для конструкций, находящихся под нагрузкой
Гидрофобный
Клинкер (до 90)*, гидрофобная добавка (0,05)
Тот же, что у портландцемента
Те же, что у обычного и пластифицир. портландцементов; возможность длит. хранения цемента
Пластифицированный
Клинкер (до 90)**, пластифицирующая добавка (0,15-0,25)
"
То же
Для сооружений, нуждающихся в повышенной морозостойкости; для экономии цемента или бетонной смеси
Клинкер (до 90), активная минер. добавка (до 25), инертная добавка (до 10), шлак (до 15), песок (до 10), пластифицирующая добавка (0,15)
"
Быстрое твердение и медленное схватывание
Тампонирование нефтяных и газовых скважин
Декоративный
Клинкер (до 80-85), диатомит (6), инертная минер. добавка (до 10) или минер. пигмент (до 15)
3CaO х SiО2 (45-50) 2CaO х SiO2 (23-37) ЗСаО х Al2O3 (до 15) 4СаОхAl2O3 хFe2О3(до 2)
Имеет белый цвет или окрашен в разл. цвета
Отделка зданий и сооружений, скульптурные работы
Напрягающий
Клинкер (до 85), высокоглиноземистый шлак (15-20), гипс (до 10)
ЗСаО х SiO2 2CaO х SiО2 2CaO х Al2O3 х SiO2

CaO х Al2O3 12CaO х 7Al2O3

Быстрое твердение и быстрое схватывание; расширяется при твердении более чем на 0,5 %
Напорные железобетонные трубы, тонкостенные изделия
Пуццолановый сульфатостойкий
Клинкер (до 60), добавки вулканич. (24—40) или осадочного происхождения, гипс (до 3,5)
ЗСаО х Al2O3 (до 8) 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 3CaO x SiO2 2CaO x SiO2
Повышенная стойкость к действию сульфатов
Подводные и подземные сооружения в условиях постоянного воздействия агрессивных (сульфатных) вод
Шлакопортландцемент
Клинкер (40-70), гранулир. диатомитовый шлак (30-60), гипс (до 3,5)
Тот же, что у портландцемента
Замедленный рост прочности в нач. период твердения, пониженная морозостойкость, повышенная сульфатостойкость
Эффективен для сборного железобетона, изготовляемого с тепловлажностной обработкой
Прочие цементы
Глиноземистый***
Глиноземистый шлак (до 99), добавки (до 1)
CaO x Al2O3 12CaO x 7Al2O3 CaO x 2Al2O3 2CaO x Al2O3 xSiO2 Fe2O3
Быстрое твердение при нормальной и повышенной т-рах, высокая стойкость к действию минер. в-в; потеря прочности (до 60%) через 15-20 лет
Срочные аварийные и восстановят. работы; сооружения, подвергающиеся действию вод или О2; получение жаростойких бетонов и р-ров. Не применяется в условиях повыш. т-ры и влажности
Гипсоглиноземистый расширяющийся
Глиноземистый шлак (до 70), гипс двухводный (до 30), сульфатноспиртовая барда, бура (до 10)
To же
Расширение при твердении в воде (через 1 сут 0,15%, через 28 сут 0,3-1%), быстрое твердение; водонепроницаемы
Водонепроницаемые бетоны и р-ры, заделка стыков, ремонтные работы, тампонирование нефтяных и газовых скважин

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

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

Табл. 2.- ПРОЧНОСТЬ НЕКОТОРЫХ МАРОК ЦЕМЕНТОВ

Цемент
Марка
при сжатии
при изгибе
3 сут
28 сут
3 сут
28 сут
Портландцемент быстр отвердеюший
400
_
40
_
5,5
400
25
40
4
5,5
500
28
50
4,5
6,0
высокопрочный
550
_
55
_
6,2
600
_
60
__
6,5
сульфатостойкий
400
40
_
5,5
500
50
6,0
декоративный (белый)
400
_
40
_
5,5
500
_
50
6,0
напрягающий
НЦ-10
15
50
_
6,0
НЦ-20
15
50
6,0
НЦ-40
40
5,5
Глиноземистый цемент
400
25
40
5,5
500
28
50
4,5
6,0

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

Т. В. Кузнецова.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн