Doors4house.ru

Дор Хаус
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Из чего делают цемент: его состав и свойства

Из чего делают цемент: его состав и свойства

Цемент – распространенный строительный материал, используемый чаще всего в качестве вяжущего в строительных смесях и растворах. Представляет собой мелкодисперсный порошок серого цвета с зеленоватым или другим оттенком. После взаимодействия с водой цемент и продукты на его основе образуют пластичную массу, которая при твердении трансформируется в искусственный камень.

Сырьевые материалы

Производство цемента осуществляется на специальных заводах, расположенных близко к местам добычи исходного сырья для его изготовления. Главным исходным сырьем для цементного производства являются следующие естественные породы:

  • ископаемые карбонатного типа. Это ценное природное сырье, отличающееся особенностями кристаллической структуры, физическими характеристиками. Материал может иметь кристаллическую или аморфную структуру, определяющую эффективность его взаимодействия при обжиге с другими компонентами;
  • глинистые материалы, горные породы осадочного характера. Они имеют минеральную основу, становятся пластичными, объемно увеличиваются при избыточном увлажнении. Сырье характеризуется вязкостью, применяется при сухом методе производства.

Состав

Вы когда-нибудь размышляли о том, из чего делают цемент? Его состав зависит от особенностей сырья и марки раствора. К примеру, в один из самых популярных на строительном рынке «Портландцемент» входят такие вещества:

  • На 25% он состоит из кварца
  • На 60% — из извести
  • 5% — алюминий (глинозем)
  • 10% занимают оксиды железа и гипс.

По большей части при изготовлении раствора используются карбонатные и глинистые соединения. Существует множество видов этого строительного материала. Различные технологии производства и марки данного продукта обычно отличаются только процентным смещением в ту или другую сторону его составляющих.

Отдельные виды, шлакопортландцемент, например, содержит в составе угольный шлак: продукт, образующийся в результате обжигания клинкера.

Вне зависимости от рецепта, неизменные компоненты цемента — известняк и глина. При этом содержание известняка допускается не менее, чем в три раза, выше глины, чтобы достичь необходимого высокого уровня качества клинкера для производства цемента.

Основные ингредиенты цемента:

  • Клинкер. Он определяет прочностные свойства цемент и является результатом обжигания глино-известянковой смеси. Клинкер — это основа конечной продукции, используется он в гранулированном виде (диаметр гранул варьируется от 10 до 60 мм). Термическая обработка клинкера происходит при средней температуре 1500 градусов по Цельсию. При его плавлении образуется масса, которая в большом количестве сдержит диоксид кальция и кремнезем. Именно они в будущем будут определять эксплуатационные характеристики цементной массы. Далее гранулы раздавливаются до порошкообразного состояния и обжигаются.
  • Гипс. Процент содержания гипса в цементном составе определяет период твердения конечного продукта. Классическая рецептура предусматривает использование до 6% этого компонента.
  • Специальные добавки, используемые для усиления имеющихся свойств или придания составу специальных характеристик, расширяющих сферу применения. К примеру, марка 400 используется для заливки фундамента и сооружения балок перекрытий в высотных зданиях. Также очень часто цемент применяют в строительстве для создания бетонированный конструкций и различной арматуры.

Химический состав цемента

Итак, мы знаем, из чего состоит цемент, но за счет чего получают разные виды этого строительного материала? Дело в том, что свойства сортов цемента зависят от пропоций перечисленных компонентов, а также от различных минеральных добавок, влияющих на его химический состав.

Читайте так же:
Бетон м 150 сколько цемента

Портландцемент

Для примера рассмотрим составные части портландцемента, который более всего востребован в строительной промышленности:

  • CaO — это формула оксида кальция, более известный нам как негашеная известь — его минимальная доля в цементе 62%;
  • SiO2 – диоксид кремния или кремнезем — не менее 20%;
  • Аl2O3 – оксид алюминия или глинозем — не менее 4%;
  • Fe2O3 — оксид железа, магнитный железняк — 2%;
  • MgO — оксид магния или жженая магнезия — 1%.

Оставшаяся процентная доля — это дополнительные присадки, которые вводятся в состав цемента для достижения требуемых характеристик.

Таким образом, точную химическую формулу цемента вывести не удается, ведь существуют разные сорта и марки этого материала, которые отличаются друг от друга по составу. Поэтому более важной информацией о цементной смеси является список минералов, которые туда входят.

Теперь вернемся к основным компонентам цемента и рассмотрим их более детально:

Клинкер — основной ингредиент при производстве любого цемента. Это смесь известняка и глины, взятых в пропорции 3:1. Именно такое соотношение дает нужную прочность готовому материалу. Сырье нагревают при температуры почти 15000 до тех пор, пока оно не начнет плавиться и образовывать отдельные частицы. Диаметр этих гранул — от 1 до 6 см. Они содержат около 5% глинозема и 3% оксида железа. Клинкерные частицы для дальнейшей обработки дробятся в мельчайшую пыль;

Клинкер

Гипс — компонент, влияющий на скорость твердения цемента, а также на его прочность, усадку. Максимальное содержание гипса в цементной смеси — 6%.

Гипс

Дополнительные вещества, с помощью которых получают разные сорта и модификации цемента.

Среди смесей можно выделить несколько наиболее известных и востребованных в разных областях строительства.

Портландцемент

Это цемент на клинкерной основе с добавлением силикатов кальция и других веществ. Используется для изготовления бетона и железобетона разной скорости твердения.

Сульфатостойкий

Сульфатостойкий

Главная характеристика этого вида — стойкость к воздействию кислот, солей, других химических соединений. Из бетона на основе сульфатостойкого цемента можно, например, отливать сваи для различных построек. Их не будут разрушать грунтовые воды, агрессивные элементы почвы. Мосты, насосные станции, септики, водозаборные сооружения также строят с помощью сульфатостойких смесей.

Пуццолановый

Имеет сходство с сульфатостойким, но включает большое количество активных добавок (до 35%). Чрезвычайно устойчив к воздействию воды, поэтому широко используется для подводного, подземного строительства, сооружения шлюзов, тоннелей, шахт и т. д.

Глиноземистый

Глиноземистый

Как можно понять из названия, в этом составе повышено содержание глинозема, поэтому такая смесь быстро набирает прочность как на воздухе, так и в воде. Глиноземистый цемент используют для ремонтных работ (например, быстрой заделки трещин или пробоин), срочной починки дорог, скоростного зимнего строительства.

Кислотоупорный

Применяется в химической промышленности — для изготовления резервуаров, облицовки оборудования. Состоит из веществ, не поддающихся влиянию кислот, разводится натриевым или калиевым жидким стеклом. От постоянного действия воды разрушается, поэтому требует специальных гидрофобных присадок.

Пластифицированный

Производится с добавлением специальных веществ, замедляющих схватывание раствора, делающих его более текучим. Такой цемент требует меньше воды при замешивании, а значит, бетон на его основе получается более прочным. К тому же этот вид обладает повышенной стойкостью к низким температурам, коррозии.

Читайте так же:
Норма расхода цемента м400

Шлакоцемент

Шлакоцемент

80% от его объема занимает гранулированный шлак, который измельчается вместе с клинкером и гипсом. Это позволяет снизить цену строительного материала примерно на 1/10. Получившийся состав хорошо переносит высокие температуры, не боится воздействия пресной и минеральной воды.

На практике в строительных работах чаще всего используют портландцемент М500, как наиболее универсальный.

Производство шлакового цемента

Производство шлакового цемента включает ряд технологических операций, которые можно разделить на две основные группы. Первая — это операции по производству клинкера, вторая — измельчение клинкера совместно с гипсом, а в ряде случаев и с другими добавками, т.е. приготовление портландшлакового цемента. Получение клинкера — наиболее сложный и энергоемкий процесс, требующий больших капитальных и эксплуатационных затрат. Доля клинкера в стоимости портландшлакового цемента достигает 70-80%. Производство клинкера состоит из добычи сырьевых материалов, дробления, помола и смешивания их в определенном соотношении, обжига сырьевой смеси и магазинирования клинкера.

Комплекс операций по получению из клинкера портландшлакового цемента включает следующие технологические процессы: дробление клинкера, сушку минеральных добавок, дробление гипсового камня, тонкое измельчение клинкера совместно с активными минеральными добавками и гипсом, складирование, упаковку и от правку шлакового цемента потребителю.

Даже в пределах одного месторождения химико-минералогический состав сырья меняется в широких пределах. Поэтому получение сырьевой смеси постоянного состава — сложная задача. С другой стороны, перерабатываемое цементной промышленностью сырье отличается не только составом, но и физико-техническими свойствами (влажностью, прочностью и т. д.). Для каждого вида сырья должен быть выбран такой способ подготовки, который обеспечивал бы тонкое измельчение и равномерное перемешивание компонентов шихты с минимальными энергетическими затратами. Это послужило причиной появления в цементной промышленности трех способов производства, отличающихся технологическими приемами подготовки сырьевых смесей: мокрого, сухого и комбинированного.

При мокром способе тонкое измельчение сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в виде водной суспензии шлама влажностью 30-50%. При сухом способе сырьевую шихту готовят в виде тонкоизмельченного сухого порошка, поэтому перед помолом или в процессе его сырьевые материалы высушивают.

Комбинированный способ может базироваться как на мокром, так и на сухом способе приготовления шихты. В первом случае сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, а затем обезвоживают на фильтрах до влажности 16-18 % и подают на обжиг в печи в виде полусухой массы. Во втором варианте сырьевую смесь готовят по сухому способу, а затем гранулируют с добавкой 10-14 % воды и подают на обжиг в виде гранул диаметром 10-15 мм. Каждый способ производства может быть реализован в виде нескольких технологических схем, отличающихся как последовательностью операций, так и видом используемого оборудования. Выбор конкретной технологической схемы определяется свойствами перерабатываемого сырья (твердостью, однородностью, влажностью).

Мокрый способ производства шлакового цемента.

На отечественных цементных предприятиях при подготовке сырьевой смеси по мокрому способу в большинстве случаев используют твердый карбонатный (известняк) и мягкий глинистый (глина) компоненты.

Принципиальная технологическая схема получения портландшлакового цемента.

Известняк как более твердый материал предварительно подвергается дроблению, а пластичная глина измельчается в присутствии воды в специальных аппаратах (болтушках или мельницах-мешалках). Окончательное тонкое измельчение с получением однородной смеси известняка, глиняного шлама и корректирующих добавок происходит в шаровых трубных мельницах. Хотя компоненты дозируют в мельницы в заданном соотношении, из-за колебаний их химико-минералогических характеристик не удается получить в мельнице шлам состава, отвечающего установленным параметрам. Поэтому необходима специальная технологическая операция по корректировке его состава. После проверки соответствия состава шлама заданным показателям его подают на обжиг во вращающуюся печь, где завершаются химические реакции, приводящие к получению клинкера. Затем клинкер охлаждается в холодильнике и поступает на склад, где также хранятся гипс и активные минеральные добавки. Эти компоненты предварительно должны быть подготовлены к помолу. Активные минеральные добавки высушивают до влажности не более 1%, гипс подвергают дроблению. Совместный тонкий размол клинкера, гипса и активных минеральных добавок в шаровых трубных мельницах обеспечивает получение шлакового цемента высокого качества. Из мельниц цемент поступает в склады силосного типа. Отгружают его либо навалом (в автомобильных и железнодорожных цементовозах), либо упакованным в многослойные бумажные мешки.

Читайте так же:
Как разводить пятисотый цемент

При приготовлении шлама из двух мягких (мела и глины) и двух твердых компонентов (известняка и глинистого мергеля) последовательность основных технологических операций не меняется. Однако особенности свойств измельченного сырья и стремление к выбору наименее энергоемких технических решений обусловливают существенные отличия способов измельчения компонентов. При использовании двух мягких компонентов принципиальная технологическая схема будет следующей.

Такая технологическая схема позволяет эффективно использовать способность мягкого сырья распускаться в воде. Применение мощного оборудования для предварительного измельчения сырья (например, мельниц «Гидрофол») позволяет отказаться от его дробления.

Однако на стадии предварительного измельчения часть сырья остается недоизмельченной, и получение шлама также должно завершаться в шаровой трубной мельнице.

При использовании двух твердых компонентов принципиальная технологическая схема приобретает новый вид.

В данной технологической схеме повышенная твердость глинистого сырья обусловливает необходимость его предварительного дробления. Тонкое измельчение всех компонентов происходит в одну стадию в шаровой мельнице. Очевидно, что этот вариант технологической схемы связан с большими трудностями получения однородной тонкодисперсной смеси и большим расходом энергии.

В водной среде облегчается измельчение материалов и улучшается их перемешивание. В результате снижается расход электроэнергии (при мягком сырье экономия может достигать 36 МДж/т сырья) и получается более однородная шихта, что, в конечном счете, приводит к росту марки шлакового цемента. Кроме того, при мокром способе упрощается транспортировка шлама и улучшаются санитарно-гигиенические условия труда. Сравнительная простота мокрого способа и возможность получения высокомарочной продукции на сырье пониженного качества обусловили его широкое распространение в цементной промышленности нашей страны. В настоящее время этим способом выпускается около 85% клинкера. В то же время введение в шлам значительного количества воды (30-50% массы шлама) обусловливает резкое повышение расхода теплоты на ее испарение. В результате расход теплоты при мокром способе (5,86 МДж/кг) на 30-40% выше, чем при сухом способе. Кроме того, при мокром способе возрастают габариты и соответственно металлоемкость печей.

Сухой способ производства шлакового цемента.

Последовательность технологических операций производства портландшлакового цемента сухим способом такая же, как и при мокром, однако при подготовке сырьевых смесей имеются существенные отличия, зависящие от влажности и твердости сырья. При переработке сырья повышенной твердости и умеренной влажности принципиальная технологическая схема имеет вид.

Читайте так же:
Как убрать цемент с бетономешалки

Высокая твердость измельчаемых материалов требует предварительного их дробления. Тонкое измельчение материалов может производиться при влажности не более 1%. В природе такое сырье практически не встречается, поэтому обязательная операция сухого способа производства — сушка. Желательно совмещать ее с размолом сырьевых компонентов. На большинстве новых предприятий, работающих по сухому способу производства, в шаровой трубной мельнице совмещаются процессы сушки, тонкого измельчения и перемешивания всех компонентов сырьевой смеси. Из мельницы сырьевая смесь выходит в виде тонкодисперсного порошка — сырьевой муки. В железобетонных силосах производятся корректировка ее состава до заданных параметров и гомогенизация перемешиванием сжатым воздухом. Готовая сырьевая смесь поступает на обжиг. Вращающиеся печи сухого способа производства оборудованы запечными теплообменными устройствами (циклонными теплообменниками). В них за несколько десятков секунд сырьевая смесь нагревается до 700-800°С, дегидратируется и частично декарбонизируется. Завершается обжиг клинкера во вращающейся печи.

Необходимость экономии расхода топлива вынуждает перерабатывать по сухому способу материалы с все более высокой влажностью. Технологическая схема производства портландшлакового цемента из такого сырья выглядит следующим образом.

Предварительное измельчение материалов повышенной влажности при сухом способе целесообразно осуществлять в мельницах самоизмельчения типа «Аэрофол», позволяющих перерабатывать сырье с влажностью до 25%. Однако полностью высушиться сырье при этом не успевает и в шаровой мельнице одновременно с доизмельчением крупных частиц и получением однородной сырьевой смеси производится ее досушка.

Приготовление сырьевой смеси в виде порошка усложняет технологическую схему. Увеличивается число энергоемкого оборудования, более «капризного» при эксплуатации.

Сложнее при сухом способе обеспечить санитарные условия и охрану окружающей среды. Но решающим его преимуществом является снижение расхода теплоты на обжиг клинкера до 3,44 МДж/кг. Кроме того, на 35-40% уменьшается объем печных газов, что соответственно снижает стоимость обеспыливания и дает больше возможностей по использованию теплоты отходящих газов для сушки сырья.

Важнейшее преимущество сухого способа более высокий съем клинкера с 1 м³ печного агрегата. Это позволяет проектировать и строить печи по сухому способу в 23 раза более мощные, чем по мокрому. В целом по технико-экономическим показателям сухой способ превосходит мокрый. При использовании мощных печей он обеспечивает снижение удельного расхода топлива на обжиг клинкера примерно вдвое, рост годовой выработки на одного рабочего примерно на 40%, уменьшение себестоимости продукции на 10% и сокращение капиталовложений при строительстве предприятий на 50%. Это обусловило интенсивное его распространение в мировой цементной промышленности.

Однако надо учитывать, что возможности применения сухого способа ограничены влажностью перерабатываемого сырья. Переработка сырья с влажностью более 20-25% по сухому способу связана с высокими расходами теплоты на сушку, и этот способ становится неэкономичным.

Комбинированный способ производства шлакового цемента.

Наиболее перспективная технологическая схема комбинированного способа производства.

Такая схема позволяет использовать преимущества подготовки сырьевой смеси по мокрому способу и одновременно снизить расход теплоты на обжиг. При этом почти на 30% уменьшается расход топлива и примерно на 10% капитальные затраты по сравнению с мокрым способом, но на 15-20 % повышается расход электроэнергии. Такая схема наиболее реальный путь снижения расхода топлива предприятиями, работающими на сырье высокой влажности. При переводе с мокрого способа производства на комбинированный наиболее сложным является создание и внедрение надежных и высокопроизводительных аппаратов для фильтрации шлама.

Читайте так же:
Как снять металлокерамический мост с временного цемента

Принципиальное отличие этой схемы от схемы сухого способа — это появление дополнительной технологической операции грануляции сырьевой смеси, осуществляемой с добавкой 10-14% воды в специальных аппаратах — тарельчатых грануляторах. Гранулированную смесь с размером зерен 10-15 мм обжигают в шахтных печах или печах с конвейерными кальцинаторами. Этот способ требует несколько большего, чем сухой, расхода теплоты, необходимой на испарение введенной при грануляции воды; не всякая сырьевая смесь способна давать прочные гранулы, не разрушающиеся при обжиге; сложна конструкция используемых печных агрегатов. В то же время обжиг гранулированного сырья позволяет стабилизировать режим работы печей, улучшить теплообмен, повысить качество клинкера.

Таким образом, каждый способ производства портландшлакового цемента имеет свои достоинства и недостатки. Преобладание того или иного способа в разных странах определяется технико-экономическими особенностями развития цементной промышленности.

Москалев Александр

Смесители сухих смесей, оборудование для производства ССС,
Станции растаривания, Пневмокамерные и пневмошлюзовые насосы, Телескопические загрузчики, Весовые бункера-дозаторы
Тел.: +7 909 261-13-29
info@stroymehanika.ru
Skype: A.Moskalev_SM

Лабазин Илья

Вопросы дилерского сотрудничества, Фасовочные станции, Станции затаривания, Дозаторы малых добавок
Тел.: +7 962 272-62-77
info@stroymehanika.ru
Skype: stroymehanika71

Лозовский Михаил

Ленточные конвейеры и элеваторы, Винтовые конвейеры АРМАТА, Силосы цемента, Дробильно-сортировочное и помольное оборудование, Виброгрохоты и вибросита
Тел.: +7 960 616-30-22
info@stroymehanika.ru

Комбинированный метод производства

Данный способ базируется на подготовке компонентов сырья по мокрому методу, а вот их обжиг осуществляется по схеме полусухого метода. Шлам, полученный в сырьевой мельнице, обладает влажностью в диапазоне 30-45%, он отправляется в фильтр: тут обезвоживается до уровня влажности в 15-20%, потом сырье смешивают с пылью, влажность доводят до показателя в 12-14%.

На следующем этапе смесь отправляется на обжиг, который осуществляется в печах полусухого способа изготовления цемента. Все остальные операции ничем не отличаются от аналогичных этапов мокрого метода производства.

особенности производства цемента

Подходящий метод производства цемента выбирают в соответствии с технологическими и технико-экономическими факторами – качеством и типом сырья, влажностью и однородностью смеси, наличием соответствующего оборудования, возможностей и т.д. В Москве заводы работают по всем трем схемам и поставляют на рынок цемент высокого качества.

Сырьевой материал

Завод по производству цемента

Завод по производству цемента
Цемент изготавливается на профильных заводах. Они, как правило, расположены вблизи от мест добычи первичного сырья, из которого позже будут изготавливать смесь.

Наиболее часто в качестве составляющих для цементного производства добываются несколько разновидностей полезных ископаемых.

Карбонатный тип.

Структура такого типа может быть как кристаллической, так и аморфной. Она положительно влияет на результат обжигания с другими составляющими. При достаточном уровне влажности этот наполнитель становятся пластичным, вязким, разбухает и достигает больших объемов. Карбонатное сырьё чаще используется при сухом варианте изготовления.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector