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

Портландцементный клинкер это

Цементный клинкер: что это такое и как производится

При возведении высотных зданий и небольших домов используется цементный клинкер. Твердый раствор увеличивает срок службы покрытий, подходит для облицовки печей и искусственных водоемов. Клинкерной плиткой, вместо натурального камня, украшают фасады, применяют как керамогранит при отделке интерьера, а также для реставрации пенобетонных и деревянных поверхностей. Строительный материал выдерживает избыточную влажность и обладает высокими теплоизоляционными свойствами.

Что такое цементный клинкер

В ходе обжигания смеси, состоящей из известняка и нескольких разновидностей глины, при высокой температуре получается вязкий гранулированный полуфабрикат, называемый клинкером. Для производства цемента в вещество добавляют гипс или сульфат кальция и другие минеральные компоненты, которые измельчают в порошок.

Впервые процесс спекания строительного сырья, добываемого из недр земли, путем нагревания его до 1450°, был описан в 19 веке инженером из Франции, создавшим полуфабрикат и цемент. Луи Вика использовал полученный промежуточный продукт при возведении подвесного моста, чтобы доказать его качество.

Каким методом получают цементный клинкер

Для создания материала, не уступающего по прочности натуральному камню, голландские строители стали обжигать специальную глину при высокой температуре. Сейчас при производстве цементного клинкера используют сырье, в составе которого содержатся двух-трехкальциевые силикаты или алюминаты. Смесь нагревают в печах до плавления или спекания. На свойства клинкера влияют несколько факторов:

  • характеристики используемых добавок и присадок;
  • состав сырья;
  • метод охлаждения и помола;
  • технология нагрева.

При мокром способе обжига применяется много различных компонентов, среди которых триполифосфат, сода, торфяная вытяжка, жидкое стекло. Из шлама выделяются углекислоты, а клинкер приобретает форму шарика.

При сухом методе минеральные вещества высыхают в печи, а потом измельчаются в порошок. При комбинированном варианте смесь производят с помощью мокрого метода, затем влажность уменьшают до 16% путем фильтрования, после сырье обжигают. Если применяется сухой способ, то смесь соединяют с водой. А образовавшиеся гранулы высыпают в печь для дальнейшего спекания. Почти 67% в них приходится на оксид калия, 4% — алюминия. Около 22% составляет диоксид кремния, до 6% в составе гранул — добавки и присадки.

В клинкере, из которого производится цемент, количество минеральных искусственных компонентов достигает 70%.

Четыре главные фазы клинкера

Для возведения многоэтажных зданий требуется материал высокого качества. На свойства и характеристики цемента влияет объем и состав смесей, применяемых в процессе обжига. В клинкере обязательно должны присутствовать 4 компонента в определенных пропорциях.

В составе основного продукта, используемого для производства цемента, содержится силикат, представляющий собой смесь диоксида кремния и тройного объема оксида кальция. В клинкере его количество составляет не менее 52%. В кристаллической решетке алита вкраплены ионы:

Силикат быстро вступает в реакцию с водой. Такое свойство минерала обеспечивает прочность клинкера на всех этапах нагревания и обжига.

Белит

В полуфабрикате цемента от 14% до 31% приходится на фазу, представляющую смесь диоксида кремния и двойного объема оксида кальция. Вещество не вступает в реакцию с водой, но спустя год приобретает такую же прочность, как и алит. В кристаллической решетке белита выявляют ионы разных металлов.

Алюминатная фаза

В гранулах цементного клинкера содержится силикат, в котором оксид алюминия смешан с тройным объемом оксида кальция. На эту фазу в продукте приходится не менее 4%, но и не более 11.В кристаллической решетке в небольшом количестве наблюдаются вкрапления ионов микроэлементов:

При взаимодействии с водой вещество быстро схватывается. Для предупреждения нежелательной реакции в смесь добавляют гипс.

