Химия цемента и вяжущих веществ. Андреева Н.А. - 21 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГАСУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

40 41
Н. А. Андреева. Химия цемента и вяжущих веществ Глава 2. Физико-химические основы получения вяжущих веществ
Термограммы глинистых минералов с трехслойными пакетами
(рис. 21, б) отличаются от термограммы каолинита наличием выражен-
ного эндоэффекта в интервале 100–200 °С, связанного с выделением
межпакетной воды. Рядовые глины, обычно представляющие собой
смесь различных глинистых минералов, дают усредненную термограм-
му, на которой обычно присутствуют два эндоэффекта и экзоэффект
(рис. 21, в).
Глина, дегидратированная при 700–750 °С, способна в некоторой
степени регидратироваться, особенно под действием пара при высо-
ких давлениях. Кроме того, обожженная при 700–800 °С глина способ-
на вступать в реакцию с известью, постепенно теряя эту способность
в естественных условиях вследствие самопроизвольной регидратации.
Практическая сторона этого явления была известна уже древним рим-
лянам, готовившим гидравлический строительный раствор из смеси
свежепрокаленной глины и извести.
Указанные процессы свидетельствуют о том, что в интервале тем-
ператур 500–800 °С связи между ионами в кристаллической решетке
глинистого минерала значительно ослабевают. В присутствии оксидов
щелочноземельных и, тем более, щелочных металлов связи –Si–O–Si–
и –Si–O–Al–O– частично заменяются «немостиковыми» связями
–Si–O–Me. При этом слои, образованные кремнекислородными тетра-
эдрами, будут дробиться вплоть до образования изолированных колец,
диортоструктур и даже изолированных тетраэдров. Например, при на-
гревании смеси каолинита и соды при температуре около 700 °С про-
исходит реакция
Al
2
O
3
⋅ 2SiO
2
⋅ 2H
2
O + 3Na
2
CO
3
= 2NaAlO
2
+ 2Na
2
SiO
3
+ 2H
2
O + 3CO
2
Подобные процессы протекают и при совместном обжиге карбо-
ната кальция и глины, в том числе при производстве портландцемент-
ного клинкера, гидравлической извести и романцемента.
2.4. Получение портландцементного клинкера
Портландцемент представляет собой тонкоизмельченный цемен-
тный клинкер, получаемый обжигом до спекания смесей, содержащих
75–78 % мас. CaCO
3
(известняк, мел, ракушечник, туф) и 22–25 % мас.
глинистого компонента (глины, глинистые сланцы, лёсс). Ценным сы-
рьем для производства портландцемента являются мергели – природ-
ные смеси известняка и глины.
При нагревании отдельные компоненты смеси как испытывают
самостоятельные превращения, о которых уже шла речь (дегидрата-
ция, декарбонизация), так и вступают в химические взаимодействия,
приводящие к синтезу клинкерных минералов.
Сырьевая смесь составляется из расчета заданного химического
состава клинкера и оптимальной температуры обжига, поэтому часть
природных компонентов можно заменить техногенными продуктами
соответствующего химического состава (металлургические шлаки,
золы, огарки, шламы водоочистки, отработанные катализаторы), отхо-
дами обогащения (нефелиновый шлам), другими природными компо-
нентами (бокситы, опока, трепел).
2.4.1. Химический и минеральный состав портландцементного
клинкера
Химический состав клинкера колеблется в сравнительно широ-
ких пределах. Несмотря на сложный минеральный состав (портланд-
цементный клинкер представлен силикатами, алюминатами и алюмо-
ферритами кальция), химический состав клинкера принято выражать
массовой долей (%) оксидов. Таким образом, «главными» оксидами
цементного клинкера являются оксид кальция CaO, оксид кремния SiO
2
,
оксид алюминия Al
2
O
3
и оксид железа Fe
2
O
3
, суммарное содержание
которых достигает обычно 95–97 %. Кроме них в состав клинкера
в небольших количествах (в виде различных соединений и в качестве
изоморфных примесей) могут входить оксид магния MgO, серный ан-
гидрид SO
3
, диоксид титана TiO
2
, оксид хрома Cr
2
O
3
, оксид марганца
Mn
2
O
3
, оксиды щелочных металлов Na
2
O и K
2
O, фосфорный ангидрид
P
2
O
5
, оксид бария BaO. Применение добавок-минерализаторов приво-
дит к появлению в клинкере заметного количества ионов Cl
–
и F
–
.
Обычно содержание этих оксидов в клинкере колеблется в следу-
ющих пределах (% мас.):
CaO 63–66;
SiO
2
21–24;
Al
2
O
3
4–8;
Fe O 2–4;

Страницы