Технологическая линия по производству белого портландцемента

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.[2] Изменение прочности по времени образцов из цементного теста, твердевших при 20 ^оС

1 и 2 – тонкость  помола 3000 и 5000 см2/г, В/Ц = 0,25;

3 и 4 – тонкость  помола 3000 и 5000 см2/г, В/Ц = 0,35.

 

Резкое ускорение процессов  твердения цементов и бетонов наступает при 70 – 95 ^оС и особенно при 175 – 200 ^оС и выше. Однако такое интенсивное воздействие температуры на твердение цементов, а, следовательно, и бетонов проявляется лишь при наличии в них воды в жидком состоянии. Недостаток воды во время твердения при повышенных температурах не только замедляет процессы гидратации, но и снижает прочность и стойкость бетонов. При полном испарении воды процессы твердения прекращаются.

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, MgSO_4*H₂O из безводных или маловодных форм могут переходить в соединения с большим количеством молекул воды (N₂SO_4*10H₂O, MgSO_4*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_*SiO_2*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_*Al₂O_3*6H₂O + 3CaSO₄ + 25H₂O = 3CaO_*Al₂O_3*3CaSO_4*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 SiO_2*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.