Химия цемента и вяжущих веществ. Андреева Н.А. - 28 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГАСУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

54 55
Н. А. Андреева. Химия цемента и вяжущих веществ Глава 2. Физико-химические основы получения вяжущих веществ
Образование указанных соединений сопровождается значитель-
ным выделением тепла (до 420 кДж на 1 кг клинкера), что приводит
к интенсивному повышению температуры материала (на 150–200 °С)
на коротком участке печи в несколько метров. В этой зоне с повышени-
ем температуры материала возрастает скорость образования C
2
S, а так-
же ранее образовавшийся CA переходит через промежуточные соеди-
нения в C
3
A.
4. Зона спекания (температура 1300–1450 °С). К концу экзотер-
мической зоны температура материала достигает примерно 1300 °С.
К этому времени он состоит преимущественно из C
2
S, C
3
A, C
4
AF или
C
2
F и некоторого количества свободного CaO. При температуре
1300 °С появляется жидкая фаза, в которой растворяются образовав-
шиеся кристаллические фазы (C
3
A, C
4
AF, MgO и CaO, последним ра-
створяется C
2
S). Насыщение расплава СаО способствует образованию
трехкальциевого силиката, определяющего основные свойства порт-
ландцемента. Установлено, что реакция
CaO + 2CaO ⋅ SiO
2
→ 3CaO ⋅ SiO
2
не протекает между твердыми веществами, а осуществляется только
при растворении исходных веществ в расплаве. C
3
S обладает меньшей
растворимостью в жидкой фазе и выпадает из расплава в виде мелких
кристаллов, которые впоследствии увеличиваются. Выделение из рас-
плава C
3
S сопровождается понижением в нем концентрации C
2
S и CaO,
что приводит к переходу в расплав новых порций этих веществ. Это
обусловливает дальнейший ход процесса образования в расплаве
и выделения из него C
3
S до почти полного связывания свободного CaO
с C
2
S. При нагреве материала до 1450 °С увеличивается скорость обра-
зования алита. Дальнейший нагрев и увеличение длительности выдерж-
ки при этой температуре, с одной стороны, увеличивает содержание алита
в клинкере, но, с другой – приводит к чрезмерному росту его кристаллов
вследствие рекристаллизации, что ухудшает качество клинкера.
Объем жидкой фазы и температура ее появления определяются
образующимися алюминатом и алюмоферритами кальция, количество
которых в свою очередь напрямую связано с химическим составом
исходного сырья. Для предотвращения снижения качества вырабаты-
ваемого портландцемента объем жидкой фазы не должен быть слиш-
ком большим. Обычно количество расплава при спекании составляет
20–30 % от объема начавшей спекаться массы.
Для получения портландцемента высокого качества (с высоким
содержанием C
3
S) используются добавки-минерализаторы (флюорит
CaF
2
, кремнефтористые натрий Na
2
SiF
6
или магний MgSiF
6
, оксиды
железа в виде руды или колчеданных огарков, гипс, фосфогипс и др.).
Такие добавки снижают температуру процесса, увеличивают подвиж-
ность расплава, являются катализаторами реакции алитообразования
и препятствуют росту его кристаллов.
5. Зона охлаждения. Охлаждение клинкера осуществляется пото-
ком воздуха и должно производиться по возможности максимально
быстро с целью застывания жидкой фазы в виде так называемого клин-
керного стекла с минимальным содержанием кристаллов C
3
A, C
4
AF
и MgO. Высокое содержание стеклофазы в готовом портландцементе
способствует повышению его химической активности и сульфатостой-
кости. Быстрое охлаждение также способствует стабилизации фазы
алита.
Измельчение клинкера. Окончательное охлаждение (до 90–180 °С)
клинкера осуществляется в специальных холодильных установках,
соединенных с вращающейся печью. Портландцементный клинкер
представляет собой спек с агрегатами до 60 мм. Для получения готово-
го портландцемента клинкер необходимо тонко измельчить. Измельче-
ние и одновременное смешивание с добавками (гипсом, опокой, зола-
ми и т. п.) производят в барабанных мельницах большой производи-
тельности.
2.4.6. Изоморфизм в минералах портландцементного клинкера
Следует рассмотреть подробнее особенности изоморфизма в ре-
альных клинкерных фазах, содержащих комплекс примесей в решет-
ке, что обусловливает изменение структуры кристаллов и их свойств.
Минералы клинкера построены из таких элементов (Ca, Аl, Fe, Si), ко-
торые обладают наибольшей по сравнению с другими элементами Пе-
риодической системы способностью к разнообразным замещениям. Эта
особенность минералов клинкера очень важна, так как практически
все примеси в исходном сырье, включая те, которые поступают с про-
мышленными отходами, могут войти в структуру минералов клинке-

Страницы