10 група  16 .03. Урок 11-12

Тема уроку: Рідке скло.   Портландцемент. Різновиди портландцементу.

Цемент застосовувався єгиптянами і римлянами ще до нашої ери. Практично одночасно, після забуття (1824-1825 рр.), незалежно один від одного Єгор Челієв у Росії і Джозеф Аспдин одержали  в'яжуче, яке потім назвали портландцемент (англій­ський остров  Порталанд).

Портландцемент - це гідравлічна в'яжуча речовина, яку одержують у результаті тонкого подрібнення випаленої до спікання (1450°С) суміші, що складається з вапняку (75%) і глини (25%). Спечений продукт (у вигляді гранул розмірами 10... 40 мм), з якого виготовляють портландцемент, називається клінкером. Під час помелу до клінкеру іноді додають активні мінеральні добавки (гіпс, пластифікатори тощо). Залежно від мінерального складу і структури клінкеру, тонкості помелу і вмісту активних добавок портландцементи бувають таких видів.

Швидкотверднучий  портландцемент застосовують для ре­монтних робіт і в зимових умовах.

Особливошвидкотверднучий  (марки, наприклад, 500) у віці однієї доби має границю міцності на стиск 20...25 МПа.

Надшвидшвидкотверднучий  цемент одержують тоді, коли до нього додають хлорид кальцію та велику кількість алюмінатів. Через 1 ...4 години, без теплової обробки, цей цемент набуває міцності, достатньої для розпалублення виробів.

Пластифікований портландцемент містить у собі пластифікуючі  добавки, здатні надавати розчинам та бетонним сумішам підвищеної рухомості.

Гідрофобний портландцемент містить у собі милонафт або асидол, що утворює найтонші водовідштовхувальні плівки, які зменшують  гігроскопічність.

Пуцолановий портландцемент одержують спільним помелом клінкеру, гіпсу (3...5%) та активної добавки (25...40%) у вигляді вулканічного (пуцоланового) попелу або паливної золи.

Шлакопортландцемент одержують спільним помелом клінкеру, гіпсу (3,5%) й 21...80% гранульованого доменного німину

Сульфатостійкий цемент має марку тільки 300, 400.

Білий  портландцемент декоративного призначення одержують із чистих вапняків, кварцового піску, каолінових (білих) і глин і чистих гіпсів.

Кольоровий портландцемент одержують шляхом перемішування білого клінкеру з пігментами або оксидами різних елементів.

Магнезіальні в'яжучі матеріали, які містять оксид магнію М&0 тужавіють при замішуванні розчином хлористого магнію або сірчанокислого магнію (виготовляють фіброліт із деревної стружки). Цементи застосовують для приготування будівель­них розчинів, бетонів, азбоцементних виробів, виливання архі­тектурних виробів тощо.

Романцемент одержують із вапняку й магнезіального мер­телю, ще містить 25% і більше глини. Випалюють його за тем­ператури 900'С. Під час помелу добавляють до клінкеру 15% активних мінеральних добавок і до 5% природного двоводного гіпсу. За міцністю при стиску романцемент випускають марки 2,5, 5 і 10 МПа. Застосовують його для приготування будівель­них розчинів і бетонів невисоких марок.

До спеціальних цементів належать:

Мурувальні  цементи, які призначенні для мурувальних і штукатурних робіт. Марки таких цементів у 2...З рази нижчі, ніж марки звичайного портландцементу. Для одержання це­менту перемелюють клінкер з добавками, за відношенням клінкеру до добавки 1:3 (за масою).

Тампонажний  цемент призначається для влаштування гли­бинних підземних споруд. До цього цементу ставлять такі ви­моги: щоб можна було перекачувати його насосами, а цемент­ний камінь мав достатню міцність, забезпечуючи хороші водо-та газопроникність, стійкість у середовищі сольової та сірко­водневої агресії.

Глиноземистий цемент - це швидкотверднуча гідравліч­на в'яжуча речовина з низькоосновних  алюмінатів кальцію. Тепловиділення глиноземистого цементу в 1,5 рази вище, ніж у портландцементу, і тому його можна застосувати в зимово­му бетонуванні, але не можна піддавати обробці горячою па­рою. Марки глиноземистого цементу 400, 500, 600 визнача­ють у 3-добовому віці, але у 5...6 разів дорожче за звичайні.

Водонепроникний розширний цемент - це швидкотужавіюча та швидкотверднуча гідравлічна в'яжуча речовина, одержа­на помелом глиноземистого цементу (70...76%), напівводного гіпсу (20...22%) і високоосновного алюмінату кальцію (10...11%), який починає тужавіти через 4 хв, а кінець - не пізніше, ніж через 10 хв. Його можна застосовувати для гідро­ізоляції тунелів, у підземному та підводному будівництві, при створенні водонепроникних швів.

Гіпсоглиноземистий розширний або безусадочний цемент є швидкотверднучим гідравлічним в'яжучим, одержаним в ре­зультаті спільного помелу чи змішування високоглиноземистого клінкеру або шлаку (70%) і природного двоводного гіпсу (30%). Марки цементу 300,400, 500. Початок тужавіння гіпсоглиноземистого цементу - 20 хв, а кінець - не пізніше 4 годин. Застосовують його для виготовлення безусадочних та розши­рених водонепроникних розчинів і бетонів.

Кислототривкий кварцовий цемент - це порошкоподібний матеріал, який одержують спільним помелом чистого кварцового піску (понад 30%) і кремнефториду натрію. Кислототрив­кий цемент розмішують водним розчином рідкого скла, яке є в'яжучою речовиною, сам порошок в'яжучих властивостей не має. Заповнювач для виготовлення бетонів і розчинів на рідко­му склі є кварцовий пісок, граніт, андезіт та інші матеріали. Міцність при стиску кислототривкого бетону 50.. .60 МПа. Кис­лототривкі розчини застосовують для футерівки кислототрив­кими плитками (керамічними, скляними, діабазовими), а та­кож кислототривких бетонів, але їх в спекотну погоду слід пе­ріодично змочувати водою.

Вапняно-пуцолановий і вапняно-шлаковий цемент одержу­ють марки 50, 100, 150, 200.

Виробництво портландцементу

Залежно від способу приготування сировинної суміші роз­різняють три способи виробництва портландцементу: мокрий, сухий та комбінований.

Мокрий спосіб. Вапняк 1 (рис. 10) подрібнений у дробарці 2, подається в сировинний млин 6. Глина 3 із кар'єру і вода 4 по­ступає в бовтанку 5, де розмочується і теж подається в сировинний млин 6. Потім рідка маса (шлам) поступає в шламбасейни, де додатково перемішується. Після із шламбасейну 7 суспензія (шлам) подається в обертову піч 8 (металевий циліндр довжиною 160...230 м і діаметром 5...7 м з вогнетривким фу­теруванням у середині), установлену під кутом 2-3°. Шлам (при мокрому способі), порошок (при сухому способі) подають з боку верхнього холодного кінця, а паливо (мазут, газ) - з боку ниж­нього (гарячого) кінця. При цьому шлам перепалюється при температурі 1450°С і виходить внизу з печі клінкер, який охо­лоджується в холодильнику 9 і поступає у склад  клінкеру 10, де його витримують упродовж 1...2 тижнів для гашення за­лишків вільного вапна. Тоді клінкер перемелюють на порошок у трубних (кульових) млинах 11. Під час помелу до клінкеру додають двоводний гіпс (до 3,5%). Із млинів цемент пневмотранопортом відправляють на зберігання в сил оси 13, де він по­вністю охолоджується. Звідти завантажують його у криті за­лізничні вагони 15, цистерни, автоцементовози або упакову­ють у багатошарові паперові мішки.

 

Рис. 10. Технологічна схема виробництва цементу: 14 - пакувальна машина.

Сухий спосіб полягає у подрібненні й ретельному перемішу­ванні сухих сировинних матеріалів (борошна). Із млинів сиро­винне борошно надходить у силоси, де створюються запаси для безперебійної роботи. Мокрий спосіб дає змогу знизити енер­гоємність процесу подрібнення, полегшити транспортування і перемішування сировинної суміші, проте витрати палива вдвічі більші, ніж при сухому способі.

Комбінований спосіб передбачає підготовку сировинної суміші для випалювання у вигляді гранул.

 

Властивості цементу

До властивостей цементу належать:

-  густина - 3000. ..3200 кг/м³;

-  насипна щільність 1000...1300 кг/м³;

-  тонкість помелу (через сито 0,08 мм повинно проходити не менше 85% цементу;

- водопотреба цементу становить 24...27% ;

- початок тужавіння має наставати не раніше як через 45 хв, а кінець - не пізніше як через 10-12 годин (строки тужавіння згідно зі стандартами визначаються за зануренням головки приладу Віка (рис. 12) в цементне тісто нормальної густоти; початок тужавіння - час від початку замішування до момен­ту, коли голка не доходить до дна на 1-2 мм (2-4 мм), кінець тужавіння, коли голка занурюється в тісто не більше як на 1-2 мм);

- цементне тісто при тужавінні зменшується в об'ємі на 1...0.5 мм/м. міцність цементу характеризується маркою (таб. 3).

 

Таблиця 3.   Марки цементів

 

Види цементів	Марки цементів
	кг/см2	МПа
Портландцемент:	400, 500, 550, 600	40, 30, 55, 60
- білий цемент	400, 500	40,50
- швидкотверднучий	400, 500	40,50
- шлакопортландцемент	300,400, 500	30, 40, 50
- кольоровий цемент	300,400, 500	30, 40, 50
Глиноземистий цемент	400, 500, 600	40, 50, 60

Марка цементу залежить від тонкості помелу і хімічного складу клінкеру. Внаслідок змішування цементного порошку з водою утворюється пластичне тісто, яке поступово згущуєть­ся й переходить у каменеподібний стан. Процес тверднення триває місяцями і роками за нормальних умов. Однак марка цементу визначається через 28 діб тверднення за нормальних умов. Для тверднення (тужавіння) цементу необхідне вологе середовище. Зберігати цемент необхідно в сухих приміщеннях. Але довге зберігання цементу навіть у сухих приміщеннях, до 3-х, 6-ти, 12-ти місяців втрачається міцність відповідно на 20%, 30%, 40%.

 

Добавки до неорганічним (мінеральних) в'яжучих матеріалів

Для надання неорганічним в'яжучим матеріалам додат­кових технічних властивостей до їх складу вводять різні до­бавки.

Активні мінеральні добавки - це тонкоподрібнені природні добавки (попіл, пемза вулканічного походження) і штучні до­бавки (доменні гранульовані шлаки, керамзит, цем'янка (мо­лота цегла), зола тощо). їх змішують з вапняним пухким по­рошком і водою й утворюють тісто, яке здатне після тужавіння на повітрі продовжувати тверднути у воді.

Добавки-наповнювачі в кількості до 10% не впливають на якість в'яжучого. До них належать вапняки, глина, піски, до­менні шлаки тощо.

Поверхово-активні добавки - це речовини переважно органічного походження, що створюють плівку на частинках в'яжучого, яка заважає зчепленню (прилипанню) зерен при змішуванні з водою. Ці добавки надають в'яжучим плас­тичність,  легкоукладальність. До них належать асідол, мило­нафт, відходи миловарного виробництва, сульфатно-спирто­ва барда (відходи целюлозного виробництва).

Добавки-прискорювачі тверднення і сповільнювачі в'яжу­чого матеріалу змінюють строки їх тужавіння. До прискорю­вачів тверднення належать хлористий кальцій (СаС1₂), хлори­стий натрій (NаСІ) - у вигляді харчової кухонної або технічної солі; соляна кислота (НС1), мелене негашене вапно, поташ (К₂С0₃). Їх додають 2...3% від маси цементу. До сповільнювачів тужавіння цементу належать гіпс, слабкий розчин сірчаної кис­лоти, тваринний клей. Добавка невеликої кількості вугілля полегшує помел клінкеру.

Тести

Оберіть правильну відповідь

 

            1. Що є природнім матеріалом для виробництва цементу:

            А) мармур;

            Б) мергель;

            В) гіпсовий камінь.

2. Які є способи виробництва цементу:

            А) мокрий;

            Б) гранульований;

            В) механічний.

3. Які є печі для одержання цементу:

            А) стаціонарна циліндрична;

            Б) обертова циліндрична;

            В) обертова дерев’яна.

4. Яким способом одержують клінкер:

            А) перемелюванням та просіюванням сировини;

            Б) дією хімічних речовин на сировину;

            В) випалюванням сировини.

5. Що додають до клінкеру для одержання цементу:

            А) рідке скло;

            Б) повітряне вапно;

            В) двуводний гіпс.

6. Яким компонентом в розчинових сумішах є цемент:

            А) в’яжучим;

            Б) заповнювачем;

            В) пластифікатором.

7. При якій температурі випалюють сировину:

            А) 900-1100 ⁰С;

            Б) 900-1200 ⁰С;

            В) 1450⁰С.

8. Куди направляють готовий клінкер для гашення залишків вапна:

            А)  у силос;

            Б) у склад клінкеру;

            В) у холодильник.

9. Де повністю охолоджується перемелений цемент:

            А) у холодильниках;

            Б) у силосах;

            В) у складі готової продукції.

10. У що фасують готовий цемент:

            А) у багатошарові паперові мішки;

            Б) у паперові мішки;

            В) у поліетиленові багатошарові мішки.

Тест

1.     Яке буває рідке скло залежно від вихідного матеріалу?

а) калієве;

б) цинкове;

в) залізне?

2.     Чи характеризується якість рідкого скла модулем і густиною?

а) так;

б) ні.

3.     Натрієве рідке скло застосовують для:

а) приготування кислотостійких розчинів;

б) як в'яжуче для силікатних фарб;

в) як в'яжуче для мастик?

4.     Калієве рідке скло застосовують для:

а) приготування кислотостійких розчинів;

б) як в'яжуче для силікатних фарб;

            в) для силікатизації (ущільнення ) штукатурних розчинів?

5.     Чи швидко тужавіє рідке скло?

а) так;

б) ні.

6.     Яким приладом вимірюють густину рідкого скла?

а) термометром;

б) ареометром;

            в) віскозиметром?