Химия цемента и вяжущих веществ. Андреева Н.А. - 31 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГАСУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

60 61
Н. А. Андреева. Химия цемента и вяжущих веществ Глава 2. Физико-химические основы получения вяжущих веществ
туры наиболее выгодны в энергетическом отношении, но очень далеки
от структур исходных компонентов, то возникают кинетические труд-
ности прямого перехода исходных соединений в эти структуры. По-
этому первыми в таких условиях будут появляться промежуточные,
близкие по структуре к исходным, соединения, хотя энергетически они
менее выгодны. Этим объясняется то обстоятельство, что продукт об-
жига во всех смесях CaO с Al
2
O
3
имеет поликомпонентный состав.
Продукт обжига смеси CaO : Al
2
O
3
= 12:7 содержит C
3
A, C
12
A
7
и CA.
Смесь, рассчитанная на получение моноалюмината кальция, содержит
CA, C
12
A
7
и небольшое количество CA
2
. Продукт обжига смеси
CaO : Al
2
O
3
= 1:2 содержит CA, CA
2
, Al
2
O
3
. Расчетный фазовый состав
достигается при значительном увеличении длительности обжига или
повышенной температуре обжига, особенно при плавлении. Важной
стадией процесса синтеза алюминатов кальция является диффузия
ионов, поэтому введение в сырьевую смесь веществ с малой энергией
химических связей интенсифицирует процесс образования минералов.
Минеральный состав обычных глиноземистых цементов представ-
лен преимущественно низкоосновными алюминатами кальция CA
и CA
2
, которые и обусловливают его свойства как быстротвердеющего
высокопрочного вяжущего вещества. При этом главная роль принад-
лежит моноалюминату кальция; количество C
12
A
7
и CA
2
относительно
невелико.
Моноалюминат кальция в смеси с водой гидратируется и, твер-
дея, дает камень высокой прочности. Двенадцатикальциевый семиалю-
минат в смеси с водой быстро схватывается и твердеет. Прочность его
достигает вначале значительной величины, а с течением времени сни-
жается. Диалюминат кальция, содержащийся в обычных цементах при-
мерно в пределах 20–30 %, при твердении характеризуется высокой
прочностью, но относительно медленно нарастающей.
Обычно в глиноземистых цементах содержится небольшое коли-
чество β-C
2
S, характеризующегося медленным твердением, а также
геленит 2CaO ⋅ Al
2
O
3
⋅ SiO
2
, практически не взаимодействующий с во-
дой при обычных температурах. Эти компоненты ухудшают вяжущие
свойства глиноземистого цемента, в особенности геленит, который,
связывая глинозем в инертное вещество, уменьшает содержание ак-
тивных алюминатов кальция в вяжущем. Каждый процент кремнезема
дает 4,5 % балластного соединения геленита, поэтому содержание SiO
2
в сырье должно ограничиваться минимальными пределами (до 4–5 %).
Оксиды железа в глиноземистых цементах представлены обычно
в виде твердых растворов – от C
6
A
2
F до C
2
F. Оксид магния присутству-
ет в виде магнезиальной шпинели MgO ⋅ Al
2
O
3
, периклаза MgO или
окерманита 2CaO ⋅ MgO ⋅ 2SiO
2
.
Как уже отмечалось, для производства глиноземистого цемента
используют чистые известняки и бокситы. Наряду с бокситами для
производства глиноземистого цемента применяют иногда алюминие-
вые шлаки и шамот из высокоглиноземистых глин, однако в этом слу-
чае получается глиноземистый цемент пониженного качества.
Существуют два способа производства глиноземистого цемента:
обжиг до спекания и обжиг до плавления. В первом случае тщательно
измельченные и размолотые сырые материалы обжигаются так же, как
и портландцементный клинкер. до спекания во вращающейся или шах-
тной печи. Этот способ применяется редко, так как температура спека-
ния глиноземистой сырьевой смеси близка к температуре плавления
(1250–1350 °С – спекание и 1400–1450 °С – плавление). Кроме того,
получить качественный глиноземистый цемент по этому способу мож-
но только из высококачественных бокситов с небольшим содержанием
кремнезема и оксида железа.
Во втором случае грубоизмельченную смесь известняка или из-
вести и боксита плавят в специальных электрических или доменных
печах. Процесс плавления ведется в восстановительной среде, вслед-
ствие чего происходит восстановление оксида железа до металличес-
кого железа, которое, соединяясь с кремнием, восстанавливающимся
из кремнезема, образует ферросилиций. Последний, обладая большим
удельным весом, находится в нижнем слое расплавленной массы, а вер-
хний слой состоит из жидкого сплава, представляющего собой очи-
щенный от примеси кремнезема глиноземистый цемент. Отделение
образующегося металлического железа производится электромагнита-
ми после тонкого помола охлажденного продукта. Плавка в электри-
ческих и доменных печах позволяет использовать бокситы с повышен-
ным содержанием примесей. Это обусловило преимущественное при-
менение таких способов производства глиноземистого цемента.
На качество цемента, получаемого плавлением в тех или иных
печах, сильно влияет режим охлаждения расплавов. При быстром ох-
лаждении структура материала становится стекловидной, причем при

Страницы