30. Укажите по каким параметрам и как проводят характеристику клинкерных минералов по их способности к проявлению вяжущих свойств. Ответ мотивируйте приведением соответствующих химических реакций

Для определения конкретной области применения минерального сырья используют коэффициент основности К_осн, позволяющий судить о химической активности исходного материала. К_осн рассчитывается по формуле, учитывающей содержание оксидов кальция, магния, алюминия, железа, серы, фосфора, углерода, титана, которые содержаться и могут содержаться в технологическом материале, масс %.

Количественное выражение К_осн характеризует основность материала, может изменяться от “-” бесконечности до “+” бесконечности и делит все материалы на 5 групп, характеризующих пригодность материала для изготовления различных стрительных материалов:

• Сырье с К_осн больше 1,6 обладает самостоятельными вяжущими свойствами (извести и их аналоги).

• Сырье с К_осн=1,6-1,2 обладает вяжущими свойствами, пригодно в качестве основного компонента шихты, рекомендуемой в качестве вяжущего.

• Сырье с К_осн=1,2-0,8 обладает слабовыраженными вяжущими свойствами, пригодно в качестве химически активной составляющей шихты в пр-ве керамики, стекла, минер ваты.

• Сырье с К_осн=0,8-0 вяжущими свойствами не обладает. Пригодно в качестве заполнителей в бетонах и растворах в качестве кислого компонента шихты.

• Сырье с К_осн меньше 0 используется для пр-ва стекол, каменного литья, ситаллов.

На первом этапе расчета шихты К_осн позволяет рассчитать состав шихты с учетом минералообразования в конечном продукте. На следующем этапе рассчитываются количественные критерии, определяющие качество шихты в зависимости от степени ее пригодности для пр-ва строительных материалов целевого назначения, а именно - качество шихты для пр-ва цементного клинкера характеризуется численными значениями модулей, выражающих соотношение между количеством главных оксидов в масс %, такие как - модуль гидравлический, модуль селикатный, модуль глиноземный, модуль коэфф насыщения:

Модуль гидравлический М₀=(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃).

Модуль селикатный n=(SiO₂ общ – SiO₂ своб)/(Al₂O₃+Fe₂O₃) – это отношение между количеством кремнезема, вступившего в реакцию с другими оксидами и суммарным содержанием глинозема и оксида железа.

Модуль глиноземный p=Al₂O3/Fe₂O₃.

Модуль коэфф насыщения КН показывает отношение количества CaO в клинкере, практически связанного с кремнеземом к количеству его теоретически необх для полного связывания SiO₂ в трехкальциевый селикат.

Для определения возможности применения доменных шлаков в качестве сырьевого компонента цементного пр-ва кроме М₀, n, p применяют коэффициент насыщения и коэффициент качества k, которые делят доменные шлаки на 3 сорта.

31. Объясните от каких параметров и как зависит скорость гидратации портландцемента. Назовите основные методы контроля и способы регулирования скорости гидратации портландцемента

В зависимости от химико-минерального состава сырья и условий производства, фазовый состав клинкера может изменяться в широких пределах: C₃S – 40-65 %; С₂S – 12-35 %; C₃A – 4-14 % и С₄AF – 10-18 %; клинкерное стекло – 5-15 %. Характерной особенностью клинкерных минералов является их способность вступать в реакции гидролиза и гидратации с водой. Образующиеся гидраты прочно соединяются между собой (когезия) и с поверхностями других твердых веществ (адгезия) с образованием искусственного камня. Скорость реакций, а также химический состав и структура образующихся гидратов зависят от условий. Нормальные условия: температура – 15-20 °С и влажность, близкая к 100 %. В присутствии гипса гидратация C₃A приводит к образованию эттрингита (гидросульфоалюмината кальция высокосульфатной формы):

После затворения портландцемента водой гидросульфоалюминат выделяется на поверхности зерен цемента, образует оболочку, которая замедляет процессы гидролиза и гидратации, и понижает скорость процессов схватывания цементной пасты.

Процессы твердения минеральных вяжущих на три периода:

Подготовительный период. При затворении портландцемента водой, клинкерные минералы растворяются и образуют насыщенный водный раствор.

Коллоидный период. После образования насыщенного раствора вода взаимодействует с клинкерными минералами на поверхности зерен цемента (без растворения) с образованием гидратов в виде частиц коллоидных размеров. При низких В/Ц коллоидные частицы образуют структуру (гель) путем взаимодействия на молекулярном уровне. Образование коллоидной структуры приводит к повышению вязкости системы (схватывание). Особенностью второго периода является временное понижение вязкости пластичной системы в результате

ее деформирования (перемешивание, встряхивание). При прекращении внешнего воздействия структура самопроизвольно восстанавливается, а вязкость системы повышается.

Период кристаллизации (или период твердения). Характеризуется преимущественным ростом коллоидных частиц, образованием кристаллов Ca(OH)_2, гидросульфоалюмината кальция и других гидратов. Этот период является длительным, в благоприятных условиях гидратация клинкерных минералов и твердение цементных паст могут продолжаться многие годы. Образование кристаллических сростков, адгезия и когезия приводят к повышению прочности цементного камня. При твердении в нормальных условиях образовавшийся цементный камень содержит кристаллические сростки (гидроксид кальция, гидросульфоалюминат кальция), гидраты в виде частиц коллоидных размеров, образующих агрегаты, непрореагировавшие с водой цементные зерна и поры.

Скорость гидратации портландцемента в основном зависит: от минерального состава клинкера, содержания в нем клинкерных минералов, зернового состава и удельной поверхности, В/Ц, температуры среды твердения. По скорости гидратации минералы располагаются в следующем порядке: Быстро C₃A → C₃S → C₄AF → C₂S Медленно

Результаты определения характера изменения прочности образцов, приготовленных из цементной пасты на основе клинкерных материалов, показали, что C₃A и C₄AF характеризуются невысокими показателями прочности. Решающее влияние на прочность оказывают минералы силикаты – C₃S и C₂S. Прочность образцов в раннем возрасте (3-7 сут), класс и марка цемента зависят от содержания C₃S (алита). С увеличением содержания алита прочность повышается. Белитовый цемент с высоким содержанием C₂S твердеет сравнительно медленно, но при длительном твердении (12 мес. и более) прочность образцов может соответствовать аналогичному показателю образцов на алитовом цементе, а в некоторых случаях и превышать её.

Изменение скорости гидратации осущ. путем добавок, влияющих на скорость гидролитического разложения С₃S. Для ускорения – вещества (щелочи, нитрат Ca), реагирующие с Ca(OH)₂, образующие малорастворимые в воде соединения. Для замедления – вещества (меласса), образующие с известью хорошо растворимые в воде соединения.