Автор работы: Пользователь скрыл имя, 19 Сентября 2015 в 21:09, курсовая работа
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;
Влияние минералогического состава на прочность портландцемента. Процесс нарастания прочности клинкерных минералов портландцемента различен. Наиболее быстро набирает прочность трехкальциевый силикат: за 7 сут твердения он набирает около 70% от 28-суточной прочности, дальнейшее нарастание прочности у C3S значительно замедляется.
Тонкость помола. С увеличением тонкости помола прочность цемента возрастает. Средний размер зерен портландцемента, выпускаемого отечественными заводами, составляет примерно 40 мкм. Толщина гидратации зерен через 6... 12 мес твердения обычно не превышает 10...15 мкм. Таким образом, при обычном помоле портландцемента 30...40% клинкерной части его не участвует в твердении и формировании структуры камня. С увеличением тонкости помола цемента увеличивается степень гидратации цемента, возрастает содержание клеящих веществ — гидратов минералов — и повышается прочность цементного камня. Заводские цементы должны иметь тонкость помола, характеризуемую остатком на сите № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм) не более 15%. Обычно она равна 8...12%.
Тонкость помола цемента характеризуется также величиной удельной поверхности (м2/кг), суммарной поверхностью зерен (м2) в 1 кг цемента. Удельная поверхность заводских цементов составляет 250...300 м2/кг. В ряде случаев с целью повышения активности заводского цемента и для получения быстротвер-деющего цемента тонкость помола повышают. Условно считают, что прирост удельной поверхности цемента на каждые 100 м2/кг повышает его активность на 20...25%.
Увеличение удельной поверхности цемента более 300... 350 м2/кг связано со значительным снижением производительности мельниц; кроме того, такие цементы увеличивают водопотребность, растет тепловыделение, возрастают усадочные деформации.
Водопотребность цемента определяется количеством воды (% от массы цемента), необходимым для получения теста нормальной густоты. Водопотребность портландцемента 24...28%, при введении активных минеральных добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки) водопотребность повышается до 32...37%.
Влияние влажности и температуры среды. Твердение цементного камня и повышение его прочности могут продолжаться только при наличии в нем воды, так как твердение есть в первую очередь процесс гидратации.
Большое влияние на рост прочности цементного камня оказывают влажность и температура среды. Скорость химических реакций между клинкерными минералами и водой увеличивается с повышением температуры, а также значительно возрастает скорость уплотнения продуктов гидратации цемента. Твердение цементного камня на практике может происходить в широком диапазоне температур: нормальное твердение — при температуре 15...20°С, пропаривание — 8О...9О°С, автоклавная обработка — до 170...200°С, давление пара — до 0,8...1,2 МПа и твердение — при отрицательной температуре. Наиболее быстрый рост прочности цементного камня происходит при пропаривании под давлением в автоклавах, при этом бетон через 4...6 ч приобретает марочную прочность.
В условиях пропаривания при нормальном давлении твердение бетона происходит примерно в 2 раза медленнее, чем в автоклавах. Бетоны, подвергнутые тепловлажностной обработке при температуре до 100°С, в большинстве случаев приобретают только 70% проектной прочности и лишь иногда достигают 100%. Дальнейший рост их прочности, как правило, не наблюдается.
Продолжительность хранения. Длительное хранение цемента даже в самых благоприятных условиях влечет за собой некоторую потерю его активности. После 3 мес хранения потеря активности цемента может достигать 20%, а через год — 40%. Цементы более тонкого помола теряют больший процент активности, так как влага воздуха, соприкасаясь с цементом, вызывает преждевременную гидратацию цемента. Восстанавливать активность лежалого цемента можно вторичным помолом. Наиболее эффективен вибродомол цемента, в процессе которого повышается тонкость помола цемента, а также происходит обдирка гидратных и инертных оболочек с цементных зерен. Наиболее целесообразным методом предотвращения потери активности цемента является гидрофобизация.
