В книге даны общие сведения о портландцементе и сырьевых материалах для его производства. Описаны принципиальные технологические схемы производства портландцемента (мокрый, сухой и комбинированный способы) .
Подробно рассмотрено технологическое и транспортное оборудование цементных заводов, его конструкция, технологические параметры работы, обслуживание, контроль производственных процессов и правила техники безопасности при производстве цемента.
Пособие отражает водросы дальнейшего развития и совершенствования технологии цементного производства.
Книга предназначена в качестве учебного пособия для подготовки рабочих различных специальностей на заводах по производству портландцемента. Она может быть использована рабочими промышленности строительных материалов для повышения квалификации.
Отзывы о книге и пожелания просим направлять по адресу: Москва, К-51, Неглинная ул., 29/14, издательство «Высшая школа».
Развитие народного хозяйства определяется в первую очередь ростом капитального строительства и реконструкцией старых предприятий, систем транспорта и связи, строительством жилых и общественных зданий. Все это требует большого количества строительных материалов, от качества и эффективности которых во многом зависят сохранность и стоимость зданий и сооружений.
Среди разнообразия строительных материалов особую популярность приобрел бетон. Благодаря высоким техническим свойствам и экономическим показателям он признан одним из самых эффективных материалов. Сейчас нет ни одной области строительной техники, где бы ни применялся бетон в «чистом» виде или в сочетании со сталью - в виде железобетона.
Бетон представляет собой искусственный каменный материал, получаемый нз вяжущего вещества, воды и заполнителей - песка и гравия или щебия. Вяжущее вещество в бетоне скрепляет зерна заполнителей в прочный монолит. Естественно, что от качества вяжущего как смрепляющего материала в основном зависят важнейшие технические свойства бетона, его црочяость и долговечность.
В качестве вяжущих веществ для приготовления бетонов в основном при-, меняют цементы; в отдельных случаях используют и другие вяжущие - гипс, известь.
Строительными вяжущими веществами называются тонкоизмельченные порошки, способные с водой образовывать пластичное, клейкое тесто, посте-neimo загустевающее и переходящее в камнеподобное состояние.
Номенклатура вяжущих веществ весьма разйообразна; имеются вяжущие воздушные, которые могут твердеть только на воздухе, такие, как воздушная известь, гипс и другие; гидравлические, затвердевающие не только на воздухе, но и в воде - например портландцементы, пуццолановые и шлаковые цементы.
Все строительные вяжущие вещества являются искусственными материалами. Технологический процесс их получения складывается из двух основных операций - обжига горной породы и измельчения обожженого продукта.
Считают, что первыми вяжущими были гипс и воздушная известь; люди научились их получать 4000-5000 лет тому назад.
Низкая температура обжига гипса (в пределах 80-150° С) сделала возможным обжиг гипсосодержащих пород в природных условиях в районах жаркого климата при выходе залежей гипсового камня на поверхность. Одним из таких районов был древний египетский город Алабастрон, от которого и произошло первое название строительного гипса - алебастр.
Для обжига воздушной извести требуется более высокая температура (около 1000"С). Однако достигнуть ее можно при обжиге на кострах или в кучах, складываемых послойно из известняка и дров. Обоженные куски извест-
3-1-9 24-67
няка хотя и обладают значительной тфочностью, но имеют замечательное свойство превращаться в тончайший порошок при соприкосновении с водой.
Высокая клеящая способность известкового теста позволила приготовлять мэввопковые смеси с большим количеством паска, ватвврдевающпе в прочный каменный материал. Это вызвало поистине техническую .революцию на заре развития строительной техники. Интерес к воз.душной извести был настолько значителен, что древние философы посвящали ей свои произведения.
В период Римской империи, примерно 2000 лет назад, было открыто еще одно замечательное свойство извести. Если к ней добавить в измельченном виде некоторые вещества, полученная смесь приобретает способность затвердевать не только в сухих условиях, но и в воде. Эти вещества получили вначале название пуццолановых добавок по имени города Поццуолли в Италии, где имеются большие залежи пуццоланы - вулканического пепла. Затем эти добавки назвали активными минеральными, или гидравлическими.