Алюмоферритная фаза

В промежуточном продукте цемента обязательно присутствует еще один компонент, объем которого составляет 5% — 15%. Четырехкальциевый алюмоферрит может менять состав в зависимости от концентрации оксида железа и алюминия. Дополнительные компоненты и примеси, содержащиеся в продукте, на его прочность влияния не оказывают. Скорость взаимодействия фазы с водой уменьшают или увеличивают, используя разные соединения.

Характеристика минералов цементного клинкера

Трехкальциевый силикат обуславливает свойства материала, включая скорость затвердевания. Вещество выделяет тепло и обладает высокой прочностью. Добавки, содержащиеся в фазе алита, влияют на его характеристики, изменяют структуру.

Двухкальциевый силикат (C2S) медленно затвердевает, почти не выделяет тепло, но постепенно приобретает высокую прочность. Техническим свойствам портландцемент обязан белиту и алиту, поскольку концентрация этих твердых растворов в клинкере превышает 70%. Объем между кристаллами силикатов заполнен различными веществами, не влияющими на свойства материала.

Читать еще:  Объемный вес цемента в 1 м3

В процессе обжига трехкальциевый алюминат очень быстро затвердевает и выделяет большой объем тепла, но при этом получается не очень прочным. Присутствие значительного количества минерала в клинкере провоцирует появление коррозии, в портландцементе содержание вещества не превышает 5%.

Целит обладает высокой скоростью взаимодействия с молекулами воды, однако раствор алюмофферита кальция не влияет на процесс затвердевания материала.

Содержание основных минералов в клинкере:

Портландцементный клинкер.

продукт обжига до спекания тонкодисперсной смеси, состоящей из известняка, глины и добавок.При этом обеспечивается преобладание в клинкере сисликатов, аллюмин., и аллюмофер. кальция.

1.Химимческий состав клинкера.(Выражается через оксидную форму)СаО-63-68%, SiO2-21-24%, Al2O34-8%, Fe2O3-2-4.Примеси-Mg2O3,Cr2O3, серный и фосфорный ангидриды, щелочи, диоксид титана.-3-7%

2.Минералогический состав клинкера.

Трехк.силикат 3СаО *SiO2-42-65%

Двухк. Силик. 2СаО *SiO2-15-45%

Оба: не менее 60-70% по ГОСТу

3.Фазовый состав клинкера.

Фаза- совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых по составу, физическим,химич. св-вам и огранич. поверхностью раздела.

Аллитовая фаза-твердый р-р на основе 3СаО *SiO2 — 54СаО *16SiO2 MgO Al2O3(призматические кристаллы от их формы и размеров и степени закристаллизованности зависит активность ).

Беллитовая фаза- ТВ. Р-р на основе β-модификации С2S(очень долго схватывается и медленно твердеет, но обеспечивает рост прочности с течением времени).В кристаллическую решетку включены: феррум, алюминий, хром и т.д. Под микроскопом видна округлость зерен со слабой штриховкой, по активности уступает аллитовой.

Промежуточное вещ-во— всё, что было при обжиге в расплавленном виде, часть успела закрист., а часть не успела (в зависимости от степени охлаждения). По составу: алюминатная составляющая и аллюмоферритная составляющая (ряд твердых растворов)

Вспомогательные: Клинкерное стеклоС3 А – не опасно от 5 до 15 %

К опасным фазам относятся: MgO(≤5%),CаO(≤1%),щелочи(≤1%) вызывают непостоянство сроков схватывания, вызывают высолы, может вызывать опасные деформации. Коэффициент насыщения =(СаО-1,65 Al2O3-0,35Fe2O3)2,8Sio2

Коэффициентнасыщения – это отношение количество оксида кальция, остающегося в сырьевой смеси после связывания оксида кальция другими кислотными оксидами, кремнезёма к тому количеству оксида кальция, который необходимо для связывания кремнезёма в трёхкальциевый силикат.