Стойкость цементного камня. Бетон в инженерных сооружениях в процессе эксплуатации может быть подвержен агрессивному воздействию внешней среды: пресных и минерализованных вод, совместному действию воды и мороза, попеременному увлажнению и высушиванию. Среди компонентов бетона цементный камень наиболее подвержен развитию коррозионных процессов. Для того чтобы бетон стойко сопротивлялся агрессивному воздействию внешней среды, цементный камень должен быть коррозио-, морозо- и атмосферостойким.
Морозостойкость. Совместное попеременное действие воды и мороза влечет за собой разрушение бетонных сооружений. При отрицательных температурах вода, находящаяся в порах цементного камня, превращается в лед, который увеличивается в объеме примерно на 9% по сравнению с объемом воды. Лед давит на стенки пор и разрушает их.
Морозостойкость цементного камня зависит от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента и водоцементного отношения. До определенной тонкости помола (5000... 6000 см2/г) морозостойкость цемента увеличивается, но при дальнейшем возрастании тонкости помола морозостойкость падает. Это объясняется пористой структурой новообразований цемента сверхтонкого измельчения.
Присутствие в цементе в значительном количестве активных минеральных добавок отрицательно влияет на морозостойкость цементного камня вследствие высокой пористости их и низкой морозостойкости продуктов взаимодействия добавок с компонентами цементного камня. Среди минералов клинкера наименее морозостойким является СзА, поэтому его содержание в цементе для морозостойких бетонов не должно превышать 5...7%.
Увеличение водоцементного отношения понижает морозостойкость цементного камня вследствие повышения его пористости. Таким образом, для увеличения морозостойкости бетона необходимо применять цементы с низким содержанием СзА, с минимальным содержанием активных минеральных добавок и использовать бетонные смеси с возможно меньшим водоцементным отношением, тщательно уплотняя смесь при укладке.
Значительно повышают морозостойкость бетона поверхностно-активные добавки (СДБ, мылонафт). Пластифицирующие добавки СДБ существенно снижают водопотребность бетонных смесей при сохранении заданной подвижности и тем самым уменьшают пористость цементного камня. Некоторые гидрофобизующие добавки обладают воздухововлекающей способностью (пузырьки воздуха в бетонной смеси амортизируют давление льда), повышают однородность структуры цементного камня (придают водоотталкивающие свойства) и гидрофобизуют стенки пор и капилляров, увеличивая тем самым сопротивляемость цементного камня действию воды.
Надо иметь в виду, что замораживание цементного камня в начальный период твердения является наиболее опасным, так как он еще не обладает достаточной прочностью и не может энергично сопротивляться действию льда.
Основным сырьем для производства цемента служат природные известковые мергели (смесь глины со значительным количеством карбонатов кальция и магния) или искуственные смеси материалов, содержащие известь и глину; последнюю можно заменить доменным шлаком, трепелом.
Для получения клинкера глиноземистого цемента в качестве главных компонентов сырьевой массы используют известняк СаС03 и породы, содержащие глинозем, например бокситы.
При сухом способе (существует еще мокрый), поступающие на завод сырьевые материалы в виде мергеля, известняка и глины подвергают дроблению в дробилках типа С-776 до зерен крупностью 2,5мм (глинистый материал дробят в агрегатах с одновременной его сушкой ). Приготовленный дробленый сырьевой материал ленточными транспортерами подают на склад сырья, где сырьевые компоненты усредняют (с помощью усреднительных машин) до установленного норматива по химическому составу и подают далее в бункера мельниц. Из последних сырьевые компоненты вместе с добавками через дозаторы по массе поступают в приемные устройства помольных агрегатов, где их измельчают до требуемой толщины , подсушивают за счет тепла отходящих газов из вращающихся печей и подвергают сепарации.
Различают две схемы помола:
При открытом цикле ( рис.1а ) материал проходит через мельницу однократно ; при замкнутом цикле ( рис.1б,в ) часть материала -- крупные фракции -- вторично пропускают через мельницу для окончательного измельчения. Разделение измельченного продукта на фракции : грубую и мелкую называют сепарацией , а применяемые аппараты -- сепараторами.
