Портландцемент и свойства его компонентов

Портландцемент – важнейшее и наиболее распространенное гидравлическое вяжущее вещество, для которого основным сырьем для производства служит известняк(мел) и глина, подобранные в соотношении примерно 3:1(в весовых частях).

Свойства цемента определяются в основном его химическим, минералогическим составом. Портландцементный клинкер имеет следующий минералогический состав:

• трехкальциевый силикат (алит) 3CaO·SіO₂ 40-65%;
• двухкальциевый силикат (белит) 2CaO·SіO₂ 15-40%;
• трехкальциевый алюминат 3СаО·А1₂О₃ 5–15%;
• четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО·Аl₂O₃• Fe ₂О₃ 5- 15%;
• окись кальция до 1%.

Таким образом, изменяя количественное содержание клинкерных минералов, можно изменять определенные свойства цемента.

Твердение портландцемента после смешивания его с водой — сложный физико-химический процесс. Образовавшееся пластичное цементное тесто через несколько часов начинает загустевать(схватываться), а затем твердеть с постепенным нарастанием механической прочности цементного камня. Процесс твердения цементного камня продолжается несколько лет и его можно разделить на три периода.

Первый период – взаимодействие клинкерных материалов с водой с образованием гидратных соединений по реакциям: 3CaO·SiO₂ +5Н₂О =2СаО •SiO₂•4Н₂О+Са(ОН)₂; 2CaO·SiO₂ +4Н₂О =2СаО·SiO₂·4H₂O: 3СаО·А1₂О₃ +6Н₂О =3СаО·А1₂О₃·6Н ₂О; 4CaO·A1₂O₃·Fe₂O₃ + 6H₂O = 4CaO·A1₂O₃·Fe₂O₃·6H₂O.

Второй период — коллоидационный. Из-за низкой растворимости гидратных соединений раствор оказывается перенасыщенным, и они начинают выделяться в коллоидном состоянии. При сближении между коллоидными частичками проявляются силы межмолекулярного взаимодействия, цементное тесто теряет подвижность, начинается его схватывание.

Третий период — кристаллизационный. В это время гидрат окиси кальция Са(ОН)₂и трехкальциевый гидроалюминат3СаО•А1₂О₃•6Н₂О из коллоидного состояния переходят в кристаллическое. Кристаллы срастаются между собой, образуя прочный кристаллический сросток, пронизывающий коллоидную массу, состоящую главным образом из двухкальциевого гидросиликата 2CaO·SiO₂·4H₂O. Со временем прочность кристаллического сростка увеличивается, так как из него постепенно удаляется вода, поэтому прочность цементного камня спустя несколько лет в несколько раз превышает марочную.

Производство портландцемента. Природным сырьем, пригодным для получения портландцемента, являются известняковые мергели, известняки, мел, ракушечник, известняковый туф и глинистые горные породы, которые должны содержать около 75-78% известняка и 22-25% глины. В зависимости от способа подготовки сырьевой смеси различают следующие способы производства портландцемента:

• мокрый;
• сухой;
• комбинированный.

При мокром способе (помол и смешивание сырья проводят в присутствии воды до получения однородного 60% шлама) сырье дробят и размалывают без дополнительной подсушки. Весьма часто помол осуществляют с добавлением воды, глину размешивают в специальных емкостях - болтушках. Смесь готовят тщательным перемешиванием жидких молотых смесей в шламбассейнах. В этом случае подготовленная смесь - цементный шлам - содержит до 40 % и более воды.

При сухом способе (материалы измельчают, подсушивают и смешивают в сухом виде) тонкое измельчение исходного сырья - помол - осуществляют в сухом состоянии. Тщательное смешивание производят в специальных смесителях.

Правила приемки цементов. Цемент отгружают и принимают партиями. Размер партии устанавливают в пределах от 300 до 4000 т в зависимости от годовой мощности цементного завода.

Завод производит паспортизацию цемента и назначает его марку на основании данных текущего контроля производства. В паспорте указывается: полное название цемента, его гарантированная марка, вид и количество добавки, нормальная густота цементного теста, средняя активность цемента при пропаривании. Для проверки качества отгружаемой продукции поставщик производит физические и механические испытания цемента, определяя его прочность в возрасте 3 и 28 сут. По требованию потребителя поставщик сообщает потребителю результаты физико-механических и химических испытаний цемента в 10-дневный срок после их окончания.

Цемент отгружают навалом или в бумажных многослойных мешках; массу мешка указывают на упаковке. При транспортировании и хранении цемент должен защищаться от воздействия влаги и загрязнения. Цементы хранят раздельно по видам и маркам, смешивание разных цементов не допускается.