Главная → Статьи

Минеральные вяжущие вещества

Классификация. Минеральными вяжущими материалами называют порошкообразные вещества, которые при затворении водой дают пластичное тесто, способное с течением времени затвердевать, т. е. переходить в камне-видное состояние. Способностью вяжущих твердеть пользуются при изготовлении различных строительных изделий. В состав минеральных вяжущих вводят различные добавки, позволяющие регулировать их физические и механические свойства, т. е. создавать вещества с заранее заданными свойствами. Добавки в виде порошков, органических жидкостей, кислот и растворов солей смешивают с вяжущими в процессе изготовления или после него, а также при получении различных строительных изделий.

Минеральные вяжущие материалы могут быть разделены на два класса:
1) воздушные вяжущие, которые способны схватываться и твердеть только на воздухе, — известь, гипс, магнезиальные вяжущие, жидкое стекло и кислотоупорный цемент;
2) гидравлические вяжущие, которые способны схватываться и твердеть не только на воздухе, но и в воде, — гидравлическая известь, портландцемент, сульфатостойкий цемент, гидрофобный, пластифицированный, быстротвердеющий, глиноземистый, цветной цементы, шлакопортландцемент, шлаковый цемент, известково-шлаковый цемент и шлако-сульфатный цемент.

Воздушная известь. Известь получают путем умеренного обжига известняка, мела, известняка-ракушечника и других горных пород, состоящих из карбоната кальция. Гашеную известь-пушенку изготовляют путем затво-реиия комовой извести водой в количестве до 100% массы вяжущего. Благодаря большой пористости комовая известь быстро насыщается водой до состояния полной влагоемкости. При соприкосновении воды с окисью кальция происходит интенсивный процесс гидратации, сопровождающийся выделением большого количества тепла. Это обеспечивает быстрое превращение воды в пар, что создает большое давление и разрушает связи между отдельными частицами комовой извести, превращая ее в тонкодисперсный порошок, называемый пушенкой. Гашеная известь прежде широко применялась для приготовления известковых растворов, получения гидравлических вяжущих и добавок к ним. В настоящее время ее стали применять меньше, так как в строительной промышленности широко используется молотая известь, которая представляет собой продукт помола комовой извести в шаровых мельницах. Воздушная известь (кипел-ка) в промышленности строительных материалов начала интенсивно применяться после 1945 г., когда была открыта способность молотой извести к гидратационному твердению, т. е. к схватыванию и твердению в процессе гидратации. Этот процесс заключается в том, что комовая известь измельчается до определенной тонкости помола, назначается оптимальное водоизвестковое отношение, обеспечивается интенсивный отвод тепла, выделяющегося в процессе гидратации молотой извести. При соблюдении этих условий резко сокращается время твердения вяжущего, повышается его марка. Особенно выгодно применять молотую известь при производстве строительных работ в зимнее время, так как выделяющееся при гидратации извести тепло не дает замерзать воде в смеси при значительных отрицательных температурах наружного воздуха. На базе молотой извести изготовляют гидравлические вяжущие и т. п.

Гипс строительный. Исходным сырьем для изготовления данного вяжущего является камень гипсовый. Технология получения строительного гипса проста и заключается в выполнении следующих операций: дробление породы, обжиг и тонкое измельчение продукта обжига. Строительные изделия, изготовленные из данного вяжущего, не обладают водоустойчивостью, поэтому они могут быть применены там, где на них не воздействует вода. Гипс строительный быстро твердеет, для регулирования сроков его схватывания применяют различные замедлители, наиболее часто молотую известь, техническую глюкозу, сульфитно-спиртовую барду и др.

Порошок каустический из магнезита. Сырьем для получения магнезиального вяжущего является магнезит. Технология изготовления порошка каустического из магнезита включает три операции: приготовление сырья (дробление магнезита или доломита в щебень), обжиг щебня при температуре 800—900 °С и измельчение обожженного сырья. Порошок каустический из магнезита плохо растворяется в воде, поэтому затворяют его на растворе хлористого или сернокислого магния. Магнезиальные вяжущие обладают высокой прочностью — 400—600 кгс/см2.

Гидравлические вяжущие — портландцемент и его разновидности. Портландцемент — продукт тонкого измельчения клинкера. Для регулирования физико-механических свойств портландцемента в его состав вводят небольшие дозы гипса и активную или инертную добавку в виде минеральных порошков. В настоящее время применяют два метода изготовления портландцемента — мокрый и сухой Наиболее распространен мокрый метод, позволяющий регулировать минералогический состав цемента. Этот метод приготовления портландцемента предусматривает использование искусственно приготовленного сырья, состоящего из глины и известняка.

Технология изготовления портландцемента мокрым способом обычно состоит из следующих операций:
1) измельчение сырья (известняк подвергается дроблению, а глина измельчается в глиноболтушках путем перемешивания с водой),
2) окончательный помол известнякового щебня и измельченной глины в трубной мельнице,
3) подача тонкоизмельченного материала в виде смета-нообразной массы в шлам-бассейны, где происходит окончательная корректировка химического состава сырья,
4) подача сметанообразной массы в баки, откуда она равномерно поступает в обжигательные печи,
5) обжиг сырья до спекания и получение портландцементного клинкера,
6) транспортирование раскаленного клинкера в холодильные камеры для снижения его температуры,
7) транспортирование клинкера на склад, где он окончательно охлаждается и вылеживается в течение 15—20 суток,
8) помол портландцементного клинкера в трубных многокамерных мельницах,
9) подача портландцемента пневмотранспортом в силосы,
10) расфасовка готового вяжущего.

Сухой метод приготовления портландцемента основан на применении в качестве исходного сырья природных каменных материалов, называемых мергелями (осадочные органогенные породы). Технология изготовления состоит из трех операций: приготовление сырья, обжиг до спекания и помол продукта обжига.

Объемная масса портландцемента в рыхлом состоянии 0,9—1,1 т/м3. Тонкость помола является важной физической характеристикой — от нее зависят такие свойства портландцемента, как активность, интенсивность гидролиза, гидратация и др. Большое значение имеет водопотребность — способность портландцемента связывать воду в процессе гидролиза и гидратации. Смесь для этого должна иметь влажность около 20%. Однако приходится вводить воду в гораздо больших количествах для придания растворной и бетонной смеси необходимой подвижности и удобоукладываемости. Излишнее количество влаги не вступает в химическую реакцию с портландцементом, с течением времени испаряется из тела бетона или раствора, увеличивая его пористость, а следовательно, снижая его физические свойства.

Срок начала и конца схватывания влияет на характер технологии производства работ, поэтому этот показатель стандартизируют, т. е. начало схватывания должно наступать не ранее 45 мин, конец — не позднее 12 ч. Нормально обожженный клинкер обычно обеспечивает получение быстротвердеющего минерального вяжущего. Для регулирования сроков схватывания в процессе помола исходного сырья в его состав вводят строительный гипс. Следует иметь в виду, что при температуре выше 25 °С время твердения вяжущего резко сокращается, а при понижении температуры возрастает. Марку портландцемента определяют на растворе состава 1 : 3, т. е. на 1 ч. цемента должно приходиться 3 ч. кварцевого песка. Отечественная цементная промышленность выпускает портландцемент марок 300, 400, 500 и-600.

К разновидностям портландцемента относят пластифицированный портландцемент, гидрофобный, быстро-твердеющий, шлаковый и пуццолановый, бесклинкерный и другие виды портландцемента.

Пластифицированный портландцемент получают путем добавки в состав вяжущего поверхностно-активного вещества в виде сульфитно-спиртовой барды (ССБ), свойства которой определяются. ССБ вводят в процессе изготовления портландцемента или при получении бетонной смеси. ССБ покрывает тонкой пленкой частицы вяжущего, способствует более интенсивной гидратации цементного зерна и является как бы смазкой в бетонной смеси, облегчающей передвижение одной частицы относительно другой в процессе уплотнения. При прочих равных условиях получаются бетонные смеси большой подвижности и удобоукладываемоети, а следовательно, снижается водоцементное Отношение и достигается экономия вяжущего. Пластифицированный портландцемент широко применяют в строительной промышленности.

Гидрофобный портландцемент образуется при добавлении в состав вяжущего гидрофобных веществ — олеиновой кислоты, саапстока, мылонафта и т. п. Эти добавки составляют 0,06—0,3% массы цемента из расчета на сухое вещество. В процессе затворения смеси на поверхности зерен вяжущего образуется гидрофобная пленка, которая сохраняет активность портландцемента при долгом его хранении во влажных условиях окружающей среды, а также предохраняет его от комкования.

Быстротвердеющий портландцемент обычно получают при использовании клинкера такого минералогического состава, который содержит больше трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината, обладающих коротким временем твердения. Кроме того, увеличивают количество гипса при помоле клинкера и очень тонко измельчают последний.

Шлаковый и пуццолановый портландцементы получают путем введения активной гидравлической добавки (пуццолана или металлургического шлака) в количестве 30—60%.‘Эти портландцементы в основном применяют для гидротехнических сооружений.

Бесклинкерные портландцементы являются механической смесью топкодисперсного шлака или пуццолано-вой горной породы, состоящей из аморфного кремнезема, извести и гипса. Такие вяжущие обладают низкой прочностью на сжатие (50—150 кгс/см2) и малой воздухо-устойчивостью (связующее свойство проявляется только в том случае, если цемент находится все время во влажных условиях).

Приемка, транспортирование и хранение вяжущих. Минеральные вяжущие, поступающие на строительство, должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов. Одновременно с поступлением вяжущих заказчик должен получить технический паспорт, в котором приведены основные сведения о вяжущем веществе. При перевозке и хранении вяжущих следует предотвращать возможность их засорения посторонними порошкообразными веществами и увлажнения.

Технико-экономические показатели. Отечественная промышленность ежегодно выпускает более 4,2 млн. т гипса, т. е. около 5% всех минеральных вяжущих. Себестоимость изготовления гипса в среднем составляет 7,8 руб/т, но колеблется в значительных пределах и зависит от технической оснащенности производства и. степени механизации производственных процессов. Например, на предприятиях с выпуском продукции более 100 тыс. т/год стоимость гипсового вяжущего в 2 раза ниже, чем на мелких предприятиях. Стоимость комовой извести несколько выше, чем цемента. Это объясняется слабой механизацией технологических процессов. Колебания в уровне себестоимости изготовления комовой извести велики. Например, если принять за единицу наиболее низкую стоимость продукции Белгородского известкового завода, то Армянский и Орловский заводы отпускают известь в 1,5 раза, а Калининский, Горьковский, Стрижевский и Ковылкинский заводы — в 4,25 раза дороже. Себестоимость извести зависит от мощности предприятия: чем она выше, тем ниже отпускная цена извести. Например, при уменьшении годового объема выпускаемой продукции со 100 тыс. до 20 тыс. т стоимость извести при прочих равных условиях повышается в 1,6 раза. Это свидетельствует о том, насколько невыгодно изготовлять известь на мелких маломеханизированных предприятиях, хотя объем производства таких предприятий’ составляет в настоящее время до 56,6% всей продукции. Таким образом, снижения себестоимости извести можно добиться путем организации крупных механизированных предприятий, улучшением работы шахтных печей по съемам сырья и рационального использования их по времени, проектированием известковых заводов в непосредственной близости от сырья и полной механизацией карьерных работ, переводом обжига известняка на газовое топливо.

Цементная промышленность нашей страны ежегодно выпускает миллионы тонн различных видов минеральных вяжущих. Значительно возросло производство быстротвердеющих цементов. На передовых механизированных заводах, таких, как Серебряковский, Новороссийский, Белгородский, производится цемент наиболее низкой себестоимости, а на Кувасайском, Ангренском и других заводах себестоимость цемента в 3—4 раза выше. Это объясняется главным образом неоправданными простоями обжигательных печей и шаровых мельниц. Для снижения стоимости различных цементов необходимо: внедрять рациональные теплообменные устройства из высокостойких огнеупоров, применять разжижители шлама для снижения его влажности (что позволит снизить расход топлива на 2,5—3%), интенсифицировать обжиг и внедрить его автоматическое регулирование, перевести цементную промышленность на газообразное топливо. В 1975 г. наша цементная промышленность изготовит 122— 127 млн. т цемента при повышении его средней марки в среднем до 520—525 кгс/см2. В текущем пятилетии дальнейшее развитие получит производство местных вяжущих — извести, гипса, каустического магнезита, доломита и т. д., что обеспечит существенную экономию высокомарочных цементов.

Ваш отзыв