Применение цемента глиноземистого и высокоглиноземистого в сфере производства и потребления

Содержание

 

 

 

 

Введение

 

Цемент является продуктом тонкого помола цементного клинкера, получаемого в результате обжига (до полного спекания) природных мергелей или искусственных сырьевых смесей, составленных из известняков и глин. Цемент и его разновидности обладают высокими механическими свойствами и являются важнейшими вяжущими материалами, главными компонентами бетона и железобетона – основы современной строительной индустрии. Производство этих строительных материалов в нашей стране неуклонно возрастает на базе применения новейших технологий производства.

Цемент применяется для изготовления сборного и монолитного железобетона, строительных изделий и сооружений, легких и ячеистых пено- и газобетонов, получения цементных и смешанных строительных растворов, цементного фибролита.

К разновидностям цемента относятся следующие:

• быстротвердеющий;
• пластифицированный;
• сульфатостойкий;
• гидрофобный;
• пуццолановый;
• шлаковый;
• глиноземистый;
• и другие.

Таким образом, цель и задачи работы – определить потребительские свойства цементов, описать технологии производства цементов, дать характеристику сырья для их получения, основных стадии производства, привести блок-схему производства, выявить влияние технологии, сырья на качество цементов.

 

1. Применение цемента глиноземистого и высокоглиноземистого в сфере производства и потребления

 

Промышленность производит более 40 видов цемента, используемых в специальных целях. Основными разновидностями цемента являются быстротвердеющий, пластифицированный, сульфатостойкий, гидрофобный, белый и цветные, а также пуццолановый и шлаковый, глиноземистый и другие.

Глиноземистый цемент применяется:

• при ускоренном возведении или ремонте различных сооружений (когда выигрыш во времени имеет решающее значение);
• при возведении ответственных железобетонных конструкций промышленных сооружений и мостов;
• при сооружении шахт и другом подземном строительстве;
• при тампонировании трещин в породах;
• для футеровки нагревательных, обжиговых, термических и плавильных печей;
• в различных аварийных ситуациях.

Рекомендуется глиноземистый цемент применять для изготовления сборных железобетонных конструкций специального назначения на заводах и строительных площадках. Здесь данный цемент имеет то преимущество, что изделия могут выпускаться с завода уже через сутки после изготовления, а распалубка их может производиться через 12-16 часов. Причем отпадает необходимость в тепловлажностной обработке, что обычно требуется при применении портландцемента.

Глиноземистый цемент применяется для изготовления железобетонных сооружений, подвергающихся воздействию морских, сульфатных и других минерализованных вод ( не допускается применение данного цемента в кислой и щелочной средах).

При возведении массивных сооружений, с применением глиноземистого цемента, внутри бетонного массива развиваются высокие температуры, достигающие 70 °С и выше. При таких температурах твердение протекает ненормально и прочность бетона внутри конструкций получается значительно ниже, чем в наружных слоях. В связи с этим рекомендуется применять глиноземистый цемент в конструкциях толщиной не более 1.0 метра.

Глиноземистый цемент совершенно незаменим при изготовлении огнеупорных изделий (кирпича, блоков, плит), являющихся футеровкой различных тепловых агрегатов, работающих при температурах до 1300 °С.

Прочность изделий из жаростойкого (жароупорного, огнеупорного) бетона зависит от количества вносимого цемента. Чем выше расход цемента, тем выше прочность изделий (класс). Однако при излишнем количестве цемента снижается огнеупорность. Коэффициент термического расширения увеличивается.

 

 

2. Классификационные признаки цемента глиноземистого и высокоглиноземистого

 

Цемент классифицируют по средней плотности, составу, назначению, происхождению.

По плотности различают цементы:

тяжелые — 2200...2400 кг/м3;

легкие — 500...2000 кг/м3;

особо легкие — менее 500 кг/м3.

По гранулометрическому составу различают цементы:

крупнозернистые — с крупным и мелким заполнителем (клинкер с песком);

мелкозернистые — только с мелким заполнителем (доля песка больше доли клинкера);

беспесчаные — только с крупным заполнителем, в состав не добавляют песок, входит только клинкер.

По назначению цементы разделяют на конструкционные и специальные. Конструкционные предназначены для бетонных и железобетонных несущих и ограждающих конструкций (фундаменты, колонны, перекрытия и др.). Они должны обеспечивать главным образом механические характеристики конструкций: прочность, жесткость, трещиностойкость и др. Специальные цементы предназначены для конструкций специального назначения.

