Цементы с низкой водопотребностью и умеренной экзотермией.

Портландцементы с умеренной экзотермией изготовляют из портландцементного клинкера с содержанием наиболее гидратационно-активных минералов: C₃S не больше 50 % и С₃А не больше 8 %. Как видно по содержанию СзА, клинкер для получения этих цементов аналогичен клинкеру, применяемому для производства сульфатостойкого шлакопортландцемента и пуццоланового цемента, но в отличие от них в цементы с умеренной экзотермией не вводят никаких минеральных добавок. Их выпускают марок 300 и 400.
Исходя из минералогического состава клинкера видно, что эти цементы обладают повышенной коррозионной стойкостью и морозостойкостью, а также повышенной трещиностойкостью, но имеют понижающую скорость гидратации и твердения в начальные сроки после изготовления изделий. Через один год и позднее такие цементы набирают достаточно высокую прочность.
Применять такие цементы необходимо для изготовления соответственно низкотермичных и умеренно термичных бетонов в бетонных и железобетонных конструкциях наружных зон массивных гидротехнических сооружений, работающих в условиях воздействия пресной или слабоминерализованной воды при возможном многократном ее замораживании и оттаивании.

Вяжущее (цемент) низкой водопотребности (ВНВ или ЦНВ) получают помолом портландцементного клинкера совместно с добавками гипса, сухого суперпластификатора и минеральными добавками, или домолом заводского цемента совместно с суперпластификатора (и минеральными добавками). В качестве суперпластификаторов используют в основном три группы веществ: конденсаты сульфонатмеламиноформальдегида, конденсат сульфонатнафталиноформальдегида, некоторые модификации лигносульфонатов. Дозировка суперпластификаторов составляет 0,1—1,2 % массы цемента. При помоле цемента в присутствии суперпластификатора, обычно С-3 в количестве до 3 %, происходит «микрокапсулирование» цементных частиц тончайшими оболочками из суперпластификатора. При этом достигаются чрезвычайно низкая водопотребность (15-18 %), быстрый набор прочности в ранние сроки (через сутки 25-30 МПа), высокая конечная прочность (до 80-100 МПа). Марки ВНВ характеризуют содержание клинкера (остальное – минеральные добавки): ВНВ-100 (100 % клинкера), ВНВ-80 (80 % клинкера), ВНВ-50 (50 % клинкера), ВНВ-30 (30 % клинкера). С увеличением содержания минеральных добавок прочность ВНВ снижается, оставаясь тем не менее достаточно высокой (для ВНВ-30 – на уровне рядового портландцемента), что объясняется механохимической активацией составляющих ВНВ в процессе их совместного сухого помола совместно с суперпластификатором. Использование ВНВ позволяет существенно сократить сроки строительства при возведении монолитных сооружений изготовлять железобетонные конструкции в заводских условиях без использования термообработки.

Заметным преимуществом применения бетонов на ВНВ является снижение температуры изотермического прогрева или полный отказ от тепловой обработки. Так, при изготовлении объемных блоков из мелкозернистого бетона при температуре прогрева 35-50 °С выявлена возможность сокращения ТВО в два раза, причем проектная прочность достигалась уже в возрасте 1 суток, а в возрасте 28 суток фактическая прочность превышала проектную на 50-70 % и более. Наряду с этим эффективность использования ВНВ обусловлена снижением расхода вяжущего при изготовлении 1 м³ равнопрочных бетонов: коэффициент использования вяжущего по данным промышленной апробации составляет 1,7-2,4 для тяжелого бетона и 1,3-1,4 - для мелкозернистого (коэффициент использования портландцемента - 0,6-0,9, т. е. каждому килограмму расхода портландцемента соответствует 0,06-0,09 МПа прочности бетона).

Особенностью ВНВ является многовариантность составов, и соответственно свойств вяжущих, дающая возможность наиболее полно реализовать потенциал портландцементного клинкера в зависимости от конкретных требований, предъявляемых технологией производства и условиями эксплуатации бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Известно, например, что использование на практике принципов механохимической активации позволило получить вяжущие, качество которых при содержании в них 50-70 % минеральных добавок не уступает качеству цементов марок 500-600 (класса 45 по ЕN). При замене гипса в ВНВ на химические регуляторы схватывания и твердения, а также с применением специальных добавок, понижающих точку замерзания воды в бетоне, получена широкая гамма вяжущих для ведения бетонных работ при отрицательных температурах.

 

Общие сведения о металлах и сплавах. Классификация.

Металлы, применяемые в строительстве, разделяются на две группы: черные и цветные.

Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. Кроме углерода черные металлы в небольшом количестве могут содержать кремний, марганец, фосфор, серу и другие химические элементы. Для придания черным металлам специфических свойств к ним добавляют некоторые так называемые легирующие вещества — медь, никель, хром и др. Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на чугуны и стали.

Цветные металлы и сплавы подразделяются по плотности на легкие и тяжелые. К легким относятся сплавы на основе алюминия, магния, а к тяжелым — на основе меди, никеля, олова, свинца. За последние годы в технологии металлургии внедрены новые усовершенствования: освоен эффективный метод вакуумной обработки живой стали; получены новые виды высокопрочных сталей и чугунов; разработана эффективная технология получения алюминия из нефелинов; освоены новые виды облегченного проката, гнутого из лент и полос, диффузионный метод сварки металлов в вакууме, легирование с вакуумной обработкой, широко развивается порошковая металлургия.

Сплавы — это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Сплавы обладают всеми характерными свойствами металлов. В строительстве применяют сплавы железа с углеродом (сталь, чугун), меди и олова (бронза) и меди и цинка (латунь) и др. На практике термин «металлы» распространяют и на сплавы, поэтому далее он относится и к металлическим сплавам.

Применяемые в строительстве сплавы делят на две группы:
I группа — сплавы на основе железа (сталь, чугун);
II группа—сплавы на основе металлов (сплавы на медной, алюминиевой, магниевой и другой основе — бронза, латунь, силумины и др.).

Основы технологии черных металлов и сплавов.

Производство черных металлов из железной руды — сложный технологический процесс, который может быть условно разделен на две стадии. На первой стадии получают чугун, а на второй — его перерабатывают в сталь.

Учитывая, что учащиеся уже знакомы с основами металлургических процессов из средней школы, ниже рассмотрим лишь основные положения технологии чугуна и стали.

Производство чугуна

Чугуном называют сплав железа с углеродом (2... 6,67 %), кроме них в состав сплава могут входить кремний, марганец, сера, фосфор и др. Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Наиболее часто применяемые железные руды: красный (Fe2O3), магнитный (Fe3O4), бурый (Fe2O3-nH2O), шпатовый (РеСОз) железняки, содержащие 30...70 % железа и пустую породу из различных природных химических соединений (SiO2, А12Оз и др.) и вредные примеси (серы, фосфора). Топливом служит кокс — продукт сухой перегонки (без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Флюсы (плавни) — известняки, доломиты, кварц, песчаники применяют для понижения температуры плавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак. Основным способом производства чугуна из руд в настоящее время является доменный процесс, заключающийся в восстановлении железа из руд (оксидов) при высокой температуре и отделении его от пустой породы руды.

Чугун выплавляют в доменных печах (9.2) объемом до 5000 м3, куда руду, кокс и флюсы загружают чередующимися слоями, опускающимися вниз печи под влиянием собственной массы. В нижнюю часть печи — горн через отверстия — фурмы подают под давлением нагретый воздух, необходимый для поддержания горения топлива.

Кокс, сгорая в верхней части горна, образует СО2;ij[C+O2 = CO2), который поднимается вверх по печи и, встречая на своем пути раскаленный кокс, переходит в оксид углерода: CO2-f-: -f-C=2CO. Оксид углерода восстанавливает оксиды железа до чистого железа по схеме Fe2O3->-F3O4-»-FeO-> -HFe. Этот процесс может быть представлен следующими реакциями: 3F9Q3+;+ СО = 2F3O4 + СО2; 2Fe3O4+2CO=6FeO+2CO>; 6FeO+6CO = 6Fe+6CO2.

В нижней части печи часть восстановленного железа соединяется с углеродом и образуется карбид железа Fe3C (науглероживание железа). Затем происходит расплавление науглерржен-ного металла, который стекает в горн доменной печи, при этом насыщение железа углеродом продолжается. В результате плавления происходит восстановление не только железа, но и других элементов, находящихся в руде (Si, Mn, P), которые, а также часть серы в виде FeS переходят в чугун. В горн стекает также расплавленый шлак и всплывает над чугуном, так как его плотность меньше, чем

чугуна. Расплавленные чугун и шлак периодически выпускают через специальные отверстия — чугунную и шлаковую летки, сначала шлак, а затем — чугун.

К прогрессивным процессам развития доменного производства следует отнести улучшение подготовки шихты за счет дробления, тщательной промывки, сортировки и обогащения железных руд, которое производится, например, путем магнитной сепарации. Широко развивается производство агломерата путем спекания мелочи руды в более крупные куски. Объем доменных печей достиг 5 тыс. м3, что обеспечило улучшение коэффициента использования полезного объема, снижение расхода топлива на 1 т передельного чугуна. Получают большое развитие механизация и автоматизация основных процессов при производстве чугуна. В доменном процессе широко используется повышенное давление и более высокий нагрев дутья, автоматическое регулирование температур, снижение влажности дутья, промывка углей перед коксованием, а также кислород для интенсификации процессов производства.

В результате доменной плавки могут быть получены различные виды чугунов: передельные (80...90%), идущие в основном на производство стали; литейные (8...18 %), предназначаемые для получения чугунных отливок; ферросплавы. (2...3%), содержащие повышенное количество марганца, кремния. Ферросплавы применяют как добавки при производстве стали.