Химический и минералогический состав портландцемента

Химический и минералогический состав портландцемента

Химико-минералогический состав портландцемента

Сырьевые материалы, используемые для производства портландцемента, состоят в основном из окиси кальция, кремнезема, глинозема и окиси железа. В печи эти окислы химически взаимодействуют друг с другом с образованием ряда более сложных соединений, при этом достигается химическое равновесие. Обычно остается лишь небольшое количество химически не связанной окиси кальция. Однако во время охлаждения клинкера равновесие не сохраняется и в зависимости от скорости охлаждения изменяется степень кристаллизации минералов клинкера и количество аморфного вещества. Вещества одного и того же химического состава в аморфном, стеклообразном и кристаллическом состоянии значительно различаются по своим свойствам. Взаимодействие жидкой фазы клинкера с вновь образованными кристаллическими соединениями усложняет структуру клинкера.

Тем не менее цемент можно рассматривать как систему, находящуюся в равновесии, вследствие «замораживания» расплава в состоянии, существовавшем при температуре клинкерообразования. В действительности это предположение делается на основе расчета состава товарных цементов; расчетный состав определяется по известному содержанию окислов в клинкере исходя из предположения о полной кристаллизации соединений в состоянии равновесия.

В действительности силикаты в цементе не являются чистыми фазами, так как содержат небольшое количество окислов в виде твердых растворов. Эти окислы оказывают значительное влияние на расположение атомов, форму кристаллов и гидравлические свойства силикатов.

Кроме основных минералов, указанных в табл. 1.1, в цементном клинкере содержатся в небольшом количестве MgO, ТЮ2, Мп2Оз, К2О и ЫагО. Они обычно составляют не более нескольких процентов от веса цемента. Особый интерес представляют окислы натрия и калия. В дальнейшем мы их называем щелочами. Установлено, что они химически взаимодействуют с некоторыми заполнителями и продукты этих реакций вызывают разрушение бетона (см. главу 7). Щелочи влияют на скорость роста прочности цемента. Содержание щелочей и Мп2Оз можно быстро определить с помощью спектрофотометра.

Минералогический состав цемента установлен в результате изучения фазового равновесия тройных систем С—А—S и С—А—F, четверной системы С — C2S — C5A3 —C4AF и др. Были исследованы кривые плавления или кристаллизации и вычислены составы жидких и твердых фаз при любой температуре. Фактический состав клинкера в дополнение к методам химического анализа может быть исследован с помощью микроскопа путем измерения коэффициента преломления соединений в виде порошка. Содержание минералов-силикатов может быть определено с помощью микрометра Шэндс при исследовании прозрачных шлифов (аналогично применяемому в петрографическом анализе) в проходящем свете. Полированные и травленые шлифы также могут быть исследованы как в отраженном, так и в проходящем свете. Рентгеновская дифракция порошкообразного вещества может быть использована с целью обнаружения кристаллических фаз, а также для исследования их кристаллической структуры. Находит применение также электронный микроскоп, который дает большое увеличение и обладает значительно большей разрешающей способностью, чем световой

C3S, содержание которого обычно наибольшее, встречается в виде небольших равноразмерных неокрашенных зерен. В процессе охлаждения при температурах ниже 1250° С C3S медленно распадается, но если охлаждение идет достаточно быстро, C3S сохраняется без изменения и является сравнительно устойчивым при обычных температурах.

Известно, что C2S имеет три или даже четыре модификации. a -C2S, которая существует при высоких температурах, переходит при температуре 1456° С в |3-модификацию. |3 -C2S претерпевает дальнейшее превращение в у -C2S при 675° С, но при скорости охлаждения цементов, имеющей место в производственных условиях, в клинкере сохраняется P-C2S в виде зерен округлой формы, обычно показывающих двойникование кристаллов.

С3А образует прямоугольные кристаллы, но в застеклованном состоянии это аморфное промежуточное вещество.

C4AF представляет собой твердый раствор ряда соединений от C2F до СбА2Р; принятая формула C4AF является условной, отражающей средний состав этой фазы.

Различные типы цементов в значительной степени отличаются по своему химико-минералогическому составу, который обусловливается соотношением сырьевых материалов. Одно время в США была предпринята попытка контролировать свойства цементов различного назначения установлением предельных количеств четырех основных клинкерных минералов, определенных расчетом по химическому анализу. Этот способ исключил бы многочисленные физические испытания, но, к сожалению, расчетный минералогический состав не является достаточно точным и не учитывает все необходимые свойства цемента и, следовательно, не может заменить непосредственных определений требуемых свойств.

Примерный химический состав портландцемента в % следующий: СаО—60—67; SiO2—17—25; А12О3—3—8; Fe2O3—0,5—6; MgO-0,1-4; щелочей —0,4—1,3; SO3—1—3.

В табл. 1.2 приводится химический и расчетный минералогический составы типичного портландцемента.

Нерастворимый остаток определяют путем обработки цемента соляной кислотой; он характеризует количество примесей в цементе, попадающих главным образом в составе гипсового камня. BS 12:1958 допускает величину нерастворимого остатка не более 1,5% веса цемента. Потеря в весе при прокаливании характеризует степень карбонизации и гидратации свободных окислов кальция и магния в результате атмосферных воздействий на * цемент. Максимальная потеря при прокаливании (при 1000° С), допускаемая BS 12:1958, составляет для цементов, используемых в условиях умеренного климата, 3% и для цементов, применяемых в тропических условиях, 4%. Так как гидратированная свободная известь безвредна, то для определенного содержания свободной извести в цементе повышенная потеря веса при прокаливании в действительности является полезной.

Читайте также:  Какой сегодня церковный праздник можно ли убираться

Важно отметить, что минералогический состав цемента может изменяться в значительной степени даже при сравнительно небольших колебаниях химического состава цемента. В табл. 1.3, по данным Чернина, в графе 1 приводится химический состав типичного быстротвердеющего цемента. Если содержание окиси кальция снижается на 3% при соответствующем увеличении содержания остальных окислов (графа 2), соотношение C3S : C2S значительно изменяется. Химический состав цемента, приведенный в графе 3, отличается по содержанию глинозема и окиси железа на 1,5% от состава цемента, указанного в графе 1, при этом содержание окислов кальция и кремния остается прежним. Тем не менее данное изменение существенно влияет на соотношение между силикатами C3S : C2S, а также на содержание С3А и C4AF.

Несомненно, что контролю химического состава цемента придается особое значение. У типичных обычных и быстротвердеющих портландцементов общая сумма содержания двух силикатов меняется незначительно, в узких пределах,,поэтому различия в составе в большой степени зависят от соотношения между СаО и SiCb в сырьевых материалах.

Страницы работы

Содержание работы

1. Портландцемент. Химический и минералогический состав. Твердение портландцемента. Проектирование склада цемента на ЗСЖБ

Портландцементом называют продукт, полученный тонким помолом портландцементного клинкера, который образуется при обжиге до спекания сырьевой смеси соответствующего состава.

Кроме того, состав цементного клинкера определяется следующими модулями:

1) гидравлический модуль =1,9-2,4 силикатный модуль =1,7-3,5

2) глиноземистый модуль =1-2,5

Повышенное содержание СаО при условии его связывания с другими оксидами приводит к повышению скорости твердения, высокой конечной прочности и пониженной водостойкости. При повышенном содержании SiO2 цемент медленно твердеет в начальные сроки при достаточном нарастании прочности в длительные сроки. Повышенная водо- и сульфатостойкость. А12О3 снижает водо-, сульфатостойкость и морозостойкость. Fe2O3 понижает температуру обжига, однако медленное схватывание в нач. сроки, повышение сульфатостойкости. MgO – неравномерность изменения объема. SO3 – в виде гипса вводится для регулирования сроков схватывания (при помоле 1,5-3,5%). TiO2 – в небольших количествах (2-4%) улучшает качество цемента. Щелочи – вызывают непостоянство сроков схватывания, появление выцветов.

4) 4CaO*Al2O3*Fe2O3 — C 4AF – 4-кальциевый алюмоферрит промежуточные

Твердение цемента идет по двум типам реакций – гидролиза (взаимодействие вещества с водой с образованием нового вещества) и гидротации (присоединение воды к хим. веществу). Алит (45-60%) – самый важный минерал клинкера, он определяет быстроту твердения и прочность. Твердеет быстро и набирает высокую прочность. Белит (20-30%) – медленно твердеет, но достигает высокую прочность при длительном твердении. С3А (4-12%) – быстро гидротирует и твердеет, но имеет низкую прочность, повышенное содержание приводит к сульфатной коррозии, поэтому содержание ограничивается до 5-7%. С4АF (12-18%) – по скорости твердения и прочности этот минерал занимает промежуточное место между алитом и белитом.

Теории твердения: 1887 – Ле-Шателье – кристаллизационная теория. 1893 – Михаэлис – коллоидная теория. 1923 – Байков – коагуляционная.

Склады цемента – притрассовые, прирельсовые, береговые. Вместимость силосов – 240 — 4000т.

3. Влияние заполнителей на свойство бетонной смеси и затвердевшего бетона. Проектирование складов заполнителей на ЗСЖБ.

Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и оказывают влияние на свойства бетона его долговечность и стоимость.

Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента являющегося более дорогим и дефицитным компонентом. Кроме того заполнители улучшают технические свойства бетона. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона, уменьшает деформации конструкции под нагрузкой, а так же ползучесть бетона – необратимые деформации, возникающие при длительном действии нагрузки. Заполнитель уменьшает усадку бетона способствуя получению более долговечного материала. Заполнитель воспринимает усадочные напряжения и в несколько раз уменьшает усадку бетона по сравнению с усадкой цементного камня. Пористые естественные и искусственные заполнители, обладают малой плотностью, уменьшают плотность легкого бетона, улучшают его теплотехнические свойства. В бетоне принимают крупный и мелкий заполнитель. Наиболее существенное влияние на свойства бетона оказывает зерновой состав, прочность и чистота заполнителя. Зерновой состав: показывает содержание зерен разной крупности. Он определяется просеиванием через стандартные сита с величиной отверстий от 0,14 до 70мм. Различают рядовой и фракционированный заполнитель. Различают непрерывный и прерывистый зерновой состав при использовании заполнителя с прерывистым зерновым составом. увеличивается расход цемента на обмазку зерен. Кроме того смеси с прерывистым составом склонны к расслоению, что отрицательно сказывается на однородности бетона. Прочность заполнителя определяется не только прочностью горной породы, из которой он получен, но и крупностью зерен. При выветривании или дроблении породы разрушение происходит по более слабым местам структуры и с уменьшением их размера прочности как бы повышается. Большое влияние на прочность бетона оказывает чистота заполнителя. Пылевидные и особенно глинистые примеси создают на поверхности зерен заполнителя пленку препятствующую сцеплению их с цементным камнем. В результате прочность бетона значительно понижается (иногда на 30-40%). Крупный заполнитель должен иметь прочность на 20% больше, чем прочность бетона. Склады: открытые, закрытые, притрассовый, прирельсовый, береговые, штабельно-полубункерные. Запас заполнителей – 7 суток. Максимальная высота штабеля для крупного заполнителя-12м, для мелкого-15м. максимаьный угол наклона ленты транспортера для подачи щебня и песка 18 град. Для керамзита и гравия 13-15град. Наименьшее количество отсеков для хранения песка – 2, крупного заполнителя – 4.

Читайте также:  Плинтус пвх напольный размеры

Определение и классификация.Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого помола портландцементного клинкера с добавкой гипса. Двуводный гипс в количестве 1,5 … 3,5% вводят для регулирования сроков схватывания портландцемента.Портландцементный клинкер – продукт обжига до спекания сырьевой тонкодисперсной однородной смеси, состоящей преимущественно из известняка и глины. Такой состав сырья обеспечивает преобладание в клинкере высокоосновных силикатов кальция.

1) Бездобавочный – введение активных минеральных добавок не допускается, получают помолом лишь портландцементного клинкера с добавкой гипса. Бездобавочный портландцемент имеет в сокращенном обозначении индекс Д0.

2) Портландцемент с активными минеральными добавками. Так называют вяжущие, получаемые совместным помолом портландцементного клинкера и активной минеральной добавки, либо их смешиванием после раздельного измельчения. В качестве подобных добавок используют горные породы (диатомит, трепел, опока, вулканический пепел, пемза и т.д.) и твердые или пылеобразные отходы промышленности (доменные шлаки, нефелиновый шлам, золы уноса ТЭЦ), состоящие преимущественно из аморфного кремнезема.

3) Шлакопортландцемент (ШПЦ). К этой разновидности относят гидравлическое вяжущее вещество, которое получают совместным помолом портландцементного клинкера и доменного гранулированного шлака с добавлением гипса. Шлакопортландцемент можно изготавливать также и путем смешивания указанных компонентов уже после их раздельного измельчения. Содержание шлака в таком вяжущем составляет от 20 до 80 % по массе цемента.

4) Пуццолановый портландцемент (ППЦ). Это гидравлическое вяжущее вещество получают совместным помолом портландцементного клинкера, гипса и активной минеральной добавки в количестве 21…30 % или тщательным смешиванием этих же компонентов, измельченных раздельно. Учитывая повышенное количество активной минеральной добавки, к портландцементному клинкеру предъявляется требование в части содержания трехкальциевого алюмината – не более 8 %.

Сырьевые материалы.Основными сырьевыми материалами при производстве портландцементного клинкера являются известняк с высоким содержанием углекислого кальция (мел, плотный известняк …) и глинистые породы, содержащие SiO2, Al2O3, Fe2O3

Производство портландцемента состоит из следующих процессов: добычи сырья и доставки его на завод; подготовки сырья и смеси; обжига смеси — получения клинкера; измельчения клинкера с добавками — получения цемента.

Минералогический состав.Применяемые для производства портландцементного клинкера сырьевые материалы обеспечивают преобладание в нем высокоосновных силикатов кальция. Помимо этого, при взаимодействии с оксидамиAl2O3иFe2O3образуются отдельные группы минералов. Каждый из клинкерных минералов имеет свои специфические свойства.

Трехкальциевый силикат (алит) характеризуется химической формулой 3CaO·SiO2(сокращенная записьC3S). Содержание его в портландцементе составляет 40…65 %. Являясь химически активным минералом, оказывает решающее влияние на скорость твердения цемента. Алит быстро набирает прочность, образуя довольно плотный продукт гидратации. При взаимодействии с водой выделяет большое количество тепла.

Двухкальциевый силикат (белит) имеет химическую формулу 2CaO·SiO2(сокращенноC2S). По химической активности заметно уступает алиту. Продукт твердения белита, затворенного водой, в ранние сроки твердения имеет невысокую прочность, при этом выделяется очень мало тепла. Однако, в дальнейшем, при благоприятных условиях, в течение нескольких лет способен увеличивать прочность. Белита в портландцементе может содержаться от 15 до 40 %.

Трехкальциевый алюминат как химическое соединение выражается формулой 3CaO·Al2O33А). Имеет наибольшую химическую активность среди основных минералов портландцементного клинкера. Процесс его гидратации завершается в первые сутки твердения, при этом выделяется наибольшее количество теплоты. Однако продукт твердения трехкальциевого алюмината имеет низкую долговечность. Содержание в портландцементе С3А колеблется от 2 до 15 %.

Четырехкальциевый алюмоферрит (целит) принят в качестве клинкерного минерала как среднее значение содержащихся в портландцементном клинкере алюмоферритов кальция переменного состава. Химический состав выражается формулой 4CaO·Al2O3·Fe2O34АF). По химической активности занимает среднее положение между С3А и алитом. Продукт гидратации имеет прочность, меньшую, чем у алита. В портландцементе С4АFможет быть от 10 до 20 %.

В зависимости от минералогического состава различают следующие виды портландцемента:

– алитовый: содержание C3Sболее 60 %, а соотношениеC3S:C2Sболее 4;– белитовый: содержание C2Sпревышает 38 % при отношенииC3S:C2Sменее 1;– алюминатный, содержащий С3А больше 15 %;– алюмоферритный (целитовый), в котором С4АFсодержится более 18 %.

Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широких пределах. Главные оксиды цементного клинкера — оксид кальция CaO, двуоксид кремния SiO2, оксиды алюминия Al2O3, железа Fe2O3, суммарное содержание которых – 95 – 97%. Кроме них в состав клинкера в виде различных соединений в небольших количествах могут входить оксид магния MgO, серный ангидрид SO3, двуоксид титана TiO2, оксиды хрома Cr2O3, марганца Mn2O3, щелочи Na2O и K2O, фосфорный ангидрид P2O3 и др. Содержание этих оксидов в клинкере колеблется в следующих пределах, %:

Читайте также:  Компрессор в автосервис цена

28.Показатели качества портландцемента (химический, минеральный, вещественный составы, марки (классы), водопотребность, сроки схватывания, тонкость помола, равномерность изменения объема). Активность, марки и классы портландцемента.

Минеральный состав выражает содержание в клинкере (в % по массе) главных минералов. Применяются расчетный и прямые экспериментальные методы определения минерального состава клинкера. Минеральный состав рассчитывают на основании данных химического анализа, который определяет содержание оксидов (в % по массе).

Вещественный состав цемента выражает содержание в цементе (в % по массе) основных компонентов: клинкера, гипса, минеральных добавок, пластифицирующих и гидрофобизующих добавок; он приводится в паспорте на цемент. Допускается введение в цемент при его помоле пластифицирующих или гидрофобизующих поверхностно-активных добавок в количестве не более 0,3% от массы цемента.

Тонкость помола цемента оценивается по стандарту путем просеивания предварительно высушенной пробы через сито №008 (размер ячейки в свету 0,08 мм); тонкость помола должна быть такой, чтобы через указанное сито проходило не менее 85% массы просеиваемой пробы.

Плотность портландцемента (без минеральных добавок) составляет 3,05-3,15. Его насыпная плотность зависит от уплотнения и у рыхлого цемента составляет 1100кг/м 3 , у сильно уплотненного – до 1600 кг/м 3, в среднем — 1300 кг/м 3.

Водопотребность цемента определяется количеством воды (в % от массы цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой цементного теста считают такую его подвижность, при которой цилиндр-пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Водопотребность портландцемента в пределах от 22 до 28 %. При введении активных минеральных добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки) водопотребность цемента повышается и может достигнуть 32-37%.

Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения иглы в тесто нормальной густоты. Началом схватывания считают время, прошедшее от начала затворения до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 1-2 мм. Конец схватывания – время от начала затворения до того момента, когда игла погружается в тесто не более чем на 1-2мм. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания – не позднее 10 ч от начала затворения. Для получения нормальных сроков схватывания при помоле клинкера на цементном заводе вводят добавку двуводного гипса.

Равномерность изменения объема. Причиной неравномерного изменения объема цементного камня являются местные деформации, вызываемые расширением свободной СаО и периклаза МgО вследствие их гидратации. По стандарту изготовленные из теста нормальной густоты образцы-лепешки через 24 ч предварительного твердения выдерживают в течение 3 ч в кипящей воде. Лепешки не должны деформироваться, не допускаются радиальные трещины.

Марки (классы) — Марка портландцемента определяется испытанием стандартных образцов размером 4х4х16 см, изготовленных из цементно-песчаного раствора 1:3 (по массе) через 28 суток твердения (первые сутки — в формах во влажном воздухе, затем без форм в воде).

Марка-предел прочности (сжатии – изгибе)

400-39,2-5,4 (55), 500-49-5,9(60), 550-53,9-6,1(62), 600-58,8-6,4(65)

Парка порталнд. – класс прочности

300-22,5Н, 400-32,5Н, 400Б-32,5Б, 500-42,5Н, 500Б-42,5Б, 550-52,5Н, 600-52,5Б

Класс и марка выражаются в разных единицах измерения – в МПа и кгс/см 2 соответственно. Различия в численных значениях класса и марки при выражении их в одинаковых единицах измерения обусловлены только разными условиями испытания цемента.

Активность и марки портландцемента. Активность и марку определяют испытанием стандартных образцов-призм размером 4х4х16 см, изготовленных из цементно-песчаной растворной смеси состава 1:3 (по массе) и В/Ц = 0,4 при консистенции раствора по расплыву конуса 106-115 мм. Черех 28 сут твердения (первые сутки образцы твердеют в формах во влажном воздухе, а затем 27 сут – в воде комнатной температуры), образцы-призмы сначала испытывают на изгиб, затем получившиеся половинки призм – на сжатие. Портландцемент разделяют на марки 400, 500, 550, 600.

У быстротвердеющих портландцементов нормируется не только 28-суточная прочность, но и начальная, 3-суточная.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector