277 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Минералогический состав клинкера портландцемента

Минералогический состав клинкера портландцемента

Качество клинкера зависит от его химического и минералогического составов. Химический состав характеризуется содержанием в клинкере различных оксидов, а минералогический — количественным соотношением образующихся в процессе обжига минералов. По химическому составу портландцементный клинкер состоит в основном из (% по массе): СаО — 64—67; SiO2 — 21—25; А12О3 —4—8; Fe2O3 —2—4. Кроме того, в состав клинкера обычно входят (% по массе): 0,5—1 щелочей (Na2O+K2O); 0,5—5 MgO; 0,1—0,3 TiO2; 0,1— 0,3 P2O5.

Требования к химическим показателям цементов согласно ГОСТ 31108-2003 приведены в таблице 3.

В процентах массы цемента

Класс прочности цемента

Потеря массы при прокаливании, не более

Нерастворимый остаток, не более

Содержание оксида серы (VI) SO, не более

Содержание хлорид-иона CI, не более

* В цементе типа ЦЕМ III содержание хлорид-иона CI может быть более 0,10%, но в этом случае оно должно быть указано на упаковке и в документе о качестве.

** В отдельных случаях по специальным требованиям в цементах для преднапряженного бетона может быть установлено более низкое значение максимального содержания хлорид-иона Сl.

В клинкере могут быть также щелочные оксиды Na2O и K2O, перешедшие в него из сырьевых материалов и золы твердого топлива. Они вредят в том случае, если бетон изготовлен на заполнителях, содержащих аморфный кремнезем. Щелочи, реагируя с диоксидом кремния, образуют в водной среде водорастворимые силикаты калия и натрия с увеличением объема, что вызывает растрескивание бетона. Содержание Na2O и K2O в цементах при условии их применения в таких бетонов ограничивается до 0,6 %.

Главнейшие оксиды — SiO2; А12О3; СаО и Fe2O3— при обжиге взаимодействуют между собой, образуя клинкерные минералы, соотношение которых определяет свойства портландцемента. При осмотре шлифов цементного клинкера под микроскопом видно, что он состоит из кристаллов различной формы. Между ними размещено так называемое промежуточное вещество, представленное стекловидной фазой. Основные минералы клинкера: алит 3CaO-SiO2; белит 2CaO-SiO2; трехкальциевый алюминат ЗСаО×А12О3 и алюмоферриты кальция переменного состава от 8CaO-3Al2O3-Fe2O3 до 2CaO-Fe2O3. В практических расчетах алюмоферриты кальция обозначают одной формулой 4CaO-Al2O3-Fe2O3, соответствующей их среднему составу. Согласно ГОСТ 31108-2003 Суммарное содержание трехкальциевого и двухкальциевого силикатов (3СаО·SiO+2СаО·SiO) в клинкере должно быть не менее 67 % массы клинкера, а массовое отношение оксида кальция к оксиду кремния (СаО/SiO) — не менее 2,0.

Алит (алитовая фаза) состоит из трехкальциевого силиката. Однако отождествлять их по составу нельзя. При кристаллизации C3S из расплава он захватывает в свою структуру MgO, A12O3, Fe2O3 с образованием твердых растворов. Этот твердый раствор и называют алитом. В непрозрачных шлифах он представлен правильными призматическими кристаллами голубоватой окраски. В алитах промышленных клинкеров может содержаться (% по массе): 0,9—1,7 А12О3; 0,4—1,6 Fe2O3; до 0,3 Na2O; 0,1 К2О; 0,6 ТiO2 и др. На прочность и другие свойства портландцемента влияют форма кристаллов алита, их размеры, распределение по величине, степень закристаллизованности и т. д.

Белит (белитовая фаза) клинкера является b-формой C2S. Для двухкальциевого силиката характерен полиморфизм. Известно пять структурных форм C2S. При медленном охлаждении и значительном содержании двухкальциевого силиката в клинкере происходит переход b-модификаций в g-модификацию, не обладающую гидравлическими свойствами. При этом наблюдается рассыпание клинкера в порошок вследствие увеличения объема, обусловленного различием примерно на 10 % плотностей b- и g-модификаций. Однако в промышленных условиях присутствие в клинкере оксидов фосфора, хрома, алюминия стабилизирует и позволяет сохранить эту неустойчивую модификацию, обладающую гидравлическими свойствами.

В клинкерах, охлажденных сравнительно быстро, белит присутствует в виде округлых зерен со слабовыраженной штриховкой. При медленном охлаждении кристаллы белита имеют неправильную форму, зернистую структуру и зазубренные края, что связано с выделением из них при охлаждении веществ, ранее находившихся в твердом растворе. Стабильность b-формы зависит не только от вида и количества примесей, но и от размеров кристаллов. Чем мельче кристаллы, тем они устойчивее.

Трехкальциевый алюминат в виде кристаллов входит в состав промежуточной фазы. Точная его структура неизвестна. В промышленных клинкерах С3А растворяет MgO, SiO2, Na2O.

Алюмоферриты кальция вместе с алюминатами и клинкерным стеклом образуют прослойки между зернами минералов. Они являются твердыми растворами. Конкретный состав алюмоферритной фазы определяется соотношением Al2O3/Fe2O3 в сырьевой смеси и режимом охлаждения клинкера. В промышленных клинкерах соотношение Al2O3/Fe2O3 колеблется в пределах 2,2—2,3.

Наряду с главными клинкерными минералами в состав клинкера входит незакристаллизованное стекло, имеющее переменный состав со значительным количеством А12О3 и Fe2O3. Содержание стекла зависит от скорости охлаждения и состава клинкера. Кроме того, в клинкере могут присутствовать свободные, не вступившие в химическое взаимодействие СаО и MgO. При высоком содержании в портландцементе свободного оксида кальция, называемого также свободной известью, а также MgO происходит растрескивание и разрушение затвердевшего камня. Современная технология обеспечивает выпуск клинкера с минимальным количеством свободного СаО (не более 0,5—1 %). Действие в твердеющем портландцементе свободного оксида магния аналогично действию свободной извести. Содержание MgO в обычном клинкере ограничено 5 %. Допускается содержание оксида магния MgO до 6,0 % массы клинкера при условии положительных результатов испытаний цемента из данного клинкера на равномерность изменения объема в автоклаве.

Таким образом, портландцементный клинкер представляет собой смесь нескольких «минералов». Даже тонкоизмельченные зерна являются гетерогенными (неоднородными), так как каждый из основных минералов неизменно присутствует в любом из зерен.

Минералогический состав клинкера влияет на технологию производства портландцемента и его свойства. Чем больше содержание алита, тем труднее идет обжиг, тем выше должна быть его температура. Повышение содержания С3А и особенно C4AF облегчает спекание клинкера, улучшает образование обмазки. Содержание минералов в клинкере влияет и на производительность цементных мельниц. С увеличением количества C3S размалываемость его улучшается, а с увеличением содержания C2S ухудшается, что объясняется меньшей твердостью алита и большей его хрупкостью. Труднее измельчаются клинкеры с повышенным содержанием алюмоферритов и клинкерного стекла.

Знание содержания в клинкере важнейших минералов позволяет достаточно точно прогнозировать свойства портландцемента: скорость набора прочности при различных условиях твердения, стойкость в пресных и минерализованных водах, тепловыделение при твердении и др. Это позволяет в зависимости от вида сооружения и условий его эксплуатации подбирать цемент соответствующего минералогического состава.

Алит — важнейший минерал портландцементного клинкера, основной носитель его вяжущих свойств. Он обусловливает возможность достижения высокой прочности в первые сроки твердения и определяет показатели прочности в 28-суточном возрасте. С увеличением содержания алита в клинкере (от 40 до 70 %) прочностные показатели цемента возрастают в линейной зависимости.

При более длительном твердении — до одного года и выше — важную роль в формировании прочности цементного камня играет белит. Он взаимодействует с водой значительно медленнее алита и в первые сроки твердения обладает низкой прочностью. Однако со временем белит догоняет алит по прочностным показателям. Скорость взаимодействия минералов с водой определяется особенностями их структуры.

Трехкальциевый алюминат С3А активно участвует в процессе твердения, особенно в начальный период. Увеличение в клинкере содержания СзА за счет соответственного снижения количества алюмоферритов кальция переводит цемент в разряд быстротвердеющих. При увеличении содержания алюмоферритов кальция в цементах они сначала твердеют медленно, но в длительные сроки достигают высокой прочности.

Вяжущие свойства цемента зависят и от характера кристаллической структуры. Наибольшую гидравлическую активность имеют клинкеры со средним размером кристаллов 20—40 мкм. Только за счет оптимизации структуры клинкера без изменения его фазового состава прочность цементного камня может быть повышена на 9—10 МПа. Регулирование минералогического состава и структуры клинкера — важнейшие технологические приемы, обеспечивающие получение цементов с заданными свойствами.

Рациональный состав клинкера зависит от условий работы конкретного завода, состава обжигаемой смеси, вида топлива, типа печей и т. д. При его подборе руководствуются следующими положениями. Для получения в обжигаемом материале необходимого количества жидкой фазы суммарное содержание C3A+C4AF, которые расплавляются в зоне спекания, надо поддерживать в пределах 18—22 % при содержании 5—8 % С3А. При рекомендуемом содержании минералов-плавней рациональные пределы для суммы C3S+C2S составят 75—78 % при содержании C3S 52—62 % и C2S—14— 24 %. Поскольку клинкер помимо основных минералов содержит некоторое количество и других соединений, то сумма C3S+C2S+C3A+C4AF обычно составляет 96— 98 %.

Чаще для характеристики состава клинкера пользуются не процентным отношением оксидов и клинкерных минералов, а соотношениями между оксидами в виде соответствующих модулей и коэффициента насыщения. Коэффициент насыщения (КН), предложенный русскими учеными В. А. Киндом и В. Н. Юнгом,— наиболее важная характеристика состава сырьевых смесей и клинкера. Коэффициент насыщения представляет собой отношение количества оксида кальция в клинкере, фактически связанного с кремнеземом, к количеству его, теоретически необходимому для полного связывания двуоксида кремния в трехкальциевый силикат:

Силикатный (кремнеземный) модуль показывает отношение содержания в клинкере диоксида кремния к сумме оксидов алюминия и железа:

.

Для обычного портландцемента п = 1,9—2,6. Высокий силикатный модуль показывает, что в клинкере относительно много силикатов кальция C3S и C2S, но мало алюминатных соединений.

Глиноземный (алюминатный) модуль характеризует отношение содержания в клинкере глинозема к оксиду железа

.