К специальным видам цемента относятся:

Быстротвердеющий    портландцемент     (БТЦ) — портландцемент  с   минеральными   добавками,   отличающийся   повышенной прочностью через 3 сут твердения. Его выпускают М400 и 500. БТЦ обладает более  интенсивным,  чем  обычный,  нарастанием прочности в начальный период твердения. Это достигается путем более тонкого помола цемента  (до удельной поверхности 3500... 4000 см2/г), а также повышенным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (60...65%). В остальном свойства его не отличаются от свойств портландцемента.  БТЦ применяют в производстве железобетонных конструкций, а также при зимних бетонных работах.  Ввиду повышенного тепловыделения его не следует использовать в массивных конструкциях.

Сульфатостойкий портландцемент применяют для получения бетонов, работающих в минерализованных и пресных водах. Его получают из клинкера нормированного минералогического состава. Содержание СзЭ не более 50%, С3А не более 5% и сумма СзА-С4АР не более 22%. Введение инертных и активных минеральных добавок не допускается. Этот цемент, являясь по существу  белитовым,  обладает  несколько  замедленным   твердением в начальные сроки и низким тепловыделением. Сульфатостойкий портландцемент выпускают М400. Остальные требования к нему предъявляются такие же, как и к портландцементу. Сульфатостойкий портландцемент используют для получения бетонов, находящихся в минерализованных и пресных водах.

Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками выпускают М400 и 500. В качестве минеральной добавки вводят 10...20% от массы цемента гранулированный доменный шлак или электротермофосфорный шлак или 5... 10%  активных минеральных добавок осадочного происхождения  (кроме глиежа). Клинкер для производства этого цемента не должен содержать соответственно более 5% СзА и MgO, а сумма СзА и C4AF не должна превышать 22%.

Сульфатостойкий    шлакопортландцемент    выпускают    М300 и 400. Его получают путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного шлака  в количестве 21...60%  и небольшого   количества   гипса.   В   этом   цементе  содержание   в клинкере СзА ограничивается до 8%, MgO — до 5%.

Пуццолановый портландцемент выпускают М300 и 400. Его получают путем совместного помола клинкера и 25...40% от массы цемента активных минеральных добавок и гипсового камня. Клинкер для пуццоланового цемента  не должен содержать более 8% СзА и не более 5% MgO. В остальном свойства его не отличаются от свойств портландцемента.

Белый   портландцемент  получают  из  сырьевых   материалов, имеющих минимальное содержание окрашивающих оксидов (железа, марганца, хрома). В качестве сырьевых материалов используют  «чистые»  известняки  или   мраморы  и   белые  каолиновые глины, а в качестве топлива — газ или мазут, не загрязняющие клинкер золой. Помол цемента производят более тонкий: остаток на сите с сеткой № 008 должен быть не более 12%. Основным свойством белого цемента, определяющим его качество как декоративного материала, является степень белизны. По этому показателю белый цемент разделяют на три сорта:  I,  II  и  III.  По прочности белый цемент выпускают М400 и 500. Портландцемент высшей категории качества должен обладать стабильными показателями прочности при сжатии, коэффициент вариации прочности портландцемента М400 не более 5%, а М500 не более 3%. Начало схватывания белого цемента должно  наступать не ранее 45 мин, конец — не позднее 12 ч. Тонкость помола портландцемента должна быть такой, чтобы при просеивании сквозь сито с сеткой № 008 проходило не менее 88%  массы просеиваемой пробы. Транспортируют и хранят белый цемент только в закрытой таре.

Цветные портландцементы получают путем совместного помола клинкера белого цемента со свето- и щелочестойкими минеральными красителями: охрой, железным суриком, ультрамарином, оксидом хрома, сажей. П. И. Боженов предложил для получения цветных цементов в процессе приготовления сырьевой смеси вводить оксиды некоторых металлов (0,05...1,0%). Эффективное окрашивание дают оксиды хрома (желто-зеленый цвет), марганца (голубой или бархатно-черный), кобальта (коричневый). При этом получают цементы клинкеров редких цветов, трудно достигаемых при смешивании с пигментами. Цветные цементы производят трех марок: 300, 400 и 500.

Белые и цветные цементы применяют для изготовления цветных бетонов, растворов отделочных смесей и цементных красок.

Тампонажный портландцемент изготовляют измельчением портландцементного клинкера, гипса с добавками или без них. Тампонажные цементы на основе портландцементного клинкера по вещественному составу в зависимости от содержания и вида добавок подразделяются на: тампонажный портландцемент бездобавочный, тампонажный портландцемент с минеральными добавками и тампонажный портландцемент со специальными добавками, регулирующими свойства цемента. Тампонажные цементы применяют для цементирования нефтяных газовых и специальных скважин. Тампонажный портландцемент бездобавочный применяют в условиях нормальных и умеренных температур (15...100°С) и нормальной плотности цементного теста (1650... 1950 кг/м3). Требования по устойчивости к воздействию агрессивных пластовых вод и объемным деформациям при твердении не предъявляются. К портландцементам с минеральными добавками или со специальными добавками, или в совокупности с минеральными и специальными добавками предъявляются требования по температуре применения, по средней плотности цементного теста и устойчивости тампонажного камня к агрессивности пластовых вод (сульфатная, кислая, углекислая, сероводородная, магнезиальная и полиминеральная).

Глиноземистый цемент гидравлическое вяжущее, предназначенное для изготовления быстротвердеющих строительных и жаростойких растворов и бетонов.

Глиноземистый цемент должен изготовляться в соответствии с ГОСТ 969-91 по технологическому регламенту производителя.

Содержание глинозема (Al2O3) в цементе должно быть не ниже 35 %.

По прочности на сжатие в возрасте 3-х суток цемент подразделяется на марки:

• 40;
• 50;
• 60.

В работе воспользуемся экономико-статистической классификацией, которая представлена в Общегосударственном Классификаторе промышленной и сельскохозяйственной продукции РБ. (ОКП РБ) Он входит в состав единой системы классификации и кодирования технико-экономической информации РБ.

В ОКП РБ используют иерархический метод с шестью ступенями классификации и одной промежуточной ступенью.

 

Классификация по ОКП РБ

Секция D. Продукция перерабатывающей промышленности.

Подсекция DI. Прочие неметаллические минеральные изделия.

Раздел 26. Прочие неметаллические минеральные изделия.

Группа 26.2. Строительные материалы.

Класс 26.54. Цемент.

 

В международной практике широко используется  Товарная Номенклатура Внешней Экономической Деятельности. (ТНВЭД). Структура ТНВЭД состоит из кодового обозначения товаров 9-ю цифровыми десятичными знаками из которых 1-6 – это уровни, соответствующие кодовому обозначению товаров по НГС, 7-8 разряды соответствуют кодовому обозначению товаров по КНЕС. 9-й уровень пока остается нулевым, он предназначен для определения национальных товаров.

 

Классификация по ТНВЭД

Раздел XIII. Изделия из камня, гипса, цемента, асбеста, слюды и из подобных материалов; керамические изделия; стекло и изделия из него.

Группа 62. Строительные материалы.

Позиция 62.15. Цемент.

 

 

3. Потребительские свойства цемента глиноземистого и высокоглиноземистого

 

Свойства цемента от их физических свойств и свойств материалов включенных в их состав:

• теплопроводность – способность удерживать тепло за счет свойств материала – цементы имеют низкую теплопроводность;
• твердость – способность неразрушаться под воздействием внешних сил – цемент в конструкции является довольно стойким материалом;
• прочность – способность неразрушаться под переменными нагрузками на изделие – также зависит от толщины изделия, изготовленного из цемента;
• химическая нейтральность – способность материала не окисляться под воздействием различных сред – все материалы из цемента выделяют окись кремния на поверхности под воздействием воздуха, на качество материала данное окисление вреда не приносит;
• устойчивость к воздействию агрессивных сред – способность материала воспрепятствовать воздействию атмосферных осадков, окисляющей возможности кислорода и другим, цементы чрезвычайно сильно устойчивы к воздействию агрессивных сред.

Рассмотрим подробнее потребительские свойства цемента:

Прочность цемента. Согласно ГОСТ 10178—85, прочность портландцемента характеризуют пределами прочности при сжатии и изгибе. Марку цемента устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов балочек 40X40X160 мм и при сжатии их половинок, изготовленных из раствора состава 1:3 (по массе) с нормальным песком при водоцементном отношении 0,4 и испытанных через 28 сут; образцы в течение этого времени хранят во влажных условиях при температуре (20±2)°С. Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут называется активностью цемента.