вещество. Опти.мальное содержание добавки для данного цемента устанавливается опытным путем и зависит от минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента и содержания в нем гидравлических добавок.
Основные свойства пластифицированного портландцемента и требования, предъявляемые к нему стандартом, те же, что и для обыкновенного портландцемента, за исключением требования к его пластифицирующему действию.
Раствор из смеси пластифицированного портландцемента с нормальным леском состава 1 : 3 по весу при водоцементном отношении, .равном 0,40, должен обладать такой пла.стичностью, при которой расплыв конуса из этого раствора после 30 встряхиваний .составляет не менее 125 мм. Обыкновенный портландцемент при этих же условиях дает .расплыв конуса 1105-110 мм.
Гид.рофобный* портландцемент отличается от обыкновенного пониженной гигроскопичностью **. Пониженная гигроскопичность позволяет сохранять активность при длительном транспортировании и хранении даже во влажной среде и предотвращает слипание в комья при кратковременном действии воды. Кроме того, гидрофобные цементы придают бетонам повышенную морозостойкость и водонепроницаемость. При использовании гидрофобного портландцемента несколько повышается подвижность и удобоукладываемость бетонных смесей.
Гидрофобный портландцемент получают введением при помоле обыкновенного портландцемента гидрофобизующей добавки. К таким добавкам относятся: асидол .(ГОСТ 4118--53), асидол-мылонафт (ГОСТ 3854-47), мылонафт (ГОСТ 3853-47), олеиновая кислота или окисленный петролатум.
Добавки вводят в количестве 0,06-0,30% от веса цемента в пересчете на сухое вещество. Оптимальное содержание добавки устанавливается для каждого цемента опытным путем и зависит от вида добавки и тонкости помола цемента.
Требования стандарта к гидрофобному портландцементу остаются теми же, что и к обыкновенному, но наряду с ними гидрофобный цемент должен обладать специальным свойством - он не должен впитывать воду в течение 5 мин.
П о р т л а н д.ц е м ей т с умеренной экзотермией (тепловыделением) при твердении обладает .по сравнению с обыкновенным пониженной экзотермией и несколько повышенной сульфатостойкостью и водостойкостью.
Низкоэкзотермические цементы необходимы при строительстве массивных бетонных сооружений, иначе в последних обра-
* Гидрофобными иазы1ваются вещества, обладающие .водооттаякивающимИ свойствами. К ним относятся, например, жиры, парафин.
** Гидроскопичностью называется способность веществ поглощать влагу из воздуха.
зуются трещины. Происходит это по той причине, что при большом выделении тепла твердеющим цементом внутренние слои массивной бетонной конструкции оказываются нагретыми, а наружные охлаждаются окружающим воздухо.м. При нагревании каждое вещество увеличивается в объеме, а при охлаждении сжимается. При высокой экзотермии цемента внутренние нагретые слои бетонной конструкции вследствие расширения будут разрывать наружные холодные слои, образуя в них трещины.
Получение портландцемента с умеренной экзотермией достигается применением клинкера с относительно низким содержанием высокоэкзотермичных м.инералов. К ним относятся трех-кальциевый силикат и трехкальциевый алюминат; содержание трехкальциевого силиката в цементе с умеренной экзотермией не должно превышать 50%, а трехкальциевого алюмината-8%.
Портла.ндцем€нт с умеренной экзотермией выпускают марок 300 и 400. Этот цемент не должен содержать активных минеральных добавок; в остальном его свойства те же, что и у обыкновенного портландцемента.
Дорожный портландцемент предназначается для бетонирования дорог. Требования, предъявляемые к этому цементу, вытекают из требований к бетонным дорогам и условий производства дорожных работ. Дорожный цемент должен обладать высокой прочностью и морозостойкостью.
Удовлетворение этих требований достигается применением для бетонных дорог портландцемента повышенной прочности (марки не ниже 400) и с относительно невысоким содержанием трехкальциевого алюмината(не более 10%) - наименее морозостойкого минерала клинкера.
Понижают морозостойкость цемента активные минеральные добавки, поэтому применение последних в дорожном портландцементе не допускается за исключением доменных гранулированных шлаков в количестве не более 15% от веса цемента.
При строительстве дорог возникает необходимость транспортировать бетонные смеси ша значительные расстояния. По этим причинам для предупреждения преждевременного схватывания начало схватывания дорожного портландцемента должно наступать не ранее 2 ч (обыкновенного портландцемента не ранее 45 мин).
В остальном свойства дорожного портландцемента аналогичны свойствам обыкновенного цемента.
Белый портландцемент. Обыкновенный портландцемент имеет зеленовато-серый цвет из-за относительно высокого содержания в нем окрашивающих окислов: окиси железа и окиси марганца. Клинкер же, не содержащий этих окислов или содержащий их в незначительном количестве (FegOs 0,3-0,5%:
MnO до 0,03%), имеет белый цвет. Это достигается применением соответствующего сырья - белых чистых глин-каолинов и известняков с минимальным содержанием указамных окислов.
Для повышения белизны цемента клинкер при выходе из печи «отбеливают» путем резкого охлаждения водой до температуры 500-600° С или воздействуют бескислородной восстановительной средой при температуре 800-1000° С с последующим охлаждением в бескислородной среде до 200-300°С.
Допускается добавка к клинкеру белого цемента при его измельчении инертного материала (известняка, кварцевого песка) не более 107о или смеси активной минеральной я инертной добавки в количестве до 15%. Улучшают свойства белого цемента гидрофобные добавки, которые вводят в количестве до 0,2%.
В зависимости от степени белизны белый портландцемент разделяется на три сорта: БЦ-11, БЦ-2, БЦ-3.
Белый портландцемент выпускают марок 300 и 400. В остальном его свойства аналогичны обыкновенному портландцементу.
Портландцементы с активными минеральными добавками. Этот вид цементов представлен двумя группами: пуццолановыми портландцементами и -шлакопорт-ландцементами. Различие их определяется видом добавки: пуццолановые портландцементы получают тонким измельчением клинкера с природной активной минеральной добавкой, а шла-копортландцементы - с доменными гранулированными шлаками. Количество добавки в этих цементах от 20 до 60% в зависимости от вида цемента и добавки. Прочность же цемента при этом примерно равна прочности обыкновенного портландцемен-мента: пуццолановые и щлакопортландцементы имеют марки 200; .300; 400 и 500.
Возможность применения в портландцементе активных минеральных добавок в таком большом количестве без существенного снижения прочности цемента обусловливается процессами взаимодействия добавки с продуктами гидратации клинкерных минералов. Среди этих продуктов основная роль принадлежит гидрату окиси кальция Ca(OiH)2, выделяющемуся в свободном виде при гидратации трехкальциевого силиката (стр. 16).
Активные минеральные добавки состоят, как от.мечалось, из веществ, легко вступающих в химическое взаимодействие с Са(0Н)2, образуя гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, сходные по составу с продуктами гидратации клинкерных минералов и обладающие клеящей способностью. Таким образом.
общее содержание клея в бетоне на портландцементах с активными минеральными добавками оказывается примерно равным содержанию его в бетоне на обыкновенном портландцементе. Примерно одинаковы и прочности этих бетонов.
Оптимальное содержание добавки в цементе зависит от ее активности, т. е. способности поглощать Cai(OH)2, а также от количества Cai(OH)2, выделяющегося при твердении цемента; последнее определяется в основном содержанием в клинкере трехкальциевого силиката. Следовательно, чем выше активность добавки, тем меньше потребуется ее для связывания Cai(OH)2, так как каждый цемент выделяет строго определенное количество гидрата окиси кальция. С уменьшением содержания в клинкере трехкальциевого силиката оптимальная величина добавки уменьшается, и наоборот.
Приведенное справедливо для портландцементов с природными добавками, не обладающими способностью самостоятельного твердения; иряменение же доменных гранулированных шлаков, имеющих по своему химическому составу некоторое сходство с портландцементным клинкером и обладающих хотя и небольшой способностью самостоятельно твердеть при затворёнии их порошка водой, позволяет увеличивать содержание шлаков в цементах по сравнению с природными добавками.
ГОСТ 1017в62 устанавливает следующее содержание активных минеральных добавок от веса цемента:
природных добавок в пуццолановых портландцементах: вулканического происхождения (пемза, туф, пепел) -не менее 25 и не более 40%; осадочного происхождения (диатомиты, трепелы, опоки) - не менее 20 и не более 30%;
доменных гранулированных шлаков в шлакопортландцемен-тах - не менее 30 и не более 60%.
Замена наиболее дорогой часии портландцемента - клинкера- природной добавкой или промышленными отходами - шлаками на 10-112% снижает стошСГость цемента, что имеет большое экономическое значение; однако добавки в большом количестве изменяют и ряд свойств цемента, одни свойства улучшая, а другие ухудшая. Так, пуццолановые портландцементы и шла-копортландцементы обладают повышенной водостойкостью и низким тепловыделением, что важно для гидротехнических сооружений и для массивных бетонных конструкций. Но они медленно твердеют в начальный период (хотя к 28 суткам дроч-ность их приближается к прочности обыкновенного портландцемента) и имеют несколько меньшую морозостойкость и воздухо-стойкость *. Другие свойства цементов с активными минераль-
* Воздухостойкостью называется способность материала сопротивляться систематическому попеременному увлажнению и высушиванию. Это свойство важно, например, для бетонов гидротехнических сооружений, находящихся в условиях жаркого климата.
ными добавками «е отличаются от свойств обыкновенного порт, ландцемента.
Разновидностями пувдоланового портландцемента и шлако-портландцемента являются:
сульфат о стойкий пуццола1новый портландцемент, получаемый тонким измельчением клинкера портландцемента, содержащего трехкальциевого алюмината не более 8%, и природной гидравлической добавки; количество добавки принимается то же, что и для пуццоланового портландцемента. Этот цемент выпускается марок 2О0, 300; в остальном его свойства аналогичны пуццолавовому портландцементу;
быстротвердеющий шлакопортландцемент обладает более интенсивным, чем обычный шлакопортландцемент, нарастанием прочности в начальный период твердения. Это достигается применением клинкера быстротвердеюшего портландцемента, шлаков высокой основности (см. стр. 51) ив несколько меньшем их количестве; содержание шлаков в быст-ротвердеющем шлакопо,ртландцементе должно быть не менее .30 и не более 60% по весу.
Образцы, изготовленные из 1 вес. ч. этого цемента и 3 вес. ч. песка через трое суток твердения должны иметь предел прочности при изгибе не менее 35 kzcjcm и при сжатии не менее 200 кгс/см\ в возрасте 28 суток предел прочности при сжатии должен быть не менее 350 кгс1см. В остальном свойства быст-ротвердеювдего шлакопортландцемента аналогичны свойствам обыкновенного шлакопортландцемента.
ГЛАВА II.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
§ 6. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Процесс производства портландцемента состоит из ряда технологических операций, которые можно разделить на два самостоятельных комплекса. В первый комплекс входят операции по производству клинкера, второй комплекс операций охватывает измельчение клинкера совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками (если последние применяются), т. е. приготовление из клинкера портландцемента.
Получение клинкера - наиболее сложный и энергоемкий процесс. Он требует больших капитальных и эксплуатационных затрат. Удельная стоимость клинкера среди всех статей, слагающих стоимость портландцемента, достигает 70-80%. Этим определяется требование максимально экономить клинкер, заменяя его по возможности гидравлическими добавками и шлаками, а также изыскивать пути для более полного «опользования кл.инкерной составляющей в цементе.
Получение клинкера портландцемента складывается из нескольких основных технологических операций:
подготовки сырьевых материалов для обжига; подготовки топлива;
обжига сырьевых материалов (получение клинкера). * Этим операциям предшествует добыча сырьевых материалов в карьерах.
Цементные .заводы строят, как правило, вблизи месторождений основных сырьевых материалов - известняка и глины. В этом случае уменьшаются транспортные затраты и отпадает необходимость создавать большие запасы сырья на площадке завода. В исключительных случаях, а также при необходимости улучшить качество сырьевой смеси цементные заводы получают сырьевые материалы с других месторождений.
Залежи известняка располагаются под слоем пустой породы (вскрыши), высота которой может достигать 5 м и более. Средняя высота вскрыши на отечественных месторождениях 1- 1,5 м. Ее удаляют экскаваторами, бульдозерами, а также гидромеханическим способом с помощью гидромониторов.
