Технологическая схема портландцемента

Пуццолановый портландцемент.doc

Пуццолановый портландцемент
Гидравлическое вяжущее вещество получаемое путем совместного помола клинкера и активной минеральной добавки (пуццоланы) с необходимым количеством гипса.
Состав и изготовление. Активная минеральная добавка вначале адсорбирует а затем химически связывает Са(ОН)2 образующийся в результате взаимодействия алита с водой
Са(ОН)2 + SiO2 (n-1)Н2О = СаО SiO2 nН2О
В ходе этого процесса происходящего во влажных условиях и при положительной температуре растворимый гидроксид кальция связывает в практически нерастворимый гидросиликат кальция. В результате значительно возрастает стойкость бетона к коррозии а именно - выщелачиванию Са(ОН)2.
Количество минеральной добавки в зависимости от ее свойств и требования к качеству получаемого цемента обычно берется в пределах 20-50%. Как правило в качестве активной минеральной добавки применяется доменный гранулированный шлак количество которого в цементе может составлять от 20 до 85% (обычно 40-70%).
Свойства и области применения. Пуццолановый портландцемент следует применять для бетонов постоянно находящихся во влажных условиях (подводных и подземных частей сооружения). На воздухе бетон на пуццолановом портландцементе дает большую усадку и в сухих условиях частично теряет прочность твердение практически прекращается. Вследствие этого при изготовлении необходимо систематическое увлажнение бетона и предохранение от высыхания. Кроме того бетоны на этом цементе имеют низкую морозостойкость и не годятся для сооружений подвергающихся замораживанию и оттаиванию. Данный цемент твердеет медленнее чем портландцемент в особенности при низких температурах поэтому его не следует применять при зимних бетонных работах. Он обладает сравнительно небольшим тепловыделением так как в составе цемента содержится мало клинкера при гидратации которого выделяется тепло а поэтому его часто используют для бетонирования внутренних частей массивных сооружений (плотин шлюзов и т.п.). Пуццолановый портландцемент выпускают марок 300 и 400.
Это гидравлическое вяжущее получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера необходимого количества гипса и активной минеральной добавки либо тщательным смешиванием тех же материалов измельченных раздельно. Содержание активных минеральных добавок в пуццолановом портландцементе по ГОСТ должно составлять (в % массы цемента): добавок вулканического происхождения обожженной глины глиежа или топливной золы — не менее 25% и не более 40%; добавок осадочного происхождения — не менее 20% и не более 30%. Количество вводимой в состав цемента активной минеральной добавки зависит от ее активности. Чем она выше тем меньше добавки надо вводить в состав пуццоланового портландцемента для химического связывания гидроксида кальция образующегося в процессе гидратации клинкерной части цемента.
Пуццолановый портландцемент выпускается у нас в количестве около 5 млн. т. Для производства пуццолано-вых портландцементов применяются различные виды активных минеральных добавок. На цементных заводах Брянском Кричевском Броценском Акмянском Гиганте и др. применяется брянский трепел с активностью около 300 мгг; Вольская опока той же активности используется на Вольских цементных заводах а баканская опока с активностью около 250 мгг — новороссийскими цементными заводами. Алексеевский завод потребляет местную опоку активностью около 250 мгг Сенгилеевский завод — местный трепел активностью около 300 мгг. Для производства белого портландцемента на Щуровском и Таузском цементных заводах расходуют кисатибский диатомит с активностью около 300 мгг среднеазиатские заводы — глиеж с низкой активностью 30—50 мгг. Вулканические туфы с активностью 50—70 мгг применяются на дальневосточных заводах; пемзы и туфы примерно той же активности — на Закавказской группе цементных заводов витофиры с активностью около 70 мгг — на Семипалатинском заводе. Зола ТЭЦ используется в качестве добавки к портландцементу на Ангарском комбинате.
Технологическая схема производства пуццолановых портландцементов обычная. Она заключается в сушке активной минеральной добавки и подаче ее в установленном количестве в цементные мельницы для совместного помола с клинкером при принятой дозировке гипса. Сушка материала при температурах не превышающих 479—573 К заметно не влияет на активность добавок. Однако наши исследования показали что если в трепеле есть глинистые примеси то сушка при 873—973 К несколько повышает его активность; рациональная температура сушки для добавок вулканического происхождения должна устанавливаться на основе экспериментальных исследований.
Твердение пуццолановых портландцементов происходит в результате совокупного влияния процессов гидратации клинкерной части (клинкерных фаз) и реакций химического взаимодействия гидратных новообразований с активными компонентами добавки. В первую очередь взаимодействуют добавки с гидроксидом кальция присутствующим в жидкой фазе твердеющей системы. Этот процесс идет как правило медленно. Исследования показали что при рациональном содержании например 30% трепела в цементе гидроксид кальция еще полностью не будет связан с кремнеземом трепела даже примерно через год. Реакция эта протекает при твердении цемента в воде либо в сильно влажной среде; противопоказано твердение в первоначальный период на воздухе так как возможно высыхание цементного камня что замедлит либо даже прервет эту реакцию. В твердеющем пуццолановом портландцементе концентрация извести в жидкой фазе вследствие ее связывания активной добавкой понижается. Это способствует формированию низкоосновных гидросиликатов кальция CSH(B) с отношением С : S до 08 ибо как уже отмечалось основность гидросиликата кальция (C:S) зависит от концентрации гидроксида кальция в жидкой фазе.
При низкой концентрации извести неустойчивыми оказываются высокоосновные гидроалюминаты кальция. В результате наблюдается их переход в низкоосиовные гидроалюминаты. Возможно также преимущественно при тепловлажностной обработке образование гидрогранатов кальция. При повышенном содержании реакционноспособного (растворимого) глинозема в добавке и низкой ее активности возможно образование дополнительного количества С3АН6 за счет взаимодействия с гидроксидом кальция. Высокое содержание растворимого глинозема обычно характерно для глиежа глини-та и некоторых видов вулканических туфов что может привести к образованию дополнительного количества гидросульфоалюмипата кальция и изменению сульфатостойкости и некоторых других свойств пуццолановых портландцементов.
Пуццолановый портландцемент во многом отличается от портландцемента. Плотность его несколько меньше и равна 27—29 гсм3 поэтому при одинаковой дозировке по массе он дает больший выход раствора или бетона. Мягкие рыхлые добавки — трепел и диатомит в составе цемента увеличивают нормальную густоту цементного теста до 35% вместо 24—26%; добавки вулканического происхождения и искусственные повышают нормальную густоту в меньшей степени. Это приводит к увеличению водопотребности бетонной смеси на пуццолановых портландцементах что несколько замедляет нарастание прочности бетона. По срокам схватывания пуццолановые цементы не отличаются от портландцемента. Поскольку реакционная способность активных добавок вулканического происхождения а также глиежа увеличивается с дисперсностью тонкость помола пуццоланового портландцемента с этими добавками должна быть повышенной. При использовании рыхлых пород например трепела удельная поверхность цемента возрастает иногда в процессе измельчения за счет дисперсности добавки а не клинкерной части что следует учитывать при производстве этих цементов.
Пуццолановые портландцемента отличаются несколько замедленным твердением при нормальной температуре в первые сроки и при испытании в растворах пластичной консистенции не достигают показателей прочности на сжатие характерных для исходных портландцементов к 28-ми суткам. При твердении во влажных условиях или в воде прочность пуццоланового портландцемента во времени повышается и превышает прочность исходного портландцемента не только на изгиб но и на сжатие. Наши исследования показали что при активном клинкере рациональном содержании добавки и гипса и особенно при весьма топком помоле можно существенно повысить прочность цемента.
Для нормального роста прочности необходимо обеспечить высокую влажность среды в начальный период твердения цемента после чего он может твердеть на воздухе рост прочности при этом будет меньше. По воздухостоикости он уступает портландцементу. Падение температуры примерно ниже 283 К резко замедляет скорость его твердения что вызывает необходимость в искусственном обогреве. Пропаривание ускоряет твердение бетонов на пуццолановых портландцементах однако если в последующем бетон будет твердеть во влажных условиях или в воде целесообразно применять тепловлажностную обработку.
Образующиеся в результате химического связывания гидроксида кальция набухшие гидросиликаты кальция заполняют микропоры в растворах и бетонах что вызывает уплотнение их структуры и придает им водонепроницаемость. Тем самым в значительной степени устраняется возможность выщелачивания свободной извести под напором воды.
Пуццолановые портландцементы обладают повышенной связующей способностью придают растворным и бетонным смесям большую пластичность и соответственно удобообрабатываемость не отличаются от портландцемента по показателям сцепления с арматурой в железобетоне. Водоотделение в цементных растворах и бетонах заметно уменьшается при мягких добавках (трепеле и др.). При гидратации пуццолановых портландцементов наблюдается меньшее тепловыделение чем у портландцемента; замена 30—40% клинкера добавкой вызывает уменьшение экзотермии но непропорционально количеству добавки так как при равномерном распределении ее частиц в цементе клинкерные зерна раздвигаются что содействует более глубокой их гидратации. Тепловыделение зависит от химико-минералогического состава исходного клинкера активности добавки и тонкости помола цемента. Поэтому количество тепла выделяющегося при гидратации пуццолановых портландцементов не поддается хотя бы примерному предварительному расчету и должно устанавливаться экспериментальным путем. Пуццолановые портландцементы отличаются повышенной усадкой которая так же как и тепловыделение зависит от ряда факторов. Заметное увеличение усадки связано с повышением водопотребности при применении мягких рыхлых добавок — трепела и др.
Пуццолановые портландцементы характеризуются большей способностью к пластической деформации во влажных условиях при постоянной температуре чем портландцемент причем бетоны на этих цементах отличаются высокой трещиностойкостью что особенно ценно для массивных бетонных гидротехнических сооружений. Пуццолановые портландцементы придают растворам и бетонам несколько пониженную морозостойкость в особенности когда многократным (более 100 циклов) попеременным замораживанием и оттаиванием испытывают еще недостаточно прочный оаствоп или бетон в ранние сроки твердения. При применении пуццолановых портландцементов в которых содержатся активные минеральные добавки с плотной структурой не увеличивающие водопотребность бетона морозостойкость понижается менее заметно. Это происходит тогда когда мороз воздействует на длительно твердевший бетон с уже повышенной плотностью и прочностью например шестимесячного срока твердения.
Пуццолановый портландцемент выпускается марок 300 400 и применяется главным образом в сооружениях подвергающихся воздействию пресных вод: в подводных конструкциях при строительстве речных гидротехнических сооружений (порты каналы плотины шлюзы и т. п.); в водопроводных сооружениях; при строительствве туннелей и других подземных сооружений при проходке шахт и т. п.; при кладке фундаментов и подвалов гражданских и промышленных зданий. Поскольку пуццолановый портландцемент отличается пониженной воздухопроницаемостью нецелесообразно применять его для надземных железобетонных сооружений в условиях воздушного твердения. Быстрое высыхание цемента может приостановить его твердение и вызвать сильные усадочные явления. Нельзя использовать пуццолановый портландцемент для частей сооружений находящихся в зоне переменного действия воды и подвергающихся постоянному увлажнению и высыханию замораживанию и оттаиванию.
Одно из важных свойств пуццолановых портландцементов — повышенная сульфатостойкостъ из-за незначительного содержания несвязанного гидроксида кальция и повышенной водонепроницаемости. Зольные цементы. Зольные цементы являются разновидностью пуццолановых портландцементов регламентируемых действующим ТУ. Их получают совместным помолом либо смешением портлаидцементного клинкера и золы-унос при небольшой добавке гипса. Зола-унос является попутным продуктом сжигания некоторых видов твердого топлива в пылевидном состоянии и улавливается электрофильтрами и другими устройствами. Ее частицы бывают грубо- и тонкодисперсными и могут содержать небольшие количества несгоревшего топлива являющегося вредным компонентом. Золы-унос разделяются на кислые и основные. Зола-унос по составу приближается к обожженной глине с разным содержанием глинозема и оксидов железа и отличается значительным содержанием почти шаровидных частиц стекла а также кварца муллита и др. В зависимости от вида сжигаемого топлива и других условий активность зол-уноса значительно колеблется но некоторые их виды обладают хорошими гидравлическими свойствами.
ГОСТ на портландцемент с минеральными добавками допускает содержание в составе цемента до 15% золы-уноса. Количество же ее в составе зольного цемента регламентируется установленными нормами на пуццолановый портландцемент в пределах 25—40%. Золу-уноса часто применяют при приготовлении бетонных смесей в качестве компонента обычного а также гидротехнического бетона причем установлено что введение в бетонную смесь 20—25% золы-уноса обусловливает почти соответствующую экономию цемента при сохранении прочности бетона. Весьма эффективна тепловлажпостиая обработка зольного цемента (бетона). Пониженная водопотребность зольных цементов способствует повышению водонепроницаемости и в большинстве случаев также сульфатостойкости бетона. Выявилось что новые гидратные фазы образовавшиеся в результате химического взаимодействия портландцемента с золой относительно быстро карбонизируются что повышает прочность цементного камня. Продукты гидратации новных зол-унос образуются по обычной для портландцемента схеме и содержат эттрингит портлаидит и соответствующее количество геля С—S—Н. В современных условиях когда необходимы малоэнергоемкие технологии производство и применение зольных цементов весьма целесообразно.
Пуццолановый портландцемент изготовляют
Пуццолановый портландцемент изготовляют методом общего помола клинкера интенсивной минеральной добавки и важного числа гипса. Благодаря связыванию Са (ОН) г в нерастворимые гидросиликаты кальция таковой портландцемент владеет увеличенной стойкостью к хим коррозии и в следствии этого входит в группу суль-фатостойких цементов. Более целесообразная область его внедрения — подводные и подземные части сооружений. Нередко применяют пуццолановый портландцемент в бетонах внутренних частей мощных сооружений потому что у него относительно мелкое тепловыделение.
Впрочем бетоны на пуццолановом портландцементе владеют невысокой морозостойкостью и не пригодны для построения сооружений подвергающихся нередкому замораживанию и оттаиванию. На воздухе тем более
в жарком климате бетон на пуццолановом портландцементе выделяет огромную усадку и частично утрачивает крепость. При зимних бетонных работах пуццолановый портландцемент бессмысленно использовать поскольку он твердеет медленнее чем портландцемент.
Шлакопортландцемент способен твердеть как на воздухе и в воде. Это вяжущее общестроительного назначения используемое как правило тем же целей собственно и портландцемент. Его добиваются методом общего измельчения портландцементного клинкера доменного гранулированного шлака и важного числа гипса. Смысл доменного шлака сможет добиваться 80 % от массы цемента. Эта немалая доза шлака возможна вследствие особенностей его хим состава ближайшего к клинкеру. В доменных шлаках преобладают оксиды кальция (30 50 %) кремния (28 30 %) алюминия (8 24 %) т.е. Такие же составляющие собственно и в клинкере портландцемента. В следствии этого кое-какие шлаки в тонкоразмолотом облике владеют возможностью к самостоятельному гидравлическому твердению.
Шлак использующийся как добавка к цементу непременно переводят из огненно-жидкого в жесткое состояние методом скорого замараживания в воде или же при 3 водяного пара. Данная операция именуется грануляцией поскольку шлаковый расплав распадается на отдельные гранулки. Получаемый этим методом шлак владеет стекловидной т.е. химически интенсивной структурой. В следствии этого гранулированный шлак считается энергичным компонентом шлакопортландцемента.
ГЛАВА 12. АКТИВНЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ДОБАВКИ И ПУЦЦОЛАНОВЫЕ ЦЕМЕНТЫ
Пуццолановые цементы. Пуццолановый портландцемент
Общая характеристика. Пуццолановым портландцементом называют вяжущее получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера нормированного минерального состава (ГОСТ 22266—76 с изм.) кислой активной минеральной добавки (ОСТ 21-9-81) и двуводно-го гипса (ГОСТ 4013—82). Содержание трехкальциевого алюмината в клинкере для производства этого цемента должно быть не более 8 %
В этом цементе допускается следующее содержание активных минеральных добавок: осадочного происхождения— не менее 21 и не более 30%; вулканического происхождения обожженной глины глиежа или топливной золы — не менее 25 и не более 40 %.
Гипс вводят в пуццолановый портландцемент для регулирования сроков схватывания. Содержание его зависит от качества портландцементного клинкера и не должно превышать 35 % в пересчете на S03.
Для пуццоланового портландцемента целесообразнее всего применять кислые минеральные добавки повышенной активности. Использование малоактивных добавок вызывает необходимость увеличения их содержания в цементе для полного связывания выделяющейся при гидратации клинкера Са(ОН)2. В ряде случаев это нежелательно так как неизбежно значительное снижение прочности пуццолаиового портландцемента особенно в первые сроки твердения.
При помоле пуццоланового портландцемента по соглашению между поставщиком и потребителем допускается введение пластифицирующей или гидрофобизирую-щей добавки.
Пуццолановый портландцемент изготовляют обычно на цементных заводах с полным технологическим циклом т.е. там где получают портландцементный клинкер. Такие заводы отличаются от заводов вырабатывающих портландцемент наличием в цехе помола отделения предназначаемого для дробления и сушки добавок.
После дробления и сушки активные минеральные добавки подают в отдельный бункер перед мельницей. Отсюда они через дозатор-питатель поступают в мельницу где размалываются совместно с клинкером и гипсом. При этом производительность многокамерных шаровых мельниц вследствие более легкой размалываемости гидравлических добавок осадочного происхождения обычно на 5—10 % выше чем при помоле портландцемента. Раздельный помол клинкера и добавок менее выгоден так как трудно добиться их хорошего смешения и получить однородный продукт.
Учитывая что перевозить портландцементиый клинкер и немолотые активные (гидравлические) добавки удобнее и дешевле чем готовый цемент в местах значительного потребления пуццоланового портландцемента (например на строительстве крупных гидротехнических сооружений) часто экономически целесообразно организовывать его производство на специальных дробилы-ю-помольных установках. Иногда при этом используют местные активные добавки что позволяет дополнительно снизить стоимость готового цемента.
Так как многие активные минеральные добавки (особенно диатомиты трепелы) отличаются высокой влажностью и вязкостью их следует дробить в молотковых самоочищающихся дробилках. Для дробления мягких добавок с высокой влажностью применяют также валковые дробилки с зубчатыми или рифлеными валками; Для дробления более плотных материалов — щековые и молотковые дробилки. Минеральные добавки измельчают до кусков размером не более 10—15 мм при одновременной их сушке в дробилке дымовыми газами. Мелкокусковые материалы сушат в аппаратах работающих по принципу псевдоожиженного слоя и характеризующихся высокой эффективностью или в менее экономичных сушильных барабанах. Клинкер и гипс дробят на тех же установках что и при изготовлении портландцемента.
После дробления клинкер минеральную добавку и гипс направляют в соответствующие расходные бункера откуда в строго установленном соотношении они равномерно и непрерывно поступают в шаровую мельницу. Для помола применяют обычно трубные мельницы работающие по открытому или замкнутому циклу. Для ускорения процесса помола цемента можно вводить не более 1 % специальных добавок (поверхностно-активные уголь и др.) не ухудшающих качество цемента. Пуццолановый портландцемент размалывают до остатка на сите № 008 не менее 85 %
При схватывании и твердении пуццоланового портландцемента протекают процессы гидратации клинкерной составляющей и взаимодействия продуктов гидратации с активной минеральной добавкой. В начальный период преимущественное развитие получают гидролиз и гидратация клинкерных зерен. В результате этих первичных процессов образуются гидросиликаты гидроалюминаты и гидроферриты кальция.
Наличие активной пуццолановой добавки качественно не меняет характера взаимодействия клинкерных минералов с водой. Однако скорость гидролиза и гидратации C3S C2S и других минералов возрастает. Это объясняется прежде всего тем что в тесте из пуццоланового портландцемента на единицу массы клинкера приходится больше воды чем в тесте из портландцемента. Таким образом происходит более быстрая гидратация зерен клинкера. Кроме того активная добавка связывая гид-роксид кальция в нерастворимые соединения снижает его концентрацию в водном растворе твердеющей цементной массы и тем ускоряет гидролиз содержащихся в клинкере силикатов кальция.
Реакции между продуктами гидратации клинкера и активными компонентами гидравлической добавки — вторичные процессы. Они заключаются прежде всего во взаимодействии Са(ОН)с активным кремнеземом добавки и образовании гидросиликатов с общей формулой CSH(B) по Р. Боггу или С—S-—Н(1) по X. Тейлору: тСа(ОН)о+ +Si02aiu-+ftH20=mCaO.Si02-pH20.
В данном случае при обычных температурах в зависимости от концентрации оксида кальция в водной среде образуются соединения с основностью 08—15 т.е. (08—15) CaO-Si02-pH20. Как отмечалось ранее возможно также образование гидрогеленита 2СаО-А1203Х XSiOa-8HaO.
Окончательный состав продуктов твердения пуццоланового портландцемента в значительной степени зависит от вида и состава активной добавки ее содержания в пуццолановом портландцементе и условий твердения.
При наличии в пуццолановом портландцементе гипса образуется гидротрисульфоалюминат кальция ЗСаОХ XAl2O3-3CaSO4-(30—32)H20. Его образование в начальной стадии взаимодействия клинкерных частичек с водой способствует замедлению схватывания цемента. В дальнейшем это соединение по-видимому разлагается с переходом трехсульфатной формы в односульфат-ную ЗСаО-А12Оз-Са504*12Н20 и с выделением гипса CaS04-2H20.
При гидратации пуццоланового портландцемента новообразования выделяются преимущественно в субмикроскопическом гелевидном состоянии что отражается на технических свойствах цементного камня (повышенные показатели деформаций ползучести и усадки).
Свойства пуццоланового портландцемента
Истинная плотность обычно колеблется в пределах 27—29 гсм3 уменьшаясь с увеличением содержания в цементе гидравлической добавки. Насыпная плотность пуццоланового портландцемента в рыхлонасыпном состоянии 800—1000 а в уплотненном—1200—1500 кгм3. Зависит она от вида используемой минеральной добавки. Наименьшая насыпная плотность у цементов с мягкими добавками — диатомитом трепелом и др.
Водопотребность пуццолановых портландцементов выше чем водопотребность портландцемента. Особенно высока водопотребность у цементов с минеральными добавками осадочного происхождения (диатомитом трепелом или опокой). Это объясняется тем что частички этих пород отличаются очень развитой удельной поверхностью требующей для ее смачивания значительного объема воды. Повышенная водопотребность пуццоланового портландцемента — существенный его недостаток. Для получения на этом цементе растворной и бетонной смеси заданной подвижности необходимо или вводить воду в увеличенном количестве что сильно снижает прочность или при сохранении постоянного водоцементного отношения увеличивать расход цемента что невыгодно экономически и часто приводит к ухудшению качества бетона или раствора (повышенная усадка тепловыделение и др.).
Пуццолановые портландцементы особенно с такими добавками как трепел и диатомит благодаря значительной внутренней поверхности их частиц выгодно отличаются от портландцемента повышенной водоудерживаю-щей способностью. Поэтому бетоны и растворы на пуццолановом портландцементе при перемешивании транспортировании и укладке меньше расслаиваются легче обрабатываются (пластичны) и дают небольшую осадку при схватывании. Иногда например при уплотнении бетонов центрифугированием повышенная водоудерживающая способность становится их недостатком. В этом случае адсорбция воды частицами гидравлической добавки затрудняет ее удаление из смеси и уплотнение.
Сроки схватывания пуццоланового портландцемента в основном определяются качеством портландцементного клинкера и количеством добавляемого гипса. По ГОСТ 10178—76 (с изм.) предусмотрены одинаковые сроки схватывания как для пуццоланового так и для обычного портландцемента. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин а конец — не позднее 10 чот начала затворения. Сроки схватывания пуццолаиового портландцемента с увеличением тонкости его помола сокращаются.
Равномерность изменения объема пуццоланового портландцемента
Пуццолановые портландцемента характеризуются обычно равномерным изменением объема. Даже при использовании клинкера с повышенным содержанием СаОСВоб пуццолановые портландцемента изменяются в объеме как правило равномерно.
Следует отметить что в ряде случаев при стандартном испытании на равномерность изменения объема пуццоланового портландцемента на лепешках при длительном хранении наблюдается появление сетки мелких радиальных трещин. Вызываются они усадочными явлениями а не неравномерностью измерения объема и поэтому не могут служить основанием для браковки цемента.
Усадка и набухание пуццоланового портландцемента
Бетоны на пуццолановых цементах особенно на цементах с активными добавками осадочного происхождения характеризуются повышенными деформациями усадки и набухания. Их интенсивное развитие обусловлено особенностями затвердевшего камня пуццолаиового портландцемента который отличается от камня портландцемента повышенным содержанием новообразований в гелевидиом состоянии наличием более развитой сетки мельчайших капилляров. Поэтому при твердении на воздухе которое сопровождается неизбежным испарением капиллярно-связанной воды для цементного камня характерны интенсивная усадка гелеоб-разиых масс и развитие стягивающих напряжений в капиллярах. Наоборот при твердении в воде объем увеличивается вследствие адсорбции воды и набухания коллоидных новообразований. Влажностные деформации пуццоланового портландцемента особенно значительны в начале твердения. Затем по мере упрочнения бетона они "затухают но значения их остаются все же более высокими чем у портландцемента.
Значительная усадка и набухание могут в ряде случаев нарушить сцепление цементного камня с заполнителям и в бетоне вызвать появление трещин в конструкции и даже их разрушение. Поэтому бетоны на пуццолановых портландцементах в начальный период нужно дольше выдерживать во влажных условиях. Кроме того из пуццолановых портландцементов не рекомендуется изготовлять наземные конструкции в районах с. сухим и жарким климатом где они быстро высыхают или подвергаются попеременному увлажнению и высыханию.
По данным П. И. Глужге полные относительные деформации усадки различных цементов при твердении на воздухе составляют (за единицу принята усадка портландцемента): для трепельного портландцемента 149 для трассового 1 для шлакового 093. Таким образом пуццолановые портландцементы дают разную усадку в зависимости от вида введенной в них активной добавки. Для более точного представления о свойствах данного вяжущего целесообразно в общем его названии указывать вид добавки: диатомитовый портландцемент тра-совый зольный и т. п.
Прочность пуццоланового портландцемента
По ГОСТ 22266—76 (с изм.) пуццолановый портландцемент делится на марки 300 и 400. Марки его как и обычного портландцемента определяются по пределу прочности при изгибе балочек 40X40X160 мм из раствора по ГОСТ 310.4—81.
Марочная прочность рассматриваемых цементов как и портландцемента зависит от минерального состава клинкера тонкости помола и водоцемеитного отношения и кроме того от активности добавки и соотношения между клинкером и добавкой. Существенное значение имеет и степень измельчения добавки с увеличением которой резко возрастает ее реакционная способность и прочность цемента.
Пуццолановый портландцемент отличается от портландцемента замедленным нарастанием прочности в первые сроки твердения. Особенно медленно в начальный период твердеют пластичные смеси содержащие значительное количество добавок пониженной активности. При длительном твердении прочность пластичных бетонов на пуццолановых портландцементах приближается к прочности бетонов на портландцементе той же марки.
Пуццолановые портландцементы весьма чувствительны к температурным условиям их твердения. При температурах около 10—12 °С процессы схватывания и твердения значительно замедляются а при температуре ниже 5°С они почти полностью прекращаются. Это затрудняет применение пуццолановых портландцементов на открытом воздухе в холодное время года. Наоборот при повышенных температурах пуццолановые портландцементы схватываются и твердеют более интенсивно чем портландцемент поэтому изделия и конструкции из бетонов на этом цементе целесообразно подвергать тепловой обработке с помощью пара или электричества при 85—95 °С.
Активность пуццолановых портландцементов значительно снижается при длительном их хранении что объясняется ускоренной гидратацией клинкерных частичек обусловленной повышенным количеством влаги в хранящемся цементе. Эта влага поглощается из воздуха активной добавкой характеризующейся обычно высокой гигроскопичностью. Поэтому при длительном хранении цемента на складе необходимо повторно определять марку пуццоланового портландцемента.
Тепловыделение при твердении пуццоланового портландцемента меньше чем при твердении портландцемента. Количество выделяющейся при этом теплоты уменьшается с увеличением содержания активной добавки в вяжущем но непропорционально: пониженная экзотермичиость пуццоланового портландцемента в ряде случаен оказывается полезной особенно при возведении конструкций из массивного бетона где избыточное тепловыделение увеличивало бы термические напряжения в них.
Воздухостойкость. Морозостойкость пуццоланового портландцемента
Пуццолановые портландцемента обладают удовлетворительной воздухостойкостью. Однако бетоны на этих цементах в отличие от портландцементных бетонов в начальный период твердения следует выдерживать во влажной среде более продолжительное время. В противном случае вследствие развития усадочных деформаций в бетонах возможно появление трещин и ослабление сцепления цементного камня с заполнителями. Кроме того преждевременное испарение воды из бетона замедляет процессы взаимодействия активной добавки с Са(ОН)2 что понижает прочность. Пониженной воздухостоикостыо характеризуются пуццолаиовые портландцемента с добавками осадочного происхождения; цементы же с вулканическими добавками в этом отношении мало отличаются от портлаидцементов.
Водостойкость. Для бетонов на пуццолановых порт-ландцементах показательна более высокая водостойкость чем для бетонов на портландцемеитах что объясняется более высокой их водонепроницаемостью и связыванием добавками легковыщелачиваемого гидроксида кальция
Повышенная водонепроницаемость бетонов на пуццолановых цементах обусловливается набуханием гелеобразных составляющих цементного камня и гидравлической добавки в присутствии водного раствора гидроксида кальция. Кроме того при одинаковом по массе содержании пуццоланового портландцемента по сравнению с обычным портландцементом объем теста из него в бетоне приблизительно на 10 % больше чем теста из портландцемента. Объясняется это пониженной истинной плотностью пуццолановых портландцементов по сравнению с плотностью рядовых портландцементов. Повышенное же содержание цементного теста в бетонной смеси способствует получению бетона более плотной структуры и пониженной водопроницаемости.
Связывание гидроксида кальция активными добавками в гидросиликаты а также образование в пуццолановых портландцементах гидросиликатов и гидроалюминатов кальция низкой основности обеспечивают их стойкость в водной среде при более низких концентрациях СаО по сравнению с тем что происходит в цементном камне из портландцемента. Поэтому в камне из пуццоланового портландцемента новообразования могут разлагаться на первичные оксиды при выщелачивании Са(ОН)2 лишь в мягких водах и в условиях интенсивной фильтрации через бетон.
Пуццолановый портландцемент более стоек в сульфатных водах вследствие того что в его цементном камне почти совершенно нет гидроксида кальция и высокоосновных четырех- и трехкальцневых гидроалюминатов на базе которых в присутствии сульфатных солей возможно образование эттриигита (ЗСаО-А12Оз-ЗСа804Х Х'31Н20) разрушающего цементный камень и следовательно бетон.
Повышенной сульфатостойкостью обладают пуццолановые портландцемента и с такими добавками как обожженная глина некоторые добавки вулканического происхождения содержащие значительное количество активного глинозема. В процессе твердения казалось они могут способствовать образованию в увеличенных количествах гидроалюминатов кальция и снижать сульфатостойкость пуццоланового портландцемента. Однако исследования И. С. Канцепольского и других показали что свойства каолинитовых и полимииеральиых глин обожженных при повышенных температурах (900—1000 °С) такие же как у добавок повышающих сульфатостой-кость портландцементов. Объясняется это переходом глинозема в соединения с пониженной химической активностью предотвращающей образование высокоосновиых гидроалюминатов кальция а также и эттрингита. На основе результатов этих работ в Среднеазиатских советских республиках выпускается глиеж — портландцемент стойкий в пресных и сульфатных водах.
В кислых и в частности в углекислых водах пуццо-лановые портландцемента как и портландцемента недостаточно стойки. Это обусловлено тем что свободные органические и минеральные кислоты интенсивно взаимодействуют не только с гидроксидом кальция но и с гидросиликатами и гидроалюминатами кальция полностью разрушая цементный камень.
Морозостойкость. Бетоны и растворы на пуццолановом портландцементе вследствие повышенной водопот-ребиости отличаются от бетонов на портландцементе пониженной морозостойкостью. Обычно они выдерживают 25—50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Если испытания продолжаются то прочность растворов и бетонов заметно падает а после 100—150 циклов они в большинстве случаев полностью разрушаются. Поэтому бетоны на пуццолановом портландцементе не следует применять в гидротехнических сооружениях подвергающихся многократному водонасыщению и замерзанию например в зоне переменного уровня воды. Они рекомендуются для бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных частей сооружений особенно в тех случаях когда нулаю обеспечить повышенную их водонепроницаемость и стойкость против воздействия мягких и сульфатных вод (см. СНиП П-28-73*).
Неэффективен пуццолаиовый портландцемент в наземных конструкциях особенно в районах с сухим климатом или в цехах с пониженной влажностью воздуха а также в сооружениях подвергающихся систематическому и попеременному увлажнению и высыханию замерзанию и оттаиванию. Нельзя использовать его и для строительных работ при пониженных температурах (ниже 10°С) без искусственного обогрева (исключая массивные сооружения).
Процесс твердения пуццоланового и шлакопортландцемента более сложен чем у портландцемента поскольку в нем участвуют оба их компонента — клинкер и активная минеральная добавка. При затворении этих цементов водой вначале преимущественное развитие получают гидролиз и гидратация клинкерных зерен. В результате образуются те же соединения что и при затворении портландцемента. Затем возникают вторичные процессы — взаимодействие продуктов гидратации и прежде всего гидроксида кальция с активной минеральной добавкой с образованием в зависимости от вида добавки нерастворимых в воде гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Вторичные процессы при обычной температуре протекают продолжительное время и требуют влажных условий. Поэтому пуццолановый и обычный шлако-портландцементы по сравнению с портландцементом характеризуются относительно медленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения но марочная прочность их примерно одинакова.
Твердение пуццоланового и шлакопортландцементов сопровождается меньшей экзотермией что позволяет использовать эти цементы для бетонирования массивных сооружений (плотины фундаменты и т. п.). Использование их в зимних условиях вызывает трудности так как при температуре ниже 10°С процессы схватывания и твердения резко замедляются а при температуре ниже 5°С совеем прекращаются. Наоборот при повышенных температурах пуццолановый и шлакопортландцементы твердеют более интенсивно чем портландцемент поэтому изделия из бетона на этих цементах целесообразно подвергать тепловлажностной обработке.
Процесс твердения пуццоланового портландцемента заключается главным образом в гидратации и гидролизе цемента с образованием гидросиликата гидроалюмината гидроферрита и гидрата окиси кальция и во взаимодействии гидравлической добавки с гидратом окиси кальция. В первой стадии твердения активный кремнезем добавки имеющий чрезвычайно развитую поверхность адсорбирует на ней большое количество извести. В дальнейшем адсорбированная известь постепенно химически связывается с кремнеземом образуя гидросиликат кальция. Это вызывает постепенное уменьшение концентрации гидрата окиси кальция в жидкой фазе твердеющей системы вследствие чего образовавшийся вначале двухкальциевый силикат переходит в однокальциевый а высокоосновной алюминат - в менее основной.
Гидроалюминаты взаимодействуют с присутствующим в пуццолановом портландцементе гипсом с образованием гидросульфоалюмината. При взаимодействии же гидроалюмината с активным кремнеземом возможно появление некоторого количества сульфатостойких гидрогранатов типа.
Введение гидравлических добавок замедляет твердение портландцемента. В первые сроки твердения пуццолановый портландцемент обладает меньшей прочностью чем тот же цемент без добавок. Однако через месяц и в более отдаленные сроки прочность пуццоланового портландцемента становится равной прочности цемента без добавок а иногда даже превышает ее причем чем активнее гидравлическая добавка тем в более короткий срок прочность содержащего ее цемента достигает прочности исходного портландцемента.
Замедление твердения пуццоланового портландцемента вызывается тем что добавка разбавляет цементный раствор уменьшая количество чистого портландцемента. Но как только значительное количество активного кремнезема добавки вступит во взаимодействие с выделяющимся гидратом окиси кальция твердение материала намного ускоряется и его прочность по сравнению с прочностью затвердевшего портландцемента возрастает. Более высокая конечная прочность пуццоланового портландцемента объясняется тем что эти добавки связывают гидрат окиси кальция в гидросиликат кальция и в таком цементном камне его содержится больше чем в обычном портландцементе.
Для ускорения твердения пуццоланового портландцемента изготовляют клинкер с повышенным содержанием быстрогидратирующихся соединений - трехкальциевых силиката и алюмината; применяют более активные минеральные добавки; тоньше измалывают цемент; увеличивают в некоторой степени дозировку гипса или вводят хлористый кальций.
ГОСТ 10178-62 предусматривает три марки пуццоланового портландцемента: 200 300 и 400 в кгссм2 (соответственно 20 30 и 40 МПа). Требования к срокам схватывания и равномерности изменения объема пуццоланового портландцемента такие же как и для портландцемента без добавок. Пуццолановый портландцемент обладает большей стойкостью против выщелачивания мягкой пресной водой и действия минерализованных вод чем портландцемент. Это объясняется сравнительно меньшим количеством гидроалюмината кальция и гидрата окиси кальция образующихся при твердении цемента с добавками связыванием извести с кремнеземом добавки в менее основной гидросиликат кальция обладающий ничтожной растворимостью. Кроме того при взаимодействии с водой и известью активная минеральная добавка набухает а это уплотняет твердеющий бетон и затрудняет проникание в него агрессивных вод разрушающих бетон.
Стойкость пуццоланового портландцемента по отношению к воздействию мягких пресных и сульфатных вод зависит не только от вида и количества добавки но и от состава клинкера. Для повышения стойкости пуццоланового портландцемента против выщелачивающего действия пресных вод необходимо чтобы содержание трехкальциевого силиката в клинкере было более низким а для того чтобы он был стойким против разрушающего действия сульфатных вод требуется пониженное содержание трехкальциевого алюмината.
Плотность и объемная масса пуццоланового портландцемента ниже чем у портландцемента. Так плотность пуццоланового цемента составляет 2700-2900 кгм3 а объемная масса 800-1000 кгм3 в рыхлом и 1200-1600 кгм3 в уплотненном состоянии. Поэтому при расходе одинакового количества (по массе) вяжущего из пуццоланового цемента бетон получается более плотным.
Замедленное твердение пуццоланового портландцемента вызывает необходимость в более длительном выдерживании во влажной среде свежеизготовленных растворов и бетонов чтобы обеспечить лучшие условия твердения. Применяемая для ускорения твердения цемента гидротермальная обработка дает при пуццолановом портландцементе относительно больший эффект чем при портландцементе без добавок.
Введение активных минеральных добавок в цемент увеличивает его водопотребность уменьшает тепловыделение при твердении увеличивает усадку и набухание и понижает водоотделение. Большая гигроскопичность ряда добавок понижает стойкость цементов против вылеживания вследствие поглощения влаги из воздуха и преждевременной гидратации некоторой части этого цемента.
Производство пуццоланового портландцемента мало отличается от процесса получения портландцемента так как добавка вводится в мельницу где измельчается клинкер лишь на последней стадии. Предварительно добавку дробят и сушат. Расходы по дроблению и сушке добавки ниже чем расходы по получению клинкера вследствие чего себестоимость пуццоланового портландцемента меньше чем портландцемента. Пуццолановый портландцемент размалывают примерно до той же тонкости помола что и портландцемент (остаток на сите с сеткой № 008 не более 15%). Однако пуццолановый портландцемент желательно молоть возможно тоньше; это увеличивает поверхность зерен клинкера и добавок что способствует ускорению их взаимодействия при твердении.

Ватман вяжуч_.dwg

Бункер с колбойным порошком
совместимое мокрое измельчение
большая двухступенчатая шлифовка
Экскаватор JCB JS 130
Ламеллярный питатель СМК-78
Щековая дробилка SCHDS 6x9
Молотковая дробилка M6x4
Весовой дозатор DN-15C
Курсовая работа по дисциплине «Вяжущие»
Производство портландцемента пьюзолана
Транспортно-технологическая схема
Транспортно-технологическая схема производства портландцемента пузолана
дробление с сушкой
Ленточный конвейер КПС-125
Роликовая дробилка DG400x250
совместимое измельчение с сушкой
Барабанная шаровая мельница 0
Пневматический транспорт ТА-17
Барабанная шаровая мельница
Циклонный теплообменник