Технологическая линия по производству белого портландцемента

Тепловлажная обработка ПЦ при повышенных температурах (80 – 200 оС) вызывает не только ускорение, но и большие изменения в химическом составе и структуре новообразований.  При повышенных температурах клинкерные минералы образуют гидратные соединения с пониженным количеством молекул воды. Тепловлажностная обработка способствует увеличению размеров частичек новообразованием и тем в большей степени, чем выше температура и длительнее ее воздействие на твердеющий цемент. Все это снижает прочностные характеристики и повышает пористость цементного камня при одинаковой степени гидратации исходного вяжущего.

Тепловлажная обработка цемента при твердении тем слабее отражается на его прочности, пористости и некоторых других свойствах, чем раньше она проведена после затворения вяжущего водой при прочих равных условиях.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.[2] Влияние условий твердения на некоторые свойства цементного камня

I – твердение в воде при 20 оС в течение 28 сут, степень гидратации 0,66;

II – твердение в воде при 20 оС в течение 28 сут, затем в воде при 90 оС в течение 8 ч, степень гидратации 0,7;

III – твердение в воде при 20 оС в течение 28 сут, затем в воде при 174,5 оС в течение 8 ч, степень гидратации 0,75.

 

Таким образом, тепловлажная обработка, способствуя ускорению твердения, может приводить к некоторому недоиспользованию потенциальных возможностей цементов, полнее проявляющихся при обычном твердении. Лишь автоклавная обработка, способна компенсировать отрицательное влияние и обеспечить получение бетонов высокой прочности.

 

1.3.Условия разрушения (коррозии) композита на рассматриваемом вяжущем. Области применения продукта [1], [15].

Можно разделить коррозионные процессы, возникающие в цементных бетонах при действии водной среды, по основным признакам на три группы.

К первой группе (коррозия I вида) относятся процессы, протекающие в бетоне под действием вод с малой временной жесткостью. При этом некоторые составляющие цементного камня растворяются в воде и уносятся при ее фильтрации сквозь толщу бетона.

Ко второй группе (коррозия II вида) относятся процессы, развивающиеся в бетоне под действием вод, содержащих вещества, вступающие в химические реакции с цементным камнем. Образующиеся при этом продукты реакций либо легко растворимы и уносятся водой, либо выделяются на месте реакции в виде аморфных масс, не обладающих вяжущими свойствами. К этой группе могут быть отнесены, например, процессы коррозии, связанные с воздействием на бетон различных кислот, магнезиальных и других солей.

В третьей группе (коррозия III вида) объединены процессы коррозии, вызванные обменными реакциями с составляющими цементного камня, дающими продукты, которые, кристаллизуясь в порах и капиллярах, разрушают его. К этому же виду относятся процессы коррозии, обусловленные отложением в порах камня солей, выделяющихся из испаряющихся растворов, насыщающих бетон (солевая форма коррозии).

Отложение солей в порах цементного камня возможно и при химической коррозии, сопровождающейся, в частности, образованием гидротрисульфоалюмината кальция (эттрингита), а также двуводного гипса. Этот процесс сопровождается сильным давлением кристаллов на стенки пор и капилляров и возникновением напряжений, вызывающих деформации в цементном камне и бетоне и даже их разрушение.

При подсосе растворов разных солей 5 %-ной концентрации в течение 3 мес. кристаллизационное давление может достигать: при Na2SO4 - 4,4; MgSO4 - 3,6; NaCl - 2,7; CaSO4 - 0,09 МПа.

При особенно неблагоприятных температурных и влажностных условиях в порах цементного камня такие соли, как Na2SO4, MgSO4*H2O из безводных или маловодных форм могут переходить в соединения с большим количеством молекул воды (N2SO4*10H2O, MgSO4*7H2O) переход сопровождается увеличением  объема твердой фазы в 1,5 - 3 раза и возникновением напряжений в десятки МПа, вызывающих большие деформации.

 

 

Классификация основных видов химической коррозии под действием природных вод:

 

Коррозия выщелачивания (I)

Коррозия выщелачивания вызывается растворением гидроксида кальция, содержащегося в цементном камне, и выносом его из бетона. 

 

Обусловливается тем, что составляющие цементного камня и,  в   первую очередь, гидроксид кальция в той или иной степени растворимы в воде. Содержание его в цементном   камне   через  1 - 3 мес твердения достигает 10-15%, считая на СаО, а растворимость при обычных температурах  1,2 г/л. После вымывания свободного гидроксида кальция и уменьшения его концентрации в фильтрующейся через бетон воде до значения менее 1,1 г/л начинается разложение ЗСаО*SiO2*ЗН2О с выделением из него гидроксида кальция.

Главным средством борьбы с выщелачиванием гидроксида кальция является применение плотного бетона и введение в цемент активных минеральных добавок, связывающих Са(ОН)2 в малорастворимое соединение - гидросиликат кальция.

 

Магнезиальная коррозия (II)

Подразделяется на магнезиальную, вызываемую    действием    катионов магния при отсутствии в воде ионов SO4 и сульфатно-магнезиальную, происходящую в цементном камне при совместном действии на него ионов Mg2+ и .

Магнезиальная коррозия цементного камня наступает под действием на них растворимых солей магния, кроме MgSO4. В этом случае между гидроксидом кальция цементного камня и, например, хлористым магнием происходит реакция по схеме:

Ca(OH)2 + MgCl2 = CaCI2 + Mg(OH)2,

вызывая разрушение цементного камня.

В случае сульфатно-магнезиальной коррозии реакция идет по схеме:

Ca(OH)2 + MgSO4 + 2H2O = CaSO4*2H2O + Mg(OH)2.

Влияние на цементный камень растворов хлоридов натрия, калия и кальция (но не аммония) при умеренных их концентрациях не сказывается отрицательно, однако растворы СаС12 высокой концентрации действуют агрессивно.

 

Сульфатная коррозия (III)

Подразделяется на сульфоалюминатную, вызываемую действием на цемент ионов при их концентрации от 250—300 до 1000 мг/л; сульфоалюминатно-гипсовую, также возникающую главным образом под действием сульфатных ионов , но при концентрации их в растворе более 1000 мг/л, и гипсовую, которая происходит под действием воды,   содержащей большое количество Na2SO4  или  K2SO4.

 Сульфоалюминатная коррозия (разновидность сульфатной) является следствием взаимодействия гипса с высокоосновными алюминатами кальция, содержащимися в цементном камне, по схеме:

3CaO*Al2O3*6H2O + 3CaSO4 + 25H2O = 3CaO*Al2O3*3CaSO4*31H2O.

Образование малорастворимой трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) из твердого C3AH6 и растворенного в воде гипса сопровождается увеличением твердой фазы (по сравнению с C3AH6) примерно в 4,76 раза. Это вызывает возникновение сильных напряжений в цементном камне, приводящих к нарушению его структуры, деформациям и снижению прочности.

 

Кислотная коррозия (II) 

Это результат действия кислот при значениях показателя рН менее 7.

Возникает под действием различных неорганических и органических кислот, вступающих в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция, а также с другими соединениями цементного камня. Этот вид коррозии в зависимости от силы той или иной кислоты, определяемой показателями концентрации ионов водорода рН, может протекать очень интенсивно. Значения рН   для водных   растворов   различных   веществ следующие:

 

 

 

 

 

 

 

Насыщенная   известковая   вода при 25 0С	12,4
Насыщенный раствор Mg(OH)2 при 25 0С	10,5
Нейтральный раствор	7
Вода насыщенная СО2 при 25 °С	5,72
1 %-ый раствор уксусной кислоты	3,5
0,1н  раствор  серной  кислоты	1

 

Под действием той или иной кислоты на цементный камень образуются кальциевая соль и аморфные бессвязные массы SiO2*aq, A1(OH)3, Fe(OH)3.

Образовавшиеся продукты, растворимые в воде, выносятся из цементного камня, нерастворимые же в виде рыхлых масс остаются. Все это сопровождается снижением прочности цементного камня, а в последующем и полным его разрушением.

 

Углекислотная коррозия (II)

Обусловлена действием на цементный камень,  углекислоты и является частным случаем кислотной коррозии.

Углекислая коррозия развивается при действии на цементный камень, содержащей углекислый газ СО2. При этом вначале идет реакция между Са(ОН)2 цемента и углекислотой с образованием малорастворимого СаСО3 по схеме:

Ca(OH)2 + CO2 + H2O = CaCO3 + 2H2O

   Дальнейшее воздействие Н2СО3 на цемент приводит, однако, к образованию более растворимого гидрокарбоната:

CaCO3 + H2CO3 ↔ Ca(HCO3)2.

   Углекислая коррозия воздействует  на цементный камень тем слабее, чем больше в водном растворе гидрокарбонатов кальция и магния.

 

Биологическая коррозия

  Этот вид коррозии изучен  мало. Однако, видимо сводится в  конечном итоге к какому либо  химическому виду.

  Так имеется много бактерий, которые выделяют углекислоту, что  повлечет углекислотную коррозию. Некоторые бактерии могут окислять сульфаты сначала до сероводорода, а затем до серной кислоты. Отсюда и характер разрушения камня.

 

Защита бетона и других материалов от коррозии

Методы защиты цементного камня от коррозии разнообразны, но всё они могут быть сведены в следующие группы:

       - выбор надлежащего  цемента;

• изготовление особо плотного бетона;
• применение защитных покрытий и облицовок, практически исключающих воздействие агрессивной среды на бетон.

 

 

Область применения продукта.

Белые цементы твердеют медленнее обыкновенных цементов, имеют меньшую коррозийную стойкость и морозостойкость и сравнительно большую усадку. Широко используется  в качестве отделочного материала.  Активно применяется для декоративного оформления сборных железобетонных конструкций. Применяется для окраски фасадов зданий и строительных конструкций.Обладает высокой выцветоустойчивостью и характеризуется высоким содержанием алюмината кальция, поэтому белому портландцементу свойственна склонность к усадке.

Прочен, долговечен, обладает удовлетворительной морозостойкостью. Поэтому находит широкое применение также в изготовлении стеновых панелей в промышленных масштабах. Такие панели могут иметь внешний фактурный слой, выполненный из белого отделочного бетона.1.4. Сырьевые  материалы для   производства  продукта:

вещественный, химический  и  минералогический состав.

Показатели качества сырьевых материалов.

Правила  приемки, маркировки, транспортирования и

хранения сырьевых материалов.

Продукт состоит из белой силикатной добавки, клинкера  портландцемента и гипсового камня.

ПЦ клинкер.

Химический состав  ПЦ клинкера. ПЦ клинкер обычно получают в виде спекшихся  мелких и более крупных гранул и кусков размером до 10 – 20 или до 50 – 60 мм в зависимости от типа печи.

Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широких пределах. Главные оксиды цементного клинкера – оксид кальция CaO, двуоксид кремния SiO2, оксиды алюминия Al2O3, железа Fe2O3, суммарное содержание которых 95 – 97 %. Кроме них в состав клинкера в виде различных соединений в небольших количествах могут входить оксиды магния MgO, серный ангидрит SO3, двуоксид титана TiO2, оксиды хрома Cr2O3, марганца Mn2O3, щелочи Na2O и K2O, фосфорный ангидрит P2O5 и др. Содержание этих оксидов в клинкере колеблется в пределах, указанных в таблице 3.

Таблица 3

CaO	63 – 66 %
SiO2	21 – 24 %
Al2O3	4 – 8 %
Fe2O3	0,0015-0,005%
MgO	0,5 – 5 %
SO3	0,3 – 1 %
Na2O + K2O	0,4 – 1 %
TiO2 + Cr2O3	0,2 – 0,5 %
P2O5	0,1 – 0,3 %

 

О качестве клинкера в определенной степени можно судить по данным его химического анализа. Химический анализ готового портландцемента не является показательным, так как введенные при помоле добавки изменяют его состав.

При анализе клинкера определяют не только общее количество отдельных оксидов, но и степень связывания СаО и SiO2, т. е. узнают, сколько СаО и SiO2 осталось в свободном состоянии.

Как уже указывалось, первым по содержанию и значению является СаО. Чем больше в цементе СаО, тем более высокопрочным и быстротвердеющим он будет. Однако обязательное условие получения высококачественного клинкера — полное связывание СаО кислотными оксидами. СаО, остающийся в свободном состоянии, вызывает неравномерность изменения объема, поскольку при обжиге клинкера в результате высокой температуры он получается намертво обожженным и не гасится при затворении цемента водой, а гидратируется в уже за твердеющем цементе, вызывая появление опасных напряжений. Цементы с повышенным содержанием СаО во время твердения выделяют большое количество теплоты, обладают пониженной водостойкостью.