а — по открытому циклу; б, в — по замкнутому циклу; 1 — трубная мельница; 2 — элеватор; 3 —сепаратор; ГП — готовый продукт
Переход на замкнутый цикл связан со значительным повышением расхода энергии на вспомогательные операции, но это единственно реальный путь получения высокой тонкости помола сырья. В замкнутом цикле удаляются мельчайшие частицы, которые, налипая на мелющие тела, уменьшают их размалывающую способность.
Рис.2. Шаровая мельница замкнутого типа.
Технологические схемы помола по замкнутому циклу отличаются способами транспортирования измельченного продукта от мельницы к сепараторам:
Применяют и различные типы сепараторов:
Схемы, включающие мельницы с воздушно-проходными сепараторами, просты и работают при невысокой температуре газового потока, что дает возможность использовать отходящие газы вращающихся печей. Но они отличаются повышенным расходом энергии вследствие применения пневмотранспорта .В настоящее время чаще используют схемы с центробежными сепараторами и механическим транспортом измельченного продукта .В них объем сушильного агента может быть существенно ниже , а температура повышена до 600-650 С .
Измельченный в мельнице материал выгружают потоком газов через циклоны - разгружатели с помощью мельничного вентилятора. Далее мука поступает в корреляционные силосы, где она гомогенизируется и перегружается в расходные силосы. Измельченный в мельнице материал выгружают потоком газов через циклоны - разгружатели с помощью мельничного вентилятора . Далее мука поступает в корреляционные силосы , где она гомогенизируется и перегружается в расходные силосы . Корректирование и гомогенизацию сырьевой смеси производят для повышения эффективности печей и подачи на обжиг сырьевой смеси оптимального и постоянного химического состава. Возможны два варианта корректирования :
При порционном корректировании заранее готовят смесь (в нашем случае сухую) с заведомо более низким или более высоким содержанием CaCO3 по сравнению с основной сырьевой смесью. Основную и корректирующие смеси подают в специальные емкости, и после установления состава каждой в определенном соотношении их направляют в третью емкость и перемешивают . На современных крупных заводах способ порционного корректирования связан с резким увеличением его длительности , объемов корректировочных емкостей , расхода электроэнергии . Это привело к переходу на поточную технологию приготовления сырьевых смесей , при которой их корректировку осуществляют непосредственно в процессе изготовления .При поточной технологии готовят две равноценные смеси , направляемые в отдельные емкости . После точного определения их характеристик сырьевые смеси подают в третью емкость в соотношении , обеспечивающем получение продукта заданного химического состава .
Поточное приготовление сырьевой смеси позволяет сократить длительность корректирования , снизить расход электроэнергии и капитальные затраты , но возможно оно только при выполнении обязательных условий ( при подаче на помол сырьевых компонентов заданного химического состава ; использования автоматических дозаторов ; оперативном контроле и регулировании состава сырьевой смеси на всех стадиях ее приготовления ) .
После корректирования должна проводиться гомогенизация сырьевой смеси путем интенсивного ее перемешивания. Это очень важная технологическая операция . Расходы на нее составляют при производстве цемента 10-15 % всех расходов , занимая второе место после расходов на обжиг , а капитальные вложения связанные с процессами переработки сырья ; значительно превышают стоимость оборудования .
При переработке сухих цементных сырьевых смесей корректирования, гомогенизация и хранение порошкообразных сырьевых шихт происходят в железобетонных или металлических силосах с пневматическим перемешиванием емкостью до 2000 т. Воздух в силос подают снизу , через аэроплитки -- керамические или из микропористых металлических сплавов . Сжатый воздух , проникая между зернами материала, переводит его в псевдотекучее состояние и облегчает перемешивание. Недостатками пневматического перемешивания порошкообразных сырьевых смесей являются: