Показатели качества материала (портландцемент)

Введение

Слово «цемент» относится  к собирательным понятиям – оно  объединяет различные виды вяжущих  материалов, полученных путем обжига некоторых горных пород и подвергнутых измельчению. Вяжущими их назвали за способность соединять (связывать) в единое целое как отдельные частицы мелких наполнителей. Так и более крупные фрагменты.

Цемент не является природным  материалом. Его изготовление - процесс  дорогостоящий и энергоемкий, однако результат стоит того - на выходе получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов (например, бетона и железобетона). Цементные заводы, как правило, находятся сразу же на месте добычи сырьевых материалов для производства цемента.

Актуальность  темы. В современной строительной практике роль цемента в выпуске новых прогрессивных материалов и изделий для полносборного домостроения постоянно возрастает. Его применяют для изготовления монолитного и сборного бетона, железобетона, асбестоцементных изделий, строительных растворов, многих других искусственных материалов, скрепления отдельных элементов (деталей) сооружений, жароизоляции и др. Все это возможно только если цемент качественный и соответствует всем параметрам определенных в ГОСТ 31108-2003.

Цель работы. Определить показатели качества портландцемента на ОАО «Мордовцемент»

Задачи:

1. Дать характеристику портландцементу
2. Рассмотреть историю создания портландцемента
3. Изучить виды портландцемента
4. Охарактеризовать способы производства портландцемнта
5. Определить показатели качества портландцемента
6. Дать характеристику предприятию
7. Определить показатели и контроль качества портландцемента на предприятии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Теоретические основы портландцемента как строительного

материала

1. Характеристика портландцемента

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного  тонкого измельчения клинкера и  необходимого количества гипса. Клинкер  получается результате обжига до спекания сырьевой смеси надлежащего состава, обеспечивающего преобладание в клинкере силикатов кальция.

Портландцемент может  выпускаться без добавок или  с активными минеральными добавками в количестве до 15% от веса цемента. Для придания цементу специальных свойств (пониженной водопотребности, повышенного воздухосодержания, гидрофобных свойств и т. д.) в цемент могут вводиться специальные добавки.

Главнейшими окислами, входящими  в состав портландцементного клинкера, являются : CaO, SiO₂ , Al₂O₃ , Fe₂ O3 .Кроме того, в состав клинкера обычно входят: МgО , окислы марганца , присутствующие в том случае, когда одним из сырьевых компонентов для получения клинкера является доменный шлак. Портландцементный клинкер имеет сложный минералогический состав. Он состоит из ряда кристаллических фаз и клинкерного стекла, отличающихся друг от друга по химическому составу и оптическим свойствам.

Количество указанных  минералов в заводских портландцементных  клинкерах находится в пределах:

C₃ S – 42%-60%

C₂ S – 15%-35%

C ₃A – 5%-14%

C₄ AF – 10%-16%

Суммарное содержание указанных  минералов составляет обычно 95—98%. Второстепенными минералами клинкера являются свободная окись кальция (свободная известь) и свободная окись магния в виде периклаза. Щелочные окислы могут находиться в виде силиката, алюмината, сульфатов натрия и калия; они входят также в состав клинкерного стекла.

Клинкерное стекло после  травления 1%-ным спиртовым раствором  НNО и повторного травления 10%-ным  раствором КОН имеет вид в  отраженном свете темных включений неправильной формы.

Одним из важных свойств  минералов портландцементного клинкера является их способность при воздействии воды образовывать новые водные соединения, которые с течением времени приобретают высокую механическую прочность. Клинкерные минералы после затворения цемента водой подвергаются реакциям гидратации и гидролитической диссоциации, протекающим с различной скоростью. Основными продуктами этих реакций являются гидроалюминаты и гидроферриты кальция, а также гидрат окиси кальция, образующийся при гидролизе трехкальциевого силиката. Получающиеся гидроалюминаты кальция вступают во взаимодействие с гипсом с образованием комплексного соединения — гидросульфоалюмината кальция. 

По скорости гидратации клинкерные минералы могут быть расположены (в  порядке уменьшения скорости гидратации) в следующий ряд: трехкальциевый алюминат, четырехкальциевый алюмоферрит, трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат. Очень медленно протекает гидратация периклаза. Таким образом, минералогический состав клинкера является основным фактором, влияющим на скорость протекания химических реакций, происходящих при твердении цемента, на время для получения высокой механической прочности и на другие технические его свойства.

Длительное воздействие  воды и водных растворов минеральных  солей на бетонные сооружения, выполненные  с применением портландцемента, вызывает коррозию бетона, которая при неблагоприятных условиях может привести к полному его разрушению. Наибольшее разрушительное действие оказывают минерализованные воды — морские, озерные, грунтовые и др., содержащие значительное количество солей MgSO₃, Na₂SO₄ , CaSO₄ , MgCl₂. Последние, взаимодействуя с новообразованиями в твердеющем цементе, нарушают нормальную структуру цементного камня. Так, например, растворенные в воде сульфаты, взаимодействуя с гидратом окиси кальция твердеющего цемента, образуют сернокислый кальций, кристаллизующийся в порах цементного камня со значительным увеличением объема. При большой концентрации сульфатов в водной среде это приводит к появлению внутренних напряжений в бетоне, влекущих за собой вначале растрескивание, а затем полное его разрушение.

Кроме того, накапливающийся  в бетоне сернокислый кальций  вступает во взаимодействие с гидроалюминатом  кальция твердеющего цемента, образуя  гидросульфоалюминат кальция, плохо  растворимый в воде. Если эта реакция  протекает в жидкой фазе, то она  не имеет вредных последствий. При  взаимодействии же сернокислого кальция с кристаллическим гидроалюминатом рост кристаллов образующегося сульфоалюмината вызывает появление в бетоне разрушительных внутренних напряжений.

Для защиты бетона от действия минерализованных вод применяют  цемент специального минералогического состава со значительно уменьшенным содержанием ЗСаО • А1₂О3 и пониженным содержанием ЗСаО • SiO₂ ; в состав цемента вводят гидравлические добавки, максимально увеличивающие плотность бетона. Кислоты также разрушают портландцемент.

Проникновение внутрь бетона пресных вод приводит к постепенному выщелачиванию гидрата окиси кальция и уменьшению его концентрации в жидкой фазе цементного камня, что при далеко зашедшем процессе коррозии может вызвать гидролиз гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. В плотном бетоне процессы коррозии под действием пресных вод протекают медленно и не представляют угрозы. Для повышения стойкости портландцемента в пресных водах изменяют минералогический состав клинкера в направлении уменьшения количества ЗСаО • SiO₂ , поскольку это соединение твердеет с выделением свободной извести.

 

 

 

2. История создания портландцемента

В 1822 году русский строитель  Егор Челиев получил вяжущий материал из смеси извести и глины. Свои результаты он изложил в книге  «Трактат об искусстве приготовлять хорошие строительные растворы», изданной в Петербурге. Этот материал в настоящее время называют портландцемент, хотя название придумал совсем не Челиев.

В 1824 году Дж. Аспдин получил  в Англии патент на способ изготовления гидравлического цемента. Назвал он этот материал портландцементом, потому что камень, добываемый в Портланде, по свойствам был очень схож с запатентованным цементом. Полученное Аспдином вяжущее не было портландцементом в современном смысле этого слова, а представляло собой разновидность роман-цемента. Гидравлическое вяжущее, описанное Е.Г. Челиевым, ближе по свойствам к современному портландцементу, а по качеству превосходило портландцемент Аспдина.

В 1856 г. был пущен первый в России завод портландцемента.

3. Виды портландцемента

Наряду с портландцементом в  соответствии с ГОСТ 10178-62 выпускаются многие другие виды цементов: быстротвердеющие, сульфатостойкие, пластифицированные, гидрофобные, портландцемент с умеренной экзотермией, пуццолановые портландцементы, шлакопортландиементы, шлаковый магнезиальный портландцемент, портландцемент для бетонных покрытий автомобильных дорог. В соответствии с другими стандартами выпускаются тампонажный и белый портландцементы и портландцемент для производства асбестоцементных изделий.

Быстротвердеющий портландцемент характеризуется интенсивным нарастанием механической прочности в первые сроки твердения. Он предназначается, главным образом, для изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей.

Исследования по изучению влияния  минералогического состава клинкера на интенсивность нарастания механической прочности цементов и практика работы цементных заводов показывают, что клинкер быстротвердеющего цемента должен иметь следующие характеристики: расчетное содержание суммы наиболее активных минералов C₃S + С₃А должно быть не менее 60%, содержание C₃S находится в пределах 50 - 53% и С₃А — 8-10%. Клинкер такого состава с повышенной добавкой гипса дает цемент, отвечающий требованиям стандарта.

Повышение тонкости помола цемента  существенно ускоряет провесе его  твердения, поэтому быстротвердеющий цемент можно также получать путем  тонкого помола (до удельной поверхности 4000—4500 см²/г) клинкера обычного минералогического состава, но с несколько повышенным содержанием C₃S(не менее 50%) при предельной добавке гипса (содержание SO₃ в цементе не должно превышать 3,5%). Необходимо учитывать, что повышение тонкости помола на 1500—2000 см /г сверх обычной вызывает резкое снижение производительности цементных мельниц и повышение удельного расхода электроэнергии на помол. Поэтому в ряде случаев более целесообразно прибегнуть к изменению минералогического состава клинкера, чем к повышению тонкости помола цемента.

При выполнении лабораторных испытаний  быстротвердеющего цемента необходимо иметь в виду, что температурные  условия затворения и хранения образцов оказывают значительное влияние  на показатели суточной прочности цемента. Установлено, что колебание прочностных  показателей цемента при односуточных испытаниях по отношению к показателям, полученным при 20° С, находятся в  пределах от -23% (при 15°С) до +17% (при 25°  С). При трехсуточных испытаниях эти пределы составляют от —4 до +5%, а при семисуточных от —1 до +3%. Стандарт предусматривает, что температура воды для хранения образцов должна быть 20 ±2°С, а температура помещения, где производятся испытания - 20 ± 3° С.

Сульфатостойкий портландцемент обладает по сравнению с обычным повышенной сульфатостойкостью и пониженной экзотермией при замедленной интенсивности твердения в начальные сроки.

Этот цемент изготовляется из клинкера нормированного минералогического состава и предназначается для изготовления бетонных и железобетонных конструкций наружных зон гидротехнических сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии, при одновременном систематическом попеременном увлажнении и высыхании или замораживании и оттаивании. Сульфатостойкий портландцемент готовится из клинкера с коэффициентом насыщения известью не выше 0,85, с глиноземным модулем не менее 0,7 и кремнеземным модулем не ниже 2,1. Содержание С₃S в клинкере должно быть не более 50%,  С ₂А - не более 5%, а сумма С₃А + С₄АF не должна превышать 22%.

Пониженное содержание трехкальциевого  силиката и трех кальциевого алюмината  заметно снижает активность цемента, в связи с чем в течение  первых 28 суток твердения механическая прочность нарастает медленно. Введение активных или инертных минеральных добавок при изготовлении сульфатостойкого цемента не допускается.

Тампонажный цемент применяется для  тампонирования нефтяных и газовых скважин с целью их изоляции от грунтовых вод. Основные требования, предъявляемые к тампонажным портландцементам: придание цементному раствору достаточной подвижности; строгое ограничение сроков схватывания, с тем чтобы начало схватывания наступало не раньше, чем окончится тампонирование; обеспечение достаточно высокой механической прочности через 2 суток твердения.

Для получения подвижного раствора, накачиваемого в скважины насосами, цемент затворяют с большим количеством воды (50% от веса цемента) без добавки песка. Такое количество воды в условиях обычных температур замедляет схватывание цемента и понижает его прочность. Регулирование сроков схватывания тампонажных цементов при обеспечении необходимой механической прочности достигается обычно подбором минералогического состава клинкера и применением добавок.