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.

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.

Возд ухостойкость – 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.