В России в качестве активных минеральных добавок, придающих воздушной извести опособность твердеть в воде, применяли толченый кирпич (цемян-ку), пемзу, туф. По архивным данным, первый завод в России, изготовлявший водостойкие вяжущие (цемент), находился в Москве. На нем толкли кирпич (цемянку), смешивали ее с известью и получали цемент.
Цементное производство в России существовало еще в конце XVII века. Оно полностью обеспечивало широко развернувшееся гидротехническое строительство при Петре I.
Следующим более совершенным гидравлическим вяжущим явилась гидравлическая известь (начало XVIII в.). Было замечено, что известняки, содержащие глинистые примеси, после обжига медленно гасятся *, но приобретают способность затвердевать в воде. •
В конце XVIH века, намереваясь получить гидравлическую известь из «глиняных почек» (известняков с большим содержанием глины, называемых мергелями), обнаружили, что продукт обжига не гасится водой, но, будучи измельчен, способен быстро затвердевать как на воздухе, так и в воде. Этот вид новогобяжущего, названный романцементом, быстро и широко вошел в строительную практику и до второй половины XIX века являлся основным видом гидравлического вяжущего вещества для наиболее ответственных гидротехнических сооружений.
Стремление получить еще более совершенный вид гидравлического вяжущего привело Е. Челиева к весьма важному открытию: при обжиге смеси извести и глины до «белого жару» (температура свыше 1100-1200° С) получался спекшийся (частично сплавленный) продукт, обладавший в измельченном виде способностью твердеть « -вхулв. В 1826 г. Е. Челиев в MoiawBe выщустил книгу, в (которой 1обобЩйл опыт, (Накопленный (русскими строителями по получвиию и Щ)1И1МвнеНИю этого мате!риала.
В Англии в этом направлении работал Д. Аспдин. В 1824 г. он взял патент иа «Усовершенствованный способ производства искусственного камня».
* Гашением извести называется процесс химического взаимодействия ее с водой, в результате которого куски негашеной извести разрушаются на мельчайшие частички.
Из-за сходства С портландским камнем, добываемым вблизи г. Портленда, этот искусственный камень был назван портландцементом.
После 20-30 лет широкого применения портландцемента в гидротехническом строительстве было установлено, что стойкость его в водных условиях в ряде случаев далеко не достаточна: многие гидротехнические сооружения были разрушены или находились в аварийном состоянии. Для повышения стойкости портландцемеитного бетона в водных условиях было предложено вводить в портландцемент гидравлические (пуццолановые) добавки и доменные шлаки. Этим были заложены основы производства новых видов вяжущих- пуццоланового и шлакового портландцемента. В изобретении и совершенствовании этих цементов большая заслуга принадлежит русским ученым проф. А. Р. Шуляченко, акад. А. А. Байкоау, ороф. В. Н. Юнгу и многим другим.
Первый завод портландцемента в России был построен в 1856 г. в г. Грод-зеце. Затем появились заводы в Глухоозерске, Подольске, Новороссийске, Вольске и других городах. Для измельчения сырья и клинкера на первых заводах применяли толчеи, бегуны, жернова. Обжигали сырьевые материалы в 1?емеханизированных шахтных печах.
С конца XIX века стали применять более совершенные помольные аппараты - однокамерные шаровые мельницы, а с первого десятилетия текущего столетия в цементном производстве появляются трубные многокамерные шаровые мельницы.
Примерно с 1900 г. для обжига стали применять вращающиеся печи. Длина печей была 25 м, диаметр 1,8 м, производительность около 30 т в сутки.
За годы Советской власти цементные заводы оснащены высокопроизводительным отечественным оборудованием. Например, в 1928 г. среднечасовая производительность вращающихся печей составляла всего 5 г и наиболее крупной - 7,2 т, а сейчас часовая производительность печей длиной 160 м составляет 25 т, а на некоторых заводах вошли в эксплуатацию вращающиеся печи длиной 185 ж, производительностью 80 т в час, что позволяет выпускать до 2000 г клинкера в сутки. Только одна такая печь выпускает цемента почти в 10 раз больше, чем вся цементная промышленность выпустила в течение 1920 г.
В настоящее время цементная промышленность - одна из ведущих высокомеханизированных отраслей нашего народного хозяйства. Большие успехи достигнуты в области повышения производительности труда. В царской России выработка на одного рабочего, занятого в цементной промышленности, составляла около 100-200 т цемента в год. а в настоящее время равна около 1000 т. В ближайшие годы имеется в виду поднять выработку одного рабочего до 2000 т и более цемента в год.
По уровню выпуска всех основных строительных материалов в 1965 г. СССР прочно занимает первое место в мире, а по выпуску вяжущих веществ Советский Союз еще в 1962 г. обогнал самые развитые капиталистические страны, в том числе и США. В 1965 г. в СССР выпущено 72,4 млн. т цемента.
Наряду с увеличением выпуска цемента совершенствуется и его качество, расширяется номенклатура. В 1940 г. средняя прочность цемента составила около 250 кгс/сл2, а в 1965 г. она достигла 500 кгс/см.
Программой КПСС, принятой иа ХХП съезде, поставлена основная задача - создать к 1980 г. материальио-техиическую базу коммунизма. Это в первую очередь связано с капитальным строительством и требует все более возрастающего количества цемента. Пятилетний план на 1966-1970 гг. предусматривает довести выработку цемента до 100-105 силн. т в год.
Такой скачок развития цементной промышленности реализуется за счет строительства новых и реконструкции действующих предприятий, оснащения их высокопроизводительными агрегатами с широким применением автоматического удравления технологическим процессом. Эти мероприятия способствуют не только увеличению вьшуска цемента, но и оуществеино повышают его качество, снижают стоимость и затраты труда на его изготовление.
Весьма важная роль в выполнении поставленных задач по развитию цементной промышленности принадлежит производственным кадрам. Чтобы успешно управлять сложными технологическими агрегатами, вести технологический процесс по заданному режиму и получать дешевую продукцию высокого качества, рабочие должны постоянно повышать свою квалификацию. Для подготовки на производстве рабочих и предназначено данное пособие.
ГЛАВА I.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЕ
§ 1. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ И ЕГО СОСТАВ
Портландцементом называется продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого обжигом до спекания смеси известняка и глины, с небольшой добавкой гипса.
Для улучшения строительных свойств портландцемента к клинкеру при его ПОмоле добавляют гипс и активные минеральные добавки, называемые также гидравлическими.
Важнейшим компонентом является клинкер. От его качества зависят основные свойства портландцемента-прочность и скорость ее нарастания, сопротивление действию агрессивных сред. Знание качественной характеристики клинкера позволяет в значительной степени .предопределить качество портландцемента как строительного вяжущего вещества и получить портландцементы определенных физических и механических свойств путем изменения состава клинкера.
Добавка гипса необходима для замедления сроков схватывания портландцемента, так как измельченный клинкер после затворения водой схватывается (загустевает) в течение нескольких минут. .Это затрудняет изготовление изделий и конструкций на таком быстрбсхватывающемся цементе. Количество гипса вводится .в портландцемент с таким-расчетом, чтобы общее содержание ангидрида серной кислоты SO3 в портландцементе было не менее 1,6 и не более 3,5% по весу. Более высокое содержание SO3 может вызвать разрушение конструкций на таком портландцементе.
Активные минеральные добавки- повышают стойкость портландцемента в водных условиях. При твердении портландцемента проис.кодит выделение гидрата окиси кальция Са;(ОН)2 в свободном состоянии. Это вещество, имея относительно высокую растворимость, может вымываться из отвердевшего цемента - цементного камня, понижая этим его .прочность и долговечность в водных условиях. После высыхания на поверхности изделия появляются белые пятна, которые портят его внешний вид.
Гидравлические добавки взаимодействуют с гидратом окиси кальция, образуя нерастворимое соединение - гидросиликаг кальция (см. стр. 19), и этим предупреждается вымывание Са (ОН) 2 из отвердевшего цемента. >