Для обычных портландцементов р =0,9—1,6. При высоком глиноземном модуле клинкер отличается повышенным содержанием С3А и относительно малым количеством C4AF. Если глиноземный модуль мал, то значительная часть глинозема связана в виде C4AF.

Читать еще:  Скульптуры из цемента для сада своими руками

У клинкеров, полученных обжигом на беззольном топливе, значения модулей и коэффициента насыщения совпадают со значениями для сырьевой смеси. Это особенно удобно при расчетах, так как, задаваясь минералогическим составом клинкера, мы можем непосредственно вести расчет сырьевой смеси. Если топливом является уголь, то его зола, осаждающаяся в печи, входит в состав клинкера и снижает значения КН сырьевой смеси, что должно учитываться при расчете.

Знание коэффициента насыщения и модулей также позволяет прогнозировать особенности технологического процесса и свойства цемента. Повышение коэффициента насыщения осложняет процесс обжига. Чем больше извести в составе сырьевой смеси, тем труднее происходит полное усвоение ее кислотными оксидами. Цементы, полученные из клинкеров с повышенным КН быстрее твердеют, дают более высокую прочность, однако одновременно снижается их водостойкость.

Цементы с высоким силикатным модулем медленно схватываются и твердеют, но со временем прочность их неуклонно возрастает и через длительные сроки оказывается весьма высокой. Кроме того, повышение силикатного модуля увеличивает стойкость цементов в минерализованных водах. Однако высокий силикатный модуль затрудняет спекание клинкера, а низкий вызывает осложнения при обжиге из-за легкоплавкости сырьевой смеси, сваривания ее в крупные куски и образования на футеровке печи колец (приваров).

Цементы с высоким глиноземным модулем быстрее схватываются и твердеют, но достигнутая в первые сроки прочность в дальнейшем растет мало. Такие цементы менее устойчивы к действию минерализованных вод. Обжиг их затруднен вследствие повышенной вязкости жидкой фазы, что замедляет процесс образования C3S. При малом же значении глиноземного модуля цементы медленно схватываются и твердеют, но дают более высокую конечную прочность. Клинкер в этом случае делается легкоплавким и в печи образуются большие комья.

В производственных условиях для характеристики сырьевой смеси как один из основных параметров технологического контроля используют титр сырьевой смеси. Титр — это суммарная доля СаСО3 и MgCO3 в сырьевой смеси по массе, определенная путем обработки последней избытком НС1 с последующим титрованием едким натром.

Портландцемент. Минералогический состав

Для приготовления бетона в строительных конструкциях наиболее широко используют неорганические вяжущие вещества. Эти вещества при смешивании с водой под влиянием внутренних физико-химических процессов способны схватываться (переходить из жидкого или тестообразного состояния в камневидное) и твердеть (постепенно увеличивать свою прочность). Наиболее широкое применение в производстве бетона получил портландцемент. Портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде или на воздухе. Он представляет собой порошок серого цвета, получаемый тонким помолом клинкера с добавкой гипса. Клинкер – обожженная до спекания смесь, в которой преобладают силикаты кальция. Для получения цемента высокого качества необходимо, чтобы его химический состав, а, следовательно, и состав сырьевой смеси были устойчивы. При помоле к цементному клинкеру можно добавлять до 20 % гранулированных доменных шлаков или активных минеральных добавок.

В результате обжига при 1450С образуются следующие основные клинкерные минералы:

  • Алит, трех кальциевый силикат – состава 3CaO*SiO2 или C3S . Основной минерал, оказывающий влияние на качество цемента. Алит обладает свойствами быстротвердеющего гидравлического вещества высокой прочности. Цементы высоких марок и быстротвердеющие цементы изготавливают с повышенным содержанием трехкальциевого силиката. Содержание в цементе – 37-60%.
  • Белит, двух кальциевый силикат – состава 2СаО*SiO2 или C2S. Медленнотвердеющее гидравлическое вяжущее средней прочности. Цементы с повышенным содержанием белита медленно твердеют, однако прочность их нарастает в течение длительного времени и в возрасте нескольких лет, может оказаться достаточно высокой. Содержание в цементе – 15-37%.
  • Трех кальциевый алюминат – состава 3СаО*Al2O 3 или С3А. Минерал-плавень, главная задача которого понижение температуры спекания сырьевой смеси. Твердеет быстро, но имеет низкую прочность. Содержание в цементе – 5-15%.
  • Четырех кальциевый алюмоферрит – состава 4CaO*Al2O3*Fe2O3 или С4AF. Минерал-плавень. Твердеет быстрее силикатов, но медленнее алюмината. Содержание в цементе – 10-18%.

2. Прочность. Активность. Марка.

Основным свойством, характеризующим качество любого цемента, является его прочность (марка). Марка цемента определяется испытанием стандартных образцов — палочек размером 4*4*16 см, приготовленных из раствора цемента и стандартного вольского песка, с последующим твердением в течение 28 суток во влажных условиях. Испытания проводятся на изгиб и сжатие. Прочность контрольных образцов на сжатие, выраженная в кгс/см2, является маркой цемента. В строительстве применяют цементы марок 400, 500, 600. Действительную прочность цемента называют его активностью. Т.е. если контрольные образцы показали прочность при сжатии 44МПа, то активность этого цемента будет 44 МПа (? 440 кгс/см2), а марка – 400. При проектировании состава бетона лучше использовать активность цемента, так как это обеспечивает более точные результаты и экономию цемента. Помимо прочности к цементам предъявляются и другие требования, важными из которых являются нормальная густота и сроки схватывания.

3. Физико-механические свойства цемента.

Нормальной густотой называют то содержание воды (в %), которое необходимо добавить к цементу, чтобы получить определенную консистенцию цементного теста. Обычно эта величина равна, 22-27% и увеличивается при введении в цемент при помоле тонкомолотых добавок, обладающих большой водопотребностью (трепел, опока и др.). Нормальная густота в известной мере определяет, реологические свойства цементного теста и тем самым влияет на подвижность бетонной смеси. Чем меньше нормальная густота цемента, тем меньше водопотребность бетонной смеси, необходимая для достижения определенной подвижности (жесткости) смеси. Сокращение расхода воды, в свою очередь, приводит к уменьшению расхода цемента (при заданном В/Ц). В бетонах желательно применять цементы с пониженной нормальной густотой.

Сроки схватывания цемента, определяемые на специальном приборе по глубине проникания иглы в цементное тесто, характеризуют начало и конец процесса превращения материала в твердое тело. По стандарту требуется, чтобы начало схватывания при температуре 20С наступало не ранее, чем через 45 мин, а конец завершался не позднее 10 ч. с момента затворения цемента водой. На практике начало схватывания наступает через 1-2 ч, а конец – через 5-8 ч. Эти сроки обеспечивают производство бетонных работ, т.к. дают возможность транспортировать и укладывать бетонные смеси и растворы до их схватывания. Сроки схватывания можно регулировать путем добавления в бетонную смесь при ее приготовлении различных химических добавок.

Портландцемент имеет, как правило, тонкий помол: через сито N008 (около 4900 отверстий на 1кв.см. с размером ячеек в свету 0.08*0.08 мм) должно проходить не менее 85 % общей массы цемента. Средний размер частиц цемента составляет 15-20 мкм.

Истинная плотность портландцемента без добавки составляет 3,05-3,15 г/см3. Плотность портландцемента при расчете состава бетона условно принимают в уплотненном состоянии 1,3 кг/м3.

Схватывание и твердение цемента – экзотермические процессы. Практически 1 кг цемента М400 выделяет в бетоне за 7 суток с момента затворения цемента водой не менее 210 кДж. Для цемента М500 эта цифра составляет порядка 250 кДж. Тепловыделение зависит от минералогического состава цементного клинкера, типа введенных добавок и тонкости помола. Из клинкерных минералов наибольшим тепловыделением обладают трех кальциевый алюминат и трех кальциевый силикат. Основное тепло выделяется в течение первых 3-7 суток твердения цемента.

Перевозят и хранят цемент так, чтобы предохранить его от увлажнения, распыления и других потерь. Обычный цемент при нормальных условиях хранения через 3 мес. теряет 20% прочности, через 6 мес. – 30%, через год –40%. При использовании в производстве лежалого цемента время перемешивания бетонной смеси увеличивают в 2-4 раза, вводят добавки- ускорители твердения или применяют активацию цемента.

4. Виды цемента.

Основу большинства цементов составляет портландцементный клинкер. Нормируя его минералогический состав и вводя минеральные или органические добавки, получают различные цементы, несколько отличающиеся по свойствам и применяемые в разных областях строительства.

• Без добавочным портландцементом (ПЦ) называют цемент, не содержащий в своем составе минеральных добавок, кроме гипса.

Обозначение по ГОСТ 10178-85 — ПЦ-500-Д0, где

500 – марка цемента.

Д0 – добавок 0% (без добавочный).

• Портландцемент с минеральными добавками. Содержит в своем составе до 20% гранулированного доменного шлака, до 10% природных активных минеральных добавок (трепела, опоки и др.), до 15% прочих активных минеральных добавок.

Обозначения по ГОСТ 10178-85 — ПЦ-500-Д5 или ПЦ-400-Д20, где Д5(Д20) – максимальное содержание добавок в цементе.

• Шлакопортландцемент. Содержит в своем составе от 20 до 80% гранулированного доменного шлака. Отличается от ПЦ более медленным схватыванием (начало 4-6 ч, конец 10-12 ч) и твердением в первые 7-10 суток. При тепло-влажностной обработке (ТВО) твердение шлакопортландцемента ускоряется в большей степени, чем у обычного ПЦ, что обусловливает его высокую эффективность в производстве сборного железобетона.

Обозначение по ГОСТ 10178-85 — ШПЦ -400

• Быстротвердеющий портландцемент. Разновидность ПЦ с добавками. Через 3 суток твердения прочность на сжатие этого цемента не менее 25 МПа, марки 400, 500. Требования к минералогическому составу: С3S>50%, (C3S+C3A)>60%. Тонкость помола (удельная поверхность не менее 3500 см2/г).

• Сульфатостойкие портландцемент и шлакопортланцемент выпускают, нормируя минералогический состав, в котором ограничивается содержание менее стойких к сульфатной агрессии минералов. Этот цемент содержит до 50% С3S, 5% C3A, 10..22% (C3A+C4AF). Для получения сульфатостойкого портландцемента с добавкой при помоле к цементу добавляют до 20% гранулированного доменного шлака. Добавка связывает выделяющийся при гидратации С3А гидрат окиси кальция, что способствует повышению сульфатостойкости цемента, в этом случае содержание С3А ограничивают 8%. Сульфатостойкие цементы предназначены для бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях переменного уровня воды, а также сооружений, которые подвергаются агрессивному воздействию сульфатных вод при одновременном многократном замерзании и оттаивании или многократном увлажнении и высыхании.

Читать еще:  Сколько в 1 м3 бетона цемента

Завод-изготовитель гарантирует соответствие цемента требованиям ГОСТа в момент получения цемента, но не более чем через месяц после отгрузки. В паспорте помимо вида и марки цемента

и названия завода-изготовителя указывается нормальная густота цементного теста и средняя активность цемента при пропаривании по режиму 2+3+6+4 ч, при температуре изотермического прогрева 85°С и испытании через сутки с момента изготовления.

Специальные виды цемента.

• Белый портландцемент получают помолом маложелезистого отбеленного клинкера, приготовленного по специальной технологии, предотвращающей его загрязнение, с необходимым количеством гипса и небольшой добавкой диатомита. По степени белизны белый цемент подразделяют на три сорта: высший, БЦ-1, БЦ-2. Коэффициенты яркости соответственно 80, 76, 72 %. За 100% принят коэффициент яркости сернокислого бария.

• Цветные портландцементы получают совместным помолом белого клинкера, гипса и пигмента. Содержание минерального синтетического или природного пигмента не должно превышать 15%,а органического пигмента – 0,3% от массы цемента. Белый и цветные цементы предназначены для получения цветных бетонов, архитектурных деталей, облицовочных плит, проведения отделочных работ.

• Напрягающий цемент получают совместным помолом портландцементного клинкера и напрягающего компонента, который включает в себя глиноземистый шлак или другие алюмосодержащие вещества, гипс и известь. Он обладает способностью значительно расширяться в объеме(до 4%) после достижения цементным камнем сравнительно большой прочности 15-20 МПа, что позволяет применять этот цемент для изготовления самонапряженного железобетона, в котором арматура получает предварительное напряжение вследствие расширения бетона. Напрягающий цемент и бетоны на его основе обладают высокими прочностью, водо и газонепроницаемостью.

Его целесообразно применять для изготовления самонапряженных железобетонных труб, покрытий дорог и аэродромов, тоннелей и других подобных конструкций. При этом следует учитывать

быстрое схватывание такого цемента (начало 2 мин, конец – 6 мин), а также необходимость применения специальных режимов твердения, обеспечивающих расширение цемента лишь после достижения бетоном прочности, необходимой для заанкеривания арматуры.

• Расширяющиеся или безусадочные цементы применяют для приготовления водонепроницаемых бетонов. Особенностью этих цементов является наличие составляющих, увеличивающихся в объеме в результате физико-химических процессов, происходящих при твердении цемента.

• Кислотоупорный цемент применяют для изготовления кислотостойких или жаростойких бетонов.

Этот цемент состоит из тщательно перемешанного молотого кварцевого песка и кремнефтористого натрия, его затворяют на жидком стекле (Na2O(K2O)*nSiO2 ). Для получения необходимой консистенции жидкое стекло разбавляют водой.

Минералогический состав клинкера портландцемента

Клинкер состоит преимущественно из силикатов кальция (70. 80 %) CaOSiO2.

В результате процессов, протекающих при получении клинкера, образуются четыре основных минерала, преимущественное содержание которых определяет название цементов.

Алит – 3CaO · SiO2 (сокращенно C3S) – трехкальциевый силикат, его в цементе более 60 %. Алитовый цемент быстро набирает прочность с выделением тепла, поэтому его целесообразно применять в холодное время года, но нельзя использовать в массивных конструкциях (во избежание трещинообразования).

Белит – 2CaO·SiO2 (сокращенно C2S) – двухкальциевый силикат, его в цементе более 37 %. Белитовый цемент медленно схватывается и твердеет, особенно при температуре ниже +10 ºС. Выделяет мало тепла.

Алюминат – 3CaO·Aℓ2O3 (сокращенно С3А) – трехкальциевый алюминат; в цементе – до 15 %, быстро схватывается и набирает прочность. При твердении выделяет много тепла.

Целит – 4CaO·Aℓ2O3·Fe2O3 (сокращенно С4АF) – четырехкальциевый алюмоферрит, в цементе содержится 10-20 %. Твердеет достаточно быстро, дает высокую прочность и мало выделяет тепла. Не оказывает существенного влияния на свойства портландцемента.

Качество клинкера определяет главные свойства цемента: прочность и скорость ее увеличения, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.

Для получения клинкера исходные сырьевые материалы берут примерно в соотношении 1:3, т.е. на 1 мас. часть глины приходится 3 мас. части известняка. К такому составу очень близок мергель – осадочная горная порода, представляющая собой природную смесь известняка с глиной.

В сырьевую смесь вводят корректирующие добавки. При этом недостаток кремнезема компенсируют введением диатомита, трепела, опоки; содержание оксидов железа увеличивают добавкой руды или колчеданных огарков.

Портландцемент наиболее распространенное и важнейшее вяжущее вещество, являющееся одним из основных строительных материалов, без которого невозможно получить различные бетоны, железобетонные конструкции, а также кладочные и штукатурные растворы.

Химический состав портландцемента

Портландцемент характеризуется постоянством химического состава. Содержание оксидов изменяется в небольших пределах (%):

MgO – не более 5

SO3 – не менее 1,5 и не более 3,5.

Перечисленные оксиды не находятся в клинкере в свободном виде, а образуют указанные выше минералы кристаллической структуры, а также некоторые химические соединения, входящие в состав клинкера в виде стекловидной фазы.

Относительное постоянство химического состава портландцемента обусловливает и постоянство его физико-механических свойств, что является важным его преимуществом перед некоторыми другими гидравлическими вяжущими (гидравлической известью, романцементом).

Сырьевые материалы

В природе редко встречаются горные породы, химический состав которых после обжига соответствовал бы требуемому химическому составу портландцемента. Поэтому при получении портландцемента сырьевую смесь составляют из двух и более исходных компонентов.

В качестве основных сырьевых материалов, с которыми в приготовленный клинкер вводится оксид кальция СаО, применяют все виды известняков и мела. Вторым компонентом является глина, с которой вводится кремнезем SiO2, глинозем Aℓ2O3 и оксид железа Fe2O3. Практически, в совокупности, СаО, а также указанные компоненты и определяют образование основных клинкерообразующих минералов.

При правильно рассчитанной и тщательно подготовленной к обжигу сырьевой смеси клинкер не должен содержать свободный оксид кальция СаО, так как пережженная (при температуре около 1500 ºС) известь, также как и магнезия MgО, очень медленно гасятся, увеличиваясь в объеме, что может привести в последующем к растрескиванию уже затвердевшего бетона.

Минералогический состав клинкера – одна из наиболее полных и надежных его характеристик. Установлено, что почти все строительные свойства портландцемента зависят от минералогического состава клинкера. Именно он дает возможность прогнозировать свойства портландцемента и спроектировать его состав для бетонов, работающих в конкретных эксплуатационных условиях.

Минералогический состав клинкера портландцемента

Минералогический состав клинкера портландцемента — раздел Строительство, Физические свойства строительных материалов 1. Алит C3S (3Cao·sio2 – Трехкальциевый Силикат).

1. Алит C3S (3CaO·SiO2 – трехкальциевый силикат)
Быстро твердеет, с большим тепловыделением, особенно впервые 7 суток и развивает при этом высокую прочность.
Такой быстрый прирост прочности сменяется малым приростом в последующие сроки твердения.
Повышенное содержание C3S важно:

· При ремонтных работах

· В бетонах, где надо получить высокую прочность в короткие сроки

· При зимнем бетонировании

2. Белит C2S (2CaO·SiO2) – двухкальциевый силикат.
В начальный период твердеет очень медленно с низким тепловыделением. Продукт твердения в течение первого месяца обладает невысокой прочностью, но при длительном твердении (несколько лет) в благоприятных условиях его прочность неуклонно увеличивается.
Белитовые цементы нужны там, где требуется высокая прочность в более поздние сроки (например в гидротехнических сооружениях)

3. C3A (3Ca O Al2O3) – (4−12%) трёхкальциевый алюминат.
В первые сутки твердения выделяет наибольшее количество теплоты и очень быстро твердеет. Однако у продукта его твердения:

· Низкая прочность и долговечность

· Малая стойкость против воздействия сернокислых соединений.
Не стоек к сульфатной агрессии

4. Целит C4AF (4CaO Al2O3 Fe2O3)– четырехкальциевый аллюмоферит – (5-15%).
Характеризуется умеренным тепловыделением. Твердеет значительно медленнее чем алит, но быстрее чем белит. Прочность продуктов его гидратации несколько ниже, чем у алита.

5. Клинкерное стекло.
Затвердевшее в процессе быстрого охлаждения жидкая фаза. Имеет переменный состав, увеличивает прочность цементного камня

6. Щелочи (Na2O, K2O) (0,5 – 1 %)
Если их более одного процента, то они вызывают непостоянство сроков схватывания цемента, и образование выцветов на поверхности растворов или бетонов. Опасные и в том случае, когда в заполнителях бетона есть опаловидный кремнезём (SiO2·nH2O), который взаимодействует со щелочами уже при нормальной температуре, причём, объем продуктов реакции увеличивается что вызывает растрескивание бетона в конструкции.
Правило: для исключения (K2O+Na2O) должно быть не более 0,6 %

7. Свободные CaO и MgO.
Если CaO более 7 % или Mg0 более 7 %, то они ведут себя, в цементом камне, как пережог извести.

Твердение портландцемента.
При смешивании с водой образуется тесто, которое постепенно густеет и превращается в камневидное тело.
Эти изменения происходят при взаимодействии клинкерных минералов с водой и образовании новых соединений:

Алит взаимодействует с водой: 2(3CaO · Si O2) + 6 H2O = 3 CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2 + Q↑↑

Трёхкальциевый алюминат: 3Ca Al2O3 +6H2O = 3CaO · Al2O3 · 6H2O (гидроалюминат кальция)

Молотый клинкер схватывается в течение нескольких минут. Растворные и бетонные смеси нежизнеспособны из-за быстрой гидратации C3A.

Для замедления сроков схватывания при помоле вводятся до 5 % двуводного гипса, который взаимодействует с C3A и образует комплексное соединение – трехкальциевый гидросульфоалюминат кальция. (Это минерал, который называется эттрингит: это минерал 3CaO Al2O3 + 3(CaSO4 · 2H2O) + 25·26 H2O = 3CaO · Al2O3 3Ca SO4 · 31-32 H2O — Г.С.А.К.)

Гидросульфоалюминат кальция образует оболочки и замедляет схватывание на 3-5 часов.
Кроме того гипс ускоряет твердение цемента в начальный период.

Читать еще:  Сколько мешков цемента нужно

По теории академика А.А. Байкова твердение портландцемента включает в себя 3 периода:

1. Период растворения.
Вяжущее вещество растворяется в воде до образования насыщенного раствора.
Происходит образование коллоидных масс, придающих тесту пластичность.

2. Период коллоидации или схватывания.
Характеризуется прямым присоединением воды к твердой фазе вяжущего, и возникновением гидратного соединения высокой коллоидной дисперсности без промежуточного растворения исходного материала. Одновременно происходит схватывание массы

3. Период кристаллизации и твердения.
Гелеобразные новообразования перекристализовываются и превращаются в кристаллический сросток, что сопровождается твердением системы и нарастанием ее прочности.

Эта тема принадлежит разделу:

Физические свойства строительных материалов

Ход работы.. образцы высушить при c до постоянной массы охладить и взвесить m.. находим объем тел правильной геометрической формы вычислением по геометрическим формулам подставив в них..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Минералогический состав клинкера портландцемента

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Физические свойства строительных материалов
1. Истинная плотность – масса единицы объема абсолютно плотного материала, т.е. без пор и пустот Материал высушивают, измельчают до состояния пудры, и с помощью пикнометра определяют

Б) Кажущаяся пористость
– Это поры, сообщающиеся с атмосферой и доступные для воды. Кажущаяся плотность численно равна водопоглощению по объему. Где — масса сухого образца до водонасыщения, гра

Водопоглощение
– способность материала впитывать и удерживать в своих порах воду. Водопоглощение делится по массе и по объему. По массе: . По объему: = , где всегда меньше 1 ил

Водостойкость
– способность материала сохранять свою прочность при длительном воздействии воды. Оценивается коэффициентом размягчения, равным отношению предела плотности при сжатии в насыщенном водой состоя

Капиллярное увлажнение и диффузия
— возникает в результате способности воды подниматься по капиллярам на высоту. Высота подъема зависит от тонкости капилляров и степени смачиваемости их стенок. Для кирпичной кладки он

Морозостойкость
Способность материала в насыщенном водой состоянии не разрушаться и не снижать прочности при многократном замораживании и оттаивании. Основная причина разрушения материала под действием ни

Теплопроводность
— Способность материала проводить тепло через свою толщину в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал. ; ; Зависит от коэффицие

Огнестойкость
— Способность материалов не разрушаться от действия высоких температур, воды в условиях пожара. По огнестойкости материалы подразделяются на: · Несгораемые – не г

Механические свойства строительных материалов
1)Прочность – способность материала сопротивляться разрушению и деформациям под действием напряжений, возникающих от нагрузки. Оценивается пределом прочности – напряжение

А) Пластичные (сталь)
Их особенности 1. Подчиняются закону Гука (участок I) , Е – модуль Юнга. При небольших напряжениях материал деформируетс

Твердость
— способность материалов оказывать сопротивление проникновению в него упругого, более твердого материала. При испытании природных каменных материалов пользуются шкалой Мооса, составленной из 10

Минеральные (неорганические вяжущие вещества)
Порошкообразные материалы, образующиеся при смешивании с водой в удобоукладываемую пластичную массу, со временем твердеющую в камневидное тело. Делят на: 1.

Воздушные вяжущие вещества
Строительный гипс — получают из гипсового камня. Измельчают до порошкообразного состояния и подвергают термической обработке горячим воздухом в варочных котлах при 190 °C в теч

Свойства строительного гипса
1. Истинная плотность ρ = 2500 – 2800 кг/м3 2. Насыпная плотность (ρн) a. В рыхлом состоянии 900-1100 кг/м

Марка по прочности
Определяется испытанием на предел прочности 3х образцов балочек 40×40×160 мм изготовленных из гипсового теста стандартной консистенции. Через 2 часа после начала перемешивания

Ангидритовый цемент
Получают совместным помолом: a) Обожженного при 600-700 °C гипсового камня Ca SO42H2O b) Или высушенного природного ангидрита (Ca SO4

Магнезиальные вяжущие вещества
Получают обжигом в печах: · Магнезита Mg CO3 ⇄ Mg O + CO2 (При 700 – 800 °C) Марки: 40,50,60 МПа · Каустического

Растворимое (жидкое) стекло
Представляет собой натриевый (Na2O nSiO2) или калиевый (K2O nSiO2) силикат. Чистый кварцевый песок и соду (или потаж) тщательно смешивают и спла

Кислотоупорный цемент
Порошкообразный материал, полученный совместным помолом тонкомолотого чистого кварцевого песка (94-96 %) и кремнефтористого натрия Na2Si F6 (4-6%). Порошкообразный материал, к

Воздушная строительная известь
— Продукт умеренного обжига при 1000-1200 °C карбонатных пород (мела, известняков, доломита, доломитизированных и мергелистых известняков и других), содержащих не более 6 % глинистых примесей до во

Влияние недожога, пережога и примесей
Недожог – неразложившийся при обжиге известняк (CaCO3). Снижает выход известкового теста и его пластичность. Лучше пережога. Пережог – остеклов

