18. Визначення портландцементу, портландцементного клінкеру. Основні сировинні матеріали для виробництва портландцементу.

Портландцемент – гидравлическое вяжущее, твердеющее в воде и на воздухе, и представляющее собой продукт тонкого помола портландцементного клинкера с гипсом или специальными добавками.

Портландцементный клинкер – твердый кусковой (или горохообразный) материал, получаемый спеканием сырьевой смеси (глины с известняком, доменным шлаком, мергеля и др.). В составе клинкера преобладают силикаты кальция.

Сырьевые материалы для производства ПЦ можно разделить на три группы:

1. сырье, в котором преобладает СаО – известковый компонент;

2. сырье, содержащее алюмосиликаты – глинистый компонент;

3. корректирующие добавки (с ними вводятся недостающие оксиды).

Известковый компонент – любые карбонатные породы или отходы (известняк, мел, ракушечник) и природная смесь известняка с глинами (мергели).

В производстве ПЦ глину всегда добавляют к известняку. Желательно, чтобы в известняке была примесь глины (обычно небольшое количество глинистых примесей). Содержание MgO и SO₃ в известняке должно быть ограничено.

В производстве ПЦ очень важна твердость карбонатных пород, так как она определяет выбор того или иного дробильного и помольного оборудования.

Мел – мягкая, легко растирающаяся порода, легко измельчается при добавлении воды. Влажность 15-25%, плотность 1,6-2 г/см^з. Хорошее сырье для производства ПЦ.

Известковый туф – сильно пористая, иногда рыхлая карбонатная порода. Легко разрабатывается. Влажность 1-6%. Аналогичные свойства и у известняка-ракушечника.

Наиболее пригодны для производства ПЦ мергелистые и пористые известняки без кремниевых включений (которые затрудняют помол).

Глинистый компонент – глины, суглинки, лессы. Содержат нужные для производства ПЦ кислотные оксиды SiO₂, Al₂O₃ и Fe₂O₃. Главный признак пригодности глины для производства ПЦ – значения ее силикатного и глиноземного модулей, которые определяют величину этих модулей в ПЦ (т.к. известковый компонент содержит обычно небольшое количество глинистых примесей).

Корректирующие добавки – пиритные огарки, железная руда, колошниковая пыль (Fe₂O₃).

Общее требование ко всем компонентам сырьевой смеси: постоянство состава и минимальное содержание примесей, отрицательно влияющих на процессы получения клинкера и свойства ПЦ.

19. Мінералогічний та фазовий склад портландцементного клінкеру

Минералогический состав представлен алитом, белитом и промежуточным веществом.

Алит C₃S (3CaO∙SiO₂) – основной клинкерный минерал. Определяет высокую прочность и скорость твердения цемента (быстроту твердения).

Содержание алита в клинкере 40-60 мас.%. Алит представляет собой призматические гексагональные кристаллы размером 3-20 мкм.

Белит C₂S (2CaO∙SiO₂) – второй основной минерал ПЦ клинкера. Отличается медленным твердением, но через длительные сроки обеспечивает более высокую конечную прочность цемента. Содержание белита в клинкерном минерале 15-35%. При охлаждении возможны полиморфные превращения. Наиболее чистый β-C₂S – плотные округлые кристаллы размером 20-50 мкм.

При охлаждении клинкера происходит переход β-C₂S → γ-C₂S (в более устойчивую форму). При этом объем увеличивается на 10% и клинкер рассыпается порошок. γ-C₂S при температурах до 100⁰С и нормальном давлении не обладает вяжущими свойствами.

Промежуточное вещество располагается между кристаллами алита и белита. При высоких температурах обжига клинкера эта фаза находится в расплавленном состоянии. При охлаждении она частично закристаллизовывается, а частично застывает в виде стекловидной фазы.

Кристаллическая фаза промежуточого вещества представлена минералами:

1. алюминатами кальция - C₃A (3CaO∙Al₂O₃), может быть C₅A₃;

2. алюмоферритами кальция - C₄AF (4CaO∙Al₂O₃∙Fe₂O₃).

C₃A – очень быстро твердеет, ускоряет схватывание цемента, поэтому приходится принимать специальные меры для замедления сроков схватывания. Содержание 7-15 (4-14)%.

C₄AF (целит) - свойства подобны свойствам C₃A. Схватывается быстро, но твердеет медленнее C₃A. Содержание 10-18%.