Цементы с поверхностно-активными добавками. Портландцемент

Последнее время в связи с повышением требований к качеству цемента и  с увеличением удельного веса высокомарочных цементов заводы всё  чаще работают с применением трехкомпанентной и даже четырехкомпанентной смеси. В этом случае сырьевую смесь для получения клинкера заданного минералогического состава вводят в так называемые корректирующие добавки. 

Для повышения  содержания в сырьевой смеси окислов  железа в неё вводят различные  железосодержащие добавки: пиритные огарки (отходы сернокислого производства), колошниковую пыль (отход металлургического производства), железную руду и т. п. При получении клинкеров из отходов алюминиевой промышленности для повышения содержания окиси алюминия вводят бокситы. 

Активность  минеральных добавок чаще всего оценивается по их способности поглощать известь из водного известкового раствора и набухать при этом. В качестве активных добавок могут быть использованы основные и кислые доменные шлаки коксовой плавки литейного, передельных. В последние годы установлена возможность применения для этой цели так же доменных шлаков специальных марганцевых чугунов. 

Пригодность доменного шлака для использования  в качестве активной добавки определяется его химическим и минералогическим составом, структурой и гидравлическими  свойствами. Обычно используют гранулированные доменные шлаки, то есть шлаки, полученные путем искусственного быстрого охлаждения шлакового расплава, выходящего из доменной печи. Быстрое охлаждение придает шлаку гидравлические свойства. В состав доменных шлаков обычно входят окислы KО, SiO , Al O , MgO и Fe O сернистые соединения CaS, MnS и FeS.  

СПОСОБЫ ПРИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА.  

Существует  несколько способов производства портландцемента:

1.            сухой

2.            мокрый

3.            полусухой

4.            комбинированный  

Выбор способа производства зависит от особенностей приготовления сырьевой смеси. Два основных способа производства портландцемента – мокрый и сухой ; они различаются по характеру  переработки сырьевых материалов, а  так же по физическим свойствам сырьевой смеси, поступающей     на обжиг. 

При производстве портландцемента мокрым способом применяют  следующую технологическую схему. Поступающий из карьера твердый  известняк с размерами кусков до 1 м подвергается двух- или трехстадийному дроблению в дробилках с доведением кусков до 8-10 мм. Поступающую из карьера глину с размерами кусков до 500 мм измельчают в вальцовых дробилках до кусков размером 0-100 мм, а затем отмучивают в болтушках. Получаемый глиняный шлам с влажностью 60-70 % подают в сырьевую мельницу где он размалывается совместно с раздробленным известняком. При использовании мягкого известкового компонента (мел, известковый туф и др.) технологическая схема меняется. Мел, раздробленный в вальцовых дробилках вместе с глиной, отмучивается в болтушках, а затем подвергается размолу в мельнице.  

Полученный  шлам, влажность которого находится  в пределах 32-40%, центробежными насосами транспортируется в вертикальные шламовые бассейны, где он корректируется. Это  необходимо для того, чтобы обеспечить постоянство заданного заводской лабораторией химического состава шлама. Откорректированный шлам поступает из вертикальных бассейнов в горизонтальные, где и хранится до подачи в печь для обжига. В вертикальных бассейнах шлам перемешивается сжатым воздухом, а в горизонтальных – механическим путем и сжатым воздухом. Перемешивание предотвращает возможность осаждения шлама и позволяет достичь полной его гомогенизации. При использовании сырьевых компонентов, имеющих постоянный химический состав корректирование шлама производят не в вертикальных, а непосредственно в горизонтальных бассейнах большой емкости. Обжиг шлама на клинкер осуществляется во вращающихся печах. Полученный клинкер охлаждается в холодильниках, дробится и подается транспортерами в бункеры цементных мельниц для помола или же направляется на хранение механизированных в механизированный шихтовальный двор. Здесь складируются также гидравлические добавки и гипс, которые по мере надобности подаются в бункеры цементных мельниц для совместного помола с клинкером. Твердое топливо для обжига шлама поступает с шихтовальню двора в дробилку, затем в сепараторные мельницы для одновременной сушки и помола. Приготовленный угольный порошок поступает для сжигания в печь при использовании газообразного или жидкого топлива схема упрощается, так как в этом случае сооружение топливоподготовительного отделения не требуется.  

Полученный  портландцемент транспортируется из мельниц  пневматическим путем в силосы для  хранения. После определения качества цемента часть его поступает в упаковочную машину. Здесь он автоматически насыпается в бумажные мешки, которые затем отгружаются с завода железнодорожным, автомобильным или водным транспортом. Остальную часть цемента отправляют навалом в специальных железнодорожных вагонах или в контейнерах цементовозах. 

При производстве портландцемента сухим способом применят следующую технологическую  схему. Поступающие из карьера известняк  и глину с низкой влажностью после  дробления направляются в сырьевую сепараторную мельницу для одновременного помола и сушки. Полученная сухая сырьевая смесь транспортируется пневматическими установками к смесительным силосам, в которых перемешиваются сжатым воздухом и корректируются. При использовании пластичного глинистого компонента сырьевая мука из силосов направляется в смесительные шнеки, где увлажняется 8-10% воды. Затем эта масса поступает на грануляторы, куда одновременно подается добавочная вода. Здесь происходит образование прочных гранул с влажностью 12-14%, поступающих затем в печь на обжиг. При непластичном глинистом компоненте сырьевая мука транспортируется в питательные дозаторы печи непосредственно из смесительных силосов. 

Сырьевая  смесь может обжигаться в коротких вращающихся печах с запеченными  установками различных конструкций или в длинных вращающихся печах. При обжиге в автоматических шахтных печах, на спекательных решетках и во вращающихся печах конвеерными кальцинаторами сырьевая смесь должна подаваться только в виде прочных гранул. Дальнейшие этапы технологической схемы такие же как и при получении цемента по мокрому способу. 

При мокром способе легче получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь. Поэтому при значительных колебаниях химического состава известнякового и глинистого компонента он чаще применяется. Этот способ используют и тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, мягкую структуру и легко диспергируются водой. Наличие в глине посторонних примесей, для удаления которых необходимо отмучивание, также предопределяет выбор мокрого способа. Размол сырья в присутствии воды облегчается, и на измельчение расходуется меньше энергии. Недостаток мокрого способа – значительно больший расход топлива.

Сухой способ производства целесообразен  при сырье с относительно меньшей  влажностью и более однородным составом. Он же практикуется в случае, если в сырьевую смесь вместо глины вводят гранулированный доменный шлак. Его же применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля с малым содержанием летучих, сжигаемых в шахтных печах. Расход топлива при сухом способе во вращающихся печах гораздо меньше, чем при мокром. Поэтому доля сухого способа производства все возрастает и она должна в ближайшее время значительно увеличиться.

При изготовлении сырьевой смеси по любому способу  необходимо стремится к наиболее тонкому помолу, теснейшему смещению сырьевых материалов и к возможно большей однородности сырьевой смеси. Все это гарантирует однородность выпускаемого продукта и является одним из необходимых условий нормальной эксплуатации завода. Резкие колебания химического состава сырьевой смеси нарушают ход производственного процесса. Высокая тонкость помола и совершенное смешение необходимы для того, чтобы химическое взаимодействие между отдельными составными частями сырьевой смеси прошло до конца и возможно в более короткий срок.  

ПРИМЕНЕНИЕ  ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА.

Среди строительных материалов цементу принадлежит  ведущее место. В современной  строительной практике роль цемента  в выпуске новых прогрессивных  материалов и изделий для полносборного  домостроения постоянно возрастает. Его применяют для изготовления монолитного и сборного бетона, железобетона, асбестоцементных изделий, строительных растворов, многих других искусственных материалов, скрепления отдельных элементов (деталей) сооружений, жароизоляции и др. Крупными потребителями цемента являются нефтяная и газовая промышленность. Цемент и получаемые на его основе прогрессивные строительные материалы успешно заменяют в строительстве дефицитную древесину, кирпич, известь и другие традиционные материалы.

Список  литературы:

1.            К.В. Чаус, Ю.Д. Чистов, Ю.В. Лабзина: Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций М.:Стройиздат 1988.

2.            С.Г. Гаряев, М.В. Сопин Основы технологии и технико-экономическая оценка производства строительных материалов, изделий и конструкций БелГТАСМ.

3.            Конспект лекций доцента кафедры маркетинга Никифоровой Евгении Петровны.

4. Ю.С.  Лурье. «Портландцемент». Государственное  издательство литературы по строительству,  архитектуре и строительным материалам. Ленинград 1963г. Москва.

5. Ю.М.  Бутт, В.В.Тимашев. «Портландцемент». Москва.: Стройиздат 1974. 

План

1. Цементы с поверхностно-активными  добавками

2. Гидрофобный портландцемент

3. Активные минеральные  добавки

4. Пуццолановый портландцемент

5. Шлакопортландцемент

6. Белый портландцемент

1.Цементы  с поверхностно-активными  добавками

Сущность поверхностных  явлений, возникающих при процессах  адсорбции, и особенности адсорбционных  слоев заключаются в общих  чертах в следующем. При процессах, в которых участвуют две соприкасающиеся фазы, огромное значение имеют свойства поверхности раздела -- пограничного слоя, отделяющего одну фазу от другой. Число молекул на поверхностном слое какого-либо тела в сплошном куске ничтожно мало по сравнению с количеством молекул, содержащихся во всем объеме тела; поэтому поверхностные явления в таких случаях не играют большой роли. При значительном диспергировании тела число молекул, находящихся в поверхностном слое дисперсных частиц, возрастает. С увеличением степени дисперсности поверхностные пограничные слои приобретают большее значение, чем внутренние. Этим объясняется тот факт, что поверхностные явления в наибольшей степени проявляются в коллоидно-дисперсных системах, обусловливая их особые свойства. Было установлено, что поверхность, отделяющая одну фазу системы от другой и называемая поверхностью раздела, обладает особым запасом поверхностной энергии, чем отличается по своим физико-химическим свойствам от внутренних частей обеих фаз. Образование этой поверхностной (свободной) энергии объясняют следующим. Каждая молекула, находящаяся внутри фазы, окружена себе подобными, благодаря чему силовое поле такой молекулы симметрично насыщено. У молекул же, находящихся на поверхности, часть силового поля находится вне фазы, вследствие чего оно является ненасыщенным; связь этой молекулы с другими -- асимметричная. Ненасыщениость силового поля и является источником свободной (избыточной) энергии поверхности. Экспериментально определяется также удельная поверхностная свободная энергия, называемая поверхностным натяжением жидкости на границе с другой фазой,-- обычно с насыщенным паром этой жидкости. Существенное значение в процессах, происходящих на границе двух фаз, одна из которых является жидкостью, имеет полярность, которая, по П. А. Ребиндсру, называется «мерой напряженности межмолекулярных сил, действующих в данной фазе». Степень полярности жидкости может определяться ее диэлектрической постоянной, внутренним давлением, поверхностным натяжением на границе с какой-либо постоянной средой и др. С увеличением полярности жидкость ассоциируется в еще большей степени. Неполярные жидкости, как, например, некоторые углеводороды, вовсе неассоциирова-ны; они характеризуются наименьшими диэлектрической постоянной, внутренним давлением, поверхностным натяжением и т. д. Типичной полярной ассоциированной жидкостью считают воду.

Вещества, понижающие поверхностное натяжение, обычно положительно действуют в небольших концентрациях  и их называют поверхностно-активными (либо адсорбционно-активными) веществами. Поверхностно-активные вещества обладают сравнительно малым поверхностным натяжением на границе с воздухом. Наиболее изучены из них соли высших жирных кислот (мыла), соли нафтеновых и сульфокислот, белковые вещества и др. Эти органические вещества содержат полярные группы (СООН, ОН) и неполярную углеводородную цепь. На границе раздела двух фаз, имеющих различную полярность, эти поверхностно-активные вещества ориентируются так, что полярная часть обращается в сторону полярной фазы -- воды, а неполярная углеводородная цепь -- в сторону неполярной фазы -- воздуха.

Существенное значение в этом случае имеет длина углеводородной цепи. При малых ее размерах силы притяжения полярной цепи не уравновешиваются неполярной частью углеводородной цепи и полярная часть полностью растворяется в воде. С увеличением длины углеводородной цепи (неполярыой части) растворимость в воде уменьшается, так как из-за своей неполярности углеводородная цепь не имеет никакого сродства к воде. Такое расположение адсорбированных молекул в поверхностном слое уменьшает асимметричность силового поля, снижает его поверхностную (свободную энергию). В результате происходит адсорбция, и поверхностное натяжение раствора уменьшается. Это является причиной образования только мопомолекулярного слоя адсорбированных молекул, так как адсорбционные полярные молекулы, существенно уменьшая силовое поле поверхностного слоя, делают практически невозможным дальнейшее энергичное их притяжение.

Таким образом, адсорбционные (насыщенные) слои представляют собой ориентированные полярные молекулы и обладают пониженным поверхностным натяжением. Слои эти характеризуются определенной поверхностной прочностью. Наибольшей поверхностной прочностью обладают пленки защитных коллоидов и полуколлоидов, а также поверхностно-активных веществ с высокой молекулярной массой, находящихся в растворе в виде молекул и ионов. От поверхностной прочности адсорбционных пленок зависит главным образом их защитное и стабилизирующее действие. Оно предотвращает коагуляцию частиц дисперсной фазы твердого вещества в концентрированной суспензии или, что то же самое, вызывает пептизацию коагуляционных структур, естественно образующихся в таких суспензиях за счет сцепления частиц между собой.

Молекулярная природа в этом случае хорошо характеризуется отношением к смачиваемости, в зависимости от характера которой тела разделяются на гидрофильные -- избирательно смачиваемые водой и гидрофобные -- избирательно смачиваемые не водой, а углеводородными соединениями, такие, как бензол, керосин и т. п. Гидрофильными являются, главным образом, концентраты сульфитно-дрожжевой бражки; гидрофобными--мылонафт, асидол-мылонафт, олеиновая кислота и др. Эти органические вещества, специально добавляемые к цементам, улучшают его некоторые строительно-технические свойства. Использование указанных добавок ПАВ позволило организовать производство двух новых видов цемента -- пластифицированного и гидрофобного.