Существуют два дополнительных модуля : Алюминатный –р- это отношение оксида алюминия к оксиду феррума, но взятое в процентах из химического состава т.е. р= Al2O3/Fe2O3. Во время обжига характеризует качество расплава, поверхностное натяжение, скорость кристаллизации или стеклования и способность сырьевой смеси спекаться и образовывать обмазку. Если р=0,64, то образуется С4АF, если больше 0,64- то С3А и С4АF. Силикатный модуль-n- отношение оксида кремния к сумме оксидов алюминия и оксида феррума. N=Sio2/Al2O3+Fe2O3. Показывает отношение между минералосиликатами и миниралоплавнями, отвечает за количество расплава при обжиге. Чем выше его количество, тем меньше образуется расплава, тем труднее идет обжиг. N=0,9-3. Плавни С3А и С4АF.

Высокий коэффициент насыщения осложняет процесс обжига, т.е. это повышает температуру и происходит более длительное нахождение в зоне высоких температур. Цемент на основе клинкера с высоким к.н. быстро твердеет и дает высокую прочность.

Если силикатный модуль увеличить, то цемент медленно схватывается и медленно твердеет, но с течением времени прочность их неизменно растет и через определенный срок оказывается весьма высокой, увеличение силикатного модуля увеличивает стойкость цемента в минерализованных водах, стойкость к коррозии. Увеличение силикатного модуля затрудняет обжиг, снижение силикатного модуля, так же осложняет обжиг из-за легкоплавкости сырьевой смеси оразуются привары.

При увеличении алюминатного модуля, цемент быстро схватывается, быстро твердеет, но прочность с течением времени растет очень мало и такие цементы менее устойчивы к действию минеральных вод, на обжиге тоже плохо складывается из-за повышения вязкости расплава и замедления образования C3S-исходный компонент труднее растворяется. Снижение алюминатного модуля дает цемент медленносхватывающийся и медленнотвердеющий, но с более высокой прочностью. Обжиг так же затрудняется из-за легкоплавкости сырьевой смеси.

Что такое цементный клинкер и где применяется

Цементный клинкер представляет собой продукт, который производят в процессе обжига до состояния плавления или спекания сырьевой смеси определенного состава. Клинкер является промежуточным продуктом в процессе производства цемента.

В специальных печах, при очень высокой температуре (выше 1000 градусов) нагревают смесь известняков и разных глин, в итоге получая спекшийся гранулированный материал. Химически это смесь алюмината и алюмоферрита кальция с силикатами. Для приготовления цемента клинкер измельчают, добавляют в него гипс и другие вещества.

Читать еще:  Сколько добавлять цемента на куб бетона

Стоимость клинкера находится в достаточно широких пределах и напрямую зависит от сорта. Применяется в самых разных ремонтно-строительных работах.

Производство цемента

В процессе нагревания смеси, которую получают из известняка (до 75%), глины (до 25%) либо других похожих по составу и активности материалов, до температуры +1450С достигается состояние частичного плавления – таким образом образуются гранулы клинкера.

Чтобы в итоге получить цемент, клинкер смешивается с 2-5% гипса (точный объем зависит от содержания SO3 в самом клинкере и марки гипса), затем перемалывается в тончайшую пыль. Благодаря гипсу удается обеспечить быстрое схватывание материала. Хотя, в некоторых случаях его частично заменяют иными формами сульфата кальция. При помоле также допускается вводить другие добавки.

Виды цемента, который производят из клинкера:

  • Портландцемент – после обжига известняков, глинистых примесей, мергелей получают раствор цемента. Клинкер обычно смешивают с доменным шлаком, ракушечником и другими добавками. Портландцемент производят двумя способами: мокрым (когда компоненты смалывают и смешивают с водой, потом обжигают) и сухим (аналогичные действия, но без воды). Из портландцемента делают высокопрочные бетоны, облицовочные плитки, монолитные конструкции, даже искусственный мрамор и т.д.
  • Романцемент – создается посредством обжига известняков (содержание глинистых минимум 25%) при температуре свыше +1000С. Применяют для производства блоков, стеновых панелей, бетонных смесей низких марок.

Стандартный клинкер предполагает такой состав:

  • Трехкальциевый силикат (алит) – активный минерал, достаточно интенсивно набирает прочность и твердость с выделением тепла.
  • Двухкальциевый силикат (белит) – медленно твердеет в первоначальной стадии.
  • Трехкальциевый алюминат – обладает низким уровнем стойкости под воздействием серно-кислых соединений.
  • Четырехкальциевый алюмоферрит – намного медленнее твердеет в сравнении с алитом, но все равно быстрее белита. Прочность демонстрирует более низкую, чем у алита.

Четыре главные фазы клинкера

Цементный клинкер – это основной материал, который используется для производства цемента разных марок. То есть, проводится два действия: сначала производится клинкер в виде гранул, который получают путем нагревания глины и извести (с добавками) методом плавления, потом клинкер смалывается, в него добавляется гипс и получается цемент.

Разные способы обработки обуславливают то, что клинкер может быть с элементарным химическим или минералогическим составом. От того, какие объемы клинкерных материалов использовались при обжиге, зависят свойства цемента: он может быть быстросохнущим, созданным специально для использования при минусе, обладать другими свойствами.

Состав представляет собой систему нескольких клинкерных минералов, которые появляются в процессе плавки и обжига. Но заметить части отдельных составляющих клинкера невозможно, так как речь идет об аморфных и тонкозернистых кристаллических фазах.

Прежде, чем производить цемент, клинкер подбирают по составу. Обычно речь идет о четырех основных фазах, указанных ниже. Кроме них, в небольших объемах в веществе могут присутствовать другие фазы (оксид кальция, щелочные сульфаты).

Самая важная составляющая любого клинкера для цемента. В составе должно быть минимум 50-70% трехкальциевого силиката (обозначается 3СаO*SiО2 или сокращенно C3S). Структура и состав данной фазы модифицируются благодаря размещению в решетке инородных ионов (в особенности Аl3+, Mg2+, Fе3+). Алит стремительно реагирует с водой, в нормальных цементах имеет самое большое значение для обеспечения прочности. Особенно важен алит для обеспечения набора прочности цемента в течение 28 суток.

Белит

Когда производится клинкер цементный, содержание белита должно быть равно 15-30%. Двухкальциевый силикат обозначается как 2СаO*SiО2 (либо сокращенно C2S), модификация происходит за счет добавления в структуру инородных ионов, чаще всего большей частью либо полностью присутствует в формате β-модификации.

Белит с водой реагирует достаточно медленно, не оказывает воздействия на уровень прочности цемента на протяжении 28 суток. Но он влияет на прочность в значительно поздние сроки, что также немаловажно. Так, через год в идентичных условиях показатель прочности чистого белита и чистого алита примерно одинаков.

Алюминатная фаза

Алюминатная фаза в клинкере цементном составляет 5-10%. Трехкальциевый алюминат обозначается как 3СаO*Al2O3, меняется по составу и структуре в некоторых случаях благодаря инородным ионам (в особенности Nа+, Si4+, К+, Fe3+). Фаза мгновенно реагирует с водой, из-за чего становится причиной быстрого высыхания, если в состав не был введен контролирующий скорость схватывания реагент, в качестве которого выступает обычно гипс.

Читать еще:  Расход цемента на 1 кубометр бетона

Алюмоферритная фаза

Ферритная фаза составляет около 5-15% цементного клинкера, обозначается как 4CaO*Al2O3*Fe2O3 (сокращенно CaAlFe). Четырехкальциевый алюмоферрит существенно меняет состав при изменениях пропорции Al/Fe и нахождении в структуре инородных ионов.

Скорость реакции базы с водой может быть разной из-за отличий в составе. Как правило, показатель достаточно высокий на первых этапах, в более поздние сроки средний между показателями алита и белита.

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНЫЙ КЛИНКЕР, ЕГО ФАЗЫ И ПРОИЗВОДСТВО

Настоящая глава посвящена высокотемпературной химии, технологии получения и применению портландцемента. Показаны кристаллические структуры и полиморфные формы клинкерных фаз, раскрыты процессы гидратации и формирования ранней структуры цементного камня.

Помимо химии цемента значительное внимание уделено разновидностям портладцемента, их свойствам и применению в технологии бетонов. Показана взаимосвязь технологии производства клинкера с последующими свойствами гидратированного цемента.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Портландцементный клинкер — твердый продукт в виде гранул, получаемый в настоящее время главным образом во вращающихся печах спеканием искусственной тонкодисперсной смеси известняка и глины, или доменного шлака, или тонкомолотых осадочных горных пород — мергелей идентичного химического состава.

Это конгломерат минералов переменного состава, полученный путем направленных высокотемпературных операций нагрева и последующего охлаждения вышеназванных смесей. В природе подобных соединений нет. В литературе отмечают девять минералов, но доказано практическое значение лишь четырех. Из-за сложности химической формулы А.Е. Торнеб дал компонентам клинкера наименования от первых букв латинского алфавита: алит, белит, целит и феррит.

Главными носителями прочности портландцемента среди них являются трехкальциевый и двухкальциевый силикаты, занимающие три четверти массы клинкера.

Двухкальциевый силикат — кальциевая соль ортокремниевой кислоты в виде р-2СаО • Si02. Белит — технический продукт с примесями MgO, МпО, близкий по своим характеристикам к (3-2CaOSi02, составляет в клинкере 15—30%. Медленно реагируя с водой и не оказывая тем влияния на прочность до 28 суток, существенно повышает ее лишь в более поздние сроки.

Трехкальциевый силикат — тоже ортосиликат CaO-2CaOSi02, твердый раствор с малыми примесями А123 и MgO — алит (в трех модификациях); основная составляющая (50—70%) в клинкере. В кристаллической решетке элита размещаются ионы Mg 2+ , А1 3+ ,

Fe 3+ . В элементарной ячейке 36 молекул 3Ca0-Si02 и его общая формула 54СаО • 16Si02 ? А123 • MgO. Быстро реагирует с водой, играет основную роль в нарастании 28-суточной прочности.

Через год прочности гидратированных чистых элита и белита равны.

Алюминаты кальция ЗСа0-А123 (трехкальциевый алюминат) и 12Са0-7А123 (двенадцатикальциевый семиалюминат) составляют в клинкере 5—10%. ЗСа0-А123 (соль алюминиевой кислоты Н3А103) имеет кристаллическую структуру, изменяемую включением других ионов — Si 4+ , Fe 3+ , Na + и К + . Быстро реагирует с водой и схватывается без гипса. 12Са07А123 в обычных высокоизвестковых клинкерах встречается редко.

Алюмоферрит кальция — четырехкальциевый алюмоферрит (бра- унмиллерит) вида 4CaO Al23 Fe23 — составляет в клинкере 5—15%, является среди твердых растворов вида 2CaO(FeAl)23 промежуточным соединением с составом, изменяющимся в зависимости от отношения Al/Fe и наличия в структуре других ионов. Элементарная частица браунмиллерита имеет две молекулы 4Ca0Al23Fe23.

Различные составы имеют различные скорости взаимодействия с водой. В начальный период она высока, а в поздние сроки является промежуточной между скоростями для элита и белита. Кристаллическую часть клинкера составляют алит и белит, а образующуюся при быстром охлаждении клинкера — с основной частью С3А, Са^Ау и C4AF, не успевающую закристаллизоваться, но скрепляющую прочно все, представляет стекловидная фаза.

Второстепенные компоненты — MnO, MgO, Na20 и К20 из сырья или в виде повторных продуктов уноса из печи могут быть в кристаллической решетке минералов. Причем ионы щелочных металлов (в пересчете на Na20 и К20) обычно связаны сульфатами. Избыток их сверх связываемого количества уходит на образование твердых растворов с 2Ca0 Si02 серии (R2O23CaO12Si02) и может стать компонентом стекла. Но чаще в клинкерное стекло входят СаО, А123, Fe23 и, возможно, еще MgO и свободный СаО.

Окислы Si04, А104, А106, Fe04 и Fe06 связаны в минералах кислородом с ионами кальция и благодаря высокому заряду Si 4+ , А1 3+ и Fe 3+ склонны к высокой полимеризации.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector
×
×