Твердение известковых растворов
A. Гидрокарбонатное твердение. Происходит на воздухе и складывается из двух одновременно протекающих процессов: 1) Испарение воды и постепенной кристаллизации Ca (OH)2 из н

Хранение и транспортировка извести
Применяют для кладочных и штукатурных растворов в следствие ее высоководоудерживающей способности; в производстве силикатного и изделий из силикатных бетонов; в шлакобетонных блоках; для приготовле

Гидравлические вяжущие вещества
Способностями к гидравлическому твердению обладают искусственно получаемые тонко измельченные вещества, состоящие в основном из соединений CaO с кремнеземом (SiO2), глиноземом (Al2

Гидравлическая известь
Получают обжигом мергилистых известняков, содержащих 6-20 % глины при 1000-1100 °C и последующим помолом или гашением готового продукта в порошок. Состоит из: · Низкоосновных сили

Романцемент
Мергили с содержанием глины более 20 % обжигают не до спекания в шахтных печах при 1000 – 1100 °C. Получается продукт, где вся или почти вся CaO связана в силикаты, алюминаты, и ферриты кальция. Не

Стадии производства портландцемента
1. Приготовление сырьевой смеси · Карбонатных пород: мела, известняка, известняка – ракушечника, известкового туфа, мрамора, мергилей. · Глинистых пород: глины, суглинка, глинисто

Физико-механические свойства Портландцемента
1. Абсолютная плотность ρ = 3050 – 3200 кг/м3 (У смешанных цементов ШПЦ, ППЦ ρ = 2700-2900 кг/м3) 2. Насыпная плотность (ρнц) = 900-1100 кг/

Особые виды портландцемента
1. Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ). Производится аналогично ПЦ из высококачественного сырья и более точной его дозировкой. В составе клинкера БТЦ 60 – 65% C3S и C3A

Гидрофобный портландцемент (ПЦ ГФ)
Получается помолом клинкера с гидрофобной (не смачиваемой водой) добавкой в количестве 0,06 – 0,30 от массы цемента: мылонафта, асидола олеиновой кислоты, окисленного петролатума, метилсиликоната (

Специальные тампонажные цементы
Выпускают для тампонирования сверхглубоких скважин или скважин, проходящих через сильнотрещиноватые породы. К ним относят: a) Беллитовый тампонажный цемент. Д

Смешанные цементы
Активные (гидравлические) минеральные добавки (АМД) – вещества, содержащие активные SiO2 или Al2O3, которые при смешивании в тонкоизмельченном виде с известью прида

Пуццолановый портландцемент (ППЦ)
Изготовляют совместным помолом портландцементного клинкера, гипсового камня, и активных минеральных добавок: а) Вулканического происхождения в количестве 25-40% б) Осадочного — от

Глиноземистый цемент (ГЦ)
— быстротвердеющее высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое обжигом до спекания или сплавления высокоглиноземистых материалов (бокситов) и известняка с последующим помолом с 3-5% г

Расширяющиеся и безусадочные цементы
— это быстросхватывающиеся и быстротвердеющие вяжущие вещества с высокой водонепроницаемостью. Схватываются за 1 — 10 минут. Быстро твердеют и приобретают высокую прочность через:

Разрушение сульфатными водами
a) При воздействии растворенных в воде сульфатов между ними и Ca(OH)2 происходит обменная реакция: MgSO4 + Ca(OH)2+ 2H2O = CaSO4·2H2

Бетон и железобетон
Бетон – искусственный камень, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды и заполнителей: · Мелкого песка · Крупного (гра

Мелкий заполнитель
Песок – рыхлая смесь зерен с размерами от 0,14 -5 мм. Подразделяется на: 1. Природные (кварцевые полевошпатовые и другие) 2. Искусственные (шлаковые, керамзитовые)

Гранулометрический (зерновой) состав
— это содержание частиц определенного размера в граммах или процентах. Он должен быть строго определенным. Его определяют рассеиванием песка массой m через набор стандартных сит.

Кривая просеивания
Вывод: 1. Песок по модулю крупности относится по группе – повышенная крупность. 2. По графическому изображению выходит в область крупных песков. 3. Для со

Марки гравия и щебня, полученного дроблением гравия
Марка гравия и щебня по дробимости в цилиндре Потеря в массе после испытания, % Пригоден для бетона марок: Ориентированное значение прочности п

Лекция 17.11.10
9. Износ (истираемость) Крупные заполнители для строительства · Автомобильных дорог · Аэродромных покрытий · Бетоно-транспортного строительства · Гидрот

Прочность бетона
Прочность бетона, приготовленного на одних и тех же материалах не зависит от его состава, а определяется величиной водоцементного отношения. Этот закон водоцементного отношения открыт в 1895 го

Свойства бетонной смеси
1. Связность– способность бетонной смеси удерживать в себе воду и сохранять однородность (не расслаиваться) при транспортировке, выгрузке, укладке, уплотнении. Степень

Факторы, влияющие на удобоукладываемость бетонной смеси
1. У бетонных смесей с активными минеральными добавками осадка меньше, чем у обычного портландцемента. 2. С увеличением расхода воды подвижность бетонной смеси увеличивается, а прочность б

Расчет состава тяжелого бетона методом абсолютных объемов
Исходные данные для расчета тяжелого бетона: 1. Марка(Rб) или класс проектируемого бетона (В) 2. Удобоукладываемость бетонной смеси (осадка конуса в см или жесткость в

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector