Slavdom-nn.ru

Славдом НН
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое клинкер цемент чем он опасен

Цемент. История. Разновидности.

Цемент начали производить в прошлом столетии. В начале 20-х годов XIX в. Делиев Е. получил обжиговое вяжущее из смеси извести с глиной и опубликовал результаты своей работы в книге, изданной в Москве в 1825 году. В 1856 г. заработал первый в России завод портландцемента. *

Цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для изготовления бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют его на крупных механизированных и автоматизированных заводах.

Цемент — это собирательное название группы гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления.

В группу цемента входят все виды портландцемента, пуццоланового портландцемента, шлакопортландцемента, глиноземистый цемент, расширяющиеся цементы и некоторые другие.

Цемент каждого вида может при твердении развивать различную прочность, характеризуемую маркой. Марки цемента регламентированы строительными нормами и правилами (СНиП) и ГОСТом. Выпускают цементы преимущественно марок 200, 300, 400, 500 и 600 (по показателям испытания в пластичных растворах).

С повышением марки цемента эффективность его применения в бетонах часто возрастает за счет уменьшения удельного расхода вяжущего.

Из числа цементов разных видов наиболее важное значение имеет портландцемент.

Портландцемент не всегда удовлетворяет отдельным специальным требованиям, которые предъявляют к бетонам и строительным растворам при различных условиях их применения. Поэтому промышленность выпускает некоторые разновидности портландцемента: сульфатостойкий, с умеренной экзотермией, быстротвердеющий, гидрофобный, пластифицированный и некоторые другие цементы.

Сульфатостойкий портландцемент изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава: в клинкере должно быть не более 5% трехкальциевого алюмината и не более 50% трехкальциевого силиката.

Низкое предельное содержание трехкальциевого алюмината требуется потому, что сульфатная коррозия развивается в результате взаимодействия сульфатов, находящихся в окружающей среде, с трехкальциевым гидроалюминатом цементного камня. Если в цементном камне С3А присутствует в малых количествах, то образуется незначительное количество гидросульфоалюмината кальция. Тогда он не опасен, так как распределяется в порах бетона, вытесняя оттуда воду или воздух, и внутренних напряжений в бетоне не вызывает. В небольших количествах гидросульфоалюминат кальция даже иногда полезен, так как уплотняет бетон.

В клинкере сульфатостойкого портландцемента ограничивается также содержание трехкальциевого силиката для уменьшения величины тепловыделения цемента. Поэтому сульфатостойкий портландцемент обладает повышенной сульфатостойкостью и пониженной экзотермией, т.е. качествами, необходимыми при изготовлении бетонов для отдельных зон гидротехнических и иных сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии. Сульфатостойкий портландцемент обычно выпускают двух марок — 300 и 400.

Портландцемент с умеренной экзотермией изготовляют из клинкера, который должен содержать не более 50% трехкальциевого силиката и не более 8% трехкальциевого алюмината. Такой цемент при умеренной экзотермии отличается также несколько повышенной сульфатостойкостью, поскольку в нем обычно содержится умеренное количество трехкальциевого алюмината.

Этот вид портландцемента применяют в гидротехническом строительстве в массивных бетонных конструкциях, подвергающихся частому попеременному замораживанию и оттаиванию в пресной или слабо минерализованной воде. Марка по прочности обычно 300 и 400.

Быстротвердеющий портландцемент содержит много трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината и очень тонко измельчен. Поэтому такой цемент характеризуется интенсивным нарастанием прочности в первый период твердения — через 1 и 3 суток. Выпускается также особо быстротвердеющий цемент. Он показывает через трое суток прочность при сжатии 450- 500 кГ/кв. см (при испытании в жестких растворах).

Гидрофобный портландцемент изготовляют, вводя при помоле клинкера 0,1 — 0,2% мылонафта, асидола, окисленного петролатума, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизующих поверхностно-активных добавок.

Читайте так же:
Стяжка пола цемент или самовыравнивающаяся смесь

Эти вещества, адсорбируясь на частицах цемента, образуют тончайшую — в среднем мономолекулярную, т. е. толщиной в одну молекулу, оболочку. Но эта тончайшая оболочка придает цементу особые свойства. В этом сущность гидрофобизации цемента как метода, позволяющего в определенной степени управлять свойствами цемента в отношении действия воды на различных этапах его использования.

Как известно, взаимодействие цемента с водой есть двуединый противоречивый процесс. Сродство к воде органически присуще цементу, без этого свойства он не мог бы служить вяжущим веществом. Но вместе с тем на определенных стадиях применения цемента вода для него вредна. Так, при хранении и перевозках цемент портится от влаги, вода с содержащимися в ней примесями вызывает коррозию цементного камня и при частом попеременном замораживании и оттаивании цементных материалов разрушает их.

Задача преодоления противоречий, заложенных в самой природе цемента, в известной мере решается его гидрофобизацией.

Гидрофобный цемент при перевозках и хранении даже в очень влажных условиях не портится. Поверхностно-активные вещества, содержащиеся в нем, оказывают пластифицирующее действие на бетонные (растворные) смеси, а также уменьшают водопроницаемость и повышают коррозионную стойкость и морозостойкость бетона. Например, если обычный бетон выдерживает 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания, то гидрофобизированный может выдержать 1000 и более циклов.

Марки гидрофобного цемента те же, что и портландского. Гидрофобный цемент был создан в СССР. На основе советского опыта было начато изготовление этого цемента и за границей (например, в Англии).

Пластифицированный портландцемент получают, вводя при помоле клинкера около 0,25% сульфитно-спиртовой барды (считая на сухое вещество) от веса цемента. Это поверхностно-активное вещество пластифицирует бетонные смеси, преимущественно жирные, позволяет снижать водоцементное отношение без ухудшения подвижности смесей и в ряде случаев дает возможность уменьшать расход цемента. Вместе с тем повышается морозостойкость отвердевшего бетона.

Белый портландцемент изготовляют из маложелезистого клинкера (серый цвет обычного цемента обусловлен главным образом наличием соединений железа в исходных сырьевых материалах).

Цветные цементы получают на основе белого портландцементного клинкера путем совместного помола с пигментами различных цветов, например с охрой, железным суриком, окисью хрома. Можно также получать цветные цементы смешиванием белого цемента с пигментами. Применение белого и цветных портландцементов, способствующее архитектурно-декоративному оформлению сооружений, имеет большое значение в индустриальной отделке крупноэлементных зданий. Эти цементы применяют также для цветных цементнобетонных дорожных покрытий, например на площадях у монументальных сооружений. Кроме перечисленных, имеются еще некоторые специальные сорта портландцемента, например тампонажный, для производства асбестоцементных изделий.

*Материалы взяты из открытых источников, используются в некоммерческих целях.

Шлаковый цемент – что это и для чего нужен, характеристики

Шлакопортландцемент – гидравлическое вяжущее, получаемое путем совместного помола клинкера, гипса и гранулированного доменного или электротермометаморфического шлака. Есть и другой способ производства этого вяжущего – раздельный помол компонентов с последующим их перемешиванием. Долгое время шлак считался бесполезным отходом металлургических производств, но практика показала, что с помощью его добавления в цемент можно добиться ценных характеристик вяжущего. Количество шлака в вяжущем составляет 20-80 %. До 10 % этого компонента может заменяться трепелом или другой активной добавкой.

Производство гранулированного шлака

Шлак – побочный продукт металлургического производства, состоящий из кварца, оксидов кальция, магния. Расплавленный шлак, предназначенный для добавки в портландцемент, подвергается ускоренному охлаждению водой или паром – грануляции. Скоростное охлаждение предотвращает кристаллизацию продукта, он остается в химически активном стеклообразном тонкозернистом состоянии. Гранулированный шлак, благодаря сохранению химической активности, вступает во взаимодействие с компонентом клинкера – гидроксидом кальция – с образованием гидросиликата и гидроалюмината кальция.

Читайте так же:
Объем 1 литр цемента

Компоненты цемента со шлаком:

  • Клинкер с содержанием магния не более 6 %. Оксид магния снижает прочность бетона.
  • Доменный или электротермометаморфический шлак – 20-80 %. Оптимальное количество шлаковых добавок зависит от требуемых характеристик вяжущего.
  • Гипс природный чистый и гипс, содержащий фосфор, бор, фтор. Содержание гипсовых компонентов не должно превышать 5 % от общей массы клинкера.

Компоненты высушивают в специальных камерах. Влажность после высушивания не превышает 1 %. После этого их перемалывают до состояния тонкодисперсного порошка.

Характеристики шлакопортландцемента

Зачем в цемент добавляют шлак?

С помощью этого технологического приема удается добиться получения целого комплекса полезных характеристик:

  • Повышеннаястойкость материала к мягким и сульфатным водам, благодаря отсутствию активных компонентов и плотной молекулярной структуре. ШПЦ может использоваться для строительства конструкций, эксплуатируемых во влажной среде.
  • Пониженноетепловыделение, что является положительным моментом при строительстве массивных конструкций, но отрицательным при бетонировании в холодные периоды года.
  • Умереннаяводопотребность.
  • Высокаяводостойкость и морозостойкость.
  • Повышеннаяжаростойкость – +600…+800 °C.
  • Стоимость, которая ниже стоимости традиционного портландцемента на 15-20 %. В масштабах крупного строительства этот фактор обеспечивает существенную экономию.
  • Возможность применения для строительства как наземных, так и подземных конструкций.

Цемент со шлаком отличается от цемента традиционного состава меньшей плотностью, что снижает массу готовой строительной конструкции или бетонного изделия.

Минусом шлакосодержащего материала считается замедленное твердение в первое время после заливки. Особенно медленно оно протекает при пониженных температурах. Твердение шлакопортландцемента можно значительно ускорить применением тепло-влажностной обработки. Поэтому такое вяжущее активно используется при производстве изделий, подвергаемых пропариванию.

Можно назвать еще одну отрицательную характеристику цемента со шлаком – меньший гарантированный срок годности, по сравнению с обычным ПЦ. Шлакопортландцемент способен сохранять рабочие характеристики на протяжении всего 45 суток после отгрузки с завода-изготовителя. При хранении необходимо соблюдать нормативные требования, иначе ШПЦ потеряет рабочие характеристики еще быстрее.

Виды цемента с добавкой шлака

Шлакопортландцемент по скорости твердения делится на два основных типа:

  • Нормальнотвердеющий. По набору прочности отстает в первые дни от обычного портландцемента. Но после трех недель твердения прочность ШПЦ выше прочности ПЦ аналогичной марки.
  • Быстротвердеющий. В составе такого вяжущего присутствуют ускорители твердения вулканического и минерального происхождения – пепел, пемза и другие. Марочную прочность такое вяжущее способно набрать уже после 7-14 суток твердения.

Области применения цемента со шлаком

Для чего пригоден цемент с содержанием шлака более 20 %:

  • Производство ЖБИ – панелей, плит перекрытия.
  • Изготовление монолитных строительных конструкций объектов жилого и промышленного назначения.
  • Изготовление бетонных изделий с применением пропаривания.
  • Строительство объектов с применением различных способов тепло-влажностной обработки.
  • Устройство дорожного полотна.
  • Производство бетонных труб для устройства инженерных коммуникаций.
  • Строительство мостовых конструкций и эстакад.
  • Приготовление штукатурных и кладочных растворов.

Бетонные смеси и строительные растворы на основе шлакопортландцемента в нашей стране распространены не очень широко. Они изготавливаются в заводских условиях, а их использование в строительстве контролируется инженерами-строителями.

  • Строитель с 20-летним стажем
  • Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Опасный бетон. Почему главному строительному материалу нужна альтернатива

Бетон даже более вездесущ в современных городах, чем пластик. Тем не менее мы гораздо реже задумываемся о том, какой вред наносит этот материал природе. О том, как бетон связан с недостатком воды, климатическим кризисом и стихийными бедствиями рассказывает наш автор Полина Лебедева.

Читайте так же:
Опилки с цементом или гипсом

Бетон — самый широко используемый строительный материал планеты. Каждый день мы проходим среди бетонных зданий и гуляем по заасфальтированным дорогам. Человечество настолько привыкло к этому, что большинство даже не задумывается о количестве бетона, сопровождающего нас в повседневной жизни. Простой пример: если разделить массу этого материала, используемого каждый год в строительстве, на население планеты, то окажется, что на одного человека приходится около 3 тонн бетона. Таким образом, бетон — это второй по объему потребления ресурс после воды.

С точки зрения экологии, бетон представляет собой одну из самых больших угроз для планеты и климата на каждом шаге его производства, использования и даже на протяжении многих лет после строительства. Но обо всем по порядку.

Минус вода и песок

Основными компонентами бетона являются цемент, щебень, песок и вода. Казалось бы, всего этого на Земле в избытке. Но количество производимого бетона означает, что многие ресурсы оказываются под угрозой.

Дело в том, что для бетона не подойдет любой песок — необходим именно морской его вариант. Он обкатан водой, а не ветром, и такие песчинки лучше крепятся друг к другу. Тогда как пустынный песок более округлый и не подходит для производства бетона. Человечество использует морской песок гораздо быстрее, чем волны океанов успевают пополнить запасы — со временем это неизбежно приводит к его нехватке. Правда, в России в основном используется не морской, а карьерный песок, но эта оговорка не умаляет глобальную проблему.

Работы в песчаном карьере. Фото: С. Лидов / РИА Новости

С водой дела обстоят не лучше. В 2012 году 9% всей использованной человечеством воды ушло исключительно на производство бетона. Согласно прогнозам журнала Nature Sustainability к 2050 году 75% всей воды, необходимой для производства бетона, будет использоваться в развивающихся странах. Например, в Индии, где жителям мегаполисов воды уже сейчас не всегда хватает даже для питья.

Цемент значит CO2

Цемент для производства бетона создается путем измельчения клинкера и гипса. Для того чтобы из глины и известняка сделать клинкер, их необходимо нагреть до 1400°C. Такие температуры требуют больших затрат энергии, а это значит, что в атмосферу попадает огромное количество углекислого газа. За 2015 год 8% всего высвобожденного человечеством CO2 пришлось исключительно на производство клинкера. Если бы бетон был страной, он занимал бы третье место по уровню выбросов — после США и Китая.

Итак, с экологическими проблемами при производстве разобрались. Но что же происходит после того, как бетон уже залит, здания построены, и шоссе забетонированы? Казалось бы, худшее уже позади, но на самом деле проблемы только начинаются.

От потепления до наводнений: как бетон меняет климат городов

Дело в том, что наши бетонные города в жаркие дни нагреваются гораздо быстрее, чем деревни, где этот материал почти не используется. Этот феномен — городской остров тепла — хорошо изучен географами и урбанистами. В частности известно, что разница температур в городах с населением более миллиона человек и за их пределами может достигать 5°C. Это приводит к проблемам со здоровьем у жителей, ухудшению качества питьевой воды, а также повышает потребление электричества для вентиляторов и кондиционеров — т.е. возникают дополнительные выбросы CO2. Возникает петля обратной связи, хорошо известная климатологам: повышение температуры приводит к еще большему повышению температуры.

Читайте так же:
Если использовать чистый цемент

  • Вид на Красную площадь, окутанную пеленой дыма. Фото: Константин Чалабов / РИА Новости
  • Марсель в жарку погоду. Фото: unsplash.com

Одно из самых заметных следствий глобального потепления — увеличивающееся с каждым годом число природных катастроф: цунами, землетрясений, торнадо, наводнений… Список можно продолжать бесконечно, но, в случае с бетоном, больше всего нас должны волновать наводнения. Забетонированные дороги и шоссе не позволяют пришедшей воде быстро уходить в землю. Так, наводнения становятся более разрушительными. Они приносят с собой больший экономический ущерб, уносят большее количество человеческих жизней и затрудняют восстановление разрушенных городов.

В 2017 году американский мегаполис Хьюстон пережил самое мощное наводнение в своей истории. Оно унесло не менее 80 жизней, а экономический ущерб был оценен в 70 миллиардов долларов. Ученые сходятся во мнении, что основной причиной разрушений стал именно бетон, так как Хьюстон — один из самых забетонированных городов континента.

Экологичные альтернативы бетону

Бетонный кризис действительно существует. Но правда ли все настолько плохо? И да, и нет.

За последние 20 лет количество углекислого газа, попадающего в атмосферу из-за бетона, уменьшилось в среднем на 18% благодаря увеличению энергоемкости технологий производства. Более того, стали появляться компании, занимающиеся разработкой более экологичных альтернатив привычным строительным материалам.

Множество предприятий по всему миру сегодня работают над тем, чтобы сделать бетон более «зеленым». Правда, большинство из них останавливаются на вторичном использовании элементов бетона: это помогает экономить ресурсы и затраты на производство. Но есть и те, кто идет дальше.

Например, компания SolidiaTech разработала собственную технологию Solidia, которая позволяет снизить количество высвобождаемого CO2 до 60%, и не требует при этом установки нового оборудования. Также у них есть второй вариант производства цемента, при котором затвердевание происходит не с добавлением воды, а при использовании углекислого газа. Это существенно снижает стоимость и длительность процесса, и, самое главное, сокращает концентрацию CO2 в атмосфере.

При производстве 30 блоков бетона из атмосферы поглощается 22 кг С02
(столько же, сколько 1 дерево поглощает за год). Фото: SolidiaTech

Кто-то идет еще дальше, и предлагает полностью отказаться от использования цемента в строительстве в пользу, например, дерева или железного камня Ferrock, созданного из отходов металлургической промышленности. Пока сложно сказать, чем конкретно человечество заменит бетон. Большинство существующих альтернатив не обладают таким же набором качеств (твердость, морозостойкость, теплопроводность и простота создания), или требуют значительно больших денежных затрат на этапе производства и ухода.

Фото: ing.dk

Мы еще очень далеки от решения проблемы бетона. По самым оптимистичным оценкам, при существующих темпах развития миру потребуется около 20 лет, чтобы новые материалы полностью заменили собой стандартный бетон. Также экологичных разработок может оказаться недостаточно — многие считают, что без строгого регулирования со стороны государства на уровне законодательства отказаться от бетона не получится.

Бетон предоставил нашей цивилизации возможность развиться до того уровня, на котором мы сейчас находимся. Его дешевизна, стойкость и простота производства позволили забыть о проблемах, преследующих человечество на протяжении всего хода истории — недостаток жилья и его недолговечность. Но настоящее ставит перед нами новые вызовы, и если мы предпочтем их игнорировать в угоду экономической выгоды, условия жизни на планете могут необратимо измениться.

Что такое цементный клинкер? Состав и использование

Цементный клинкер — производится на стадии обжига при производстве цемента и используется в качестве связующего во многих цементных изделиях.

Читайте так же:
Каким цементом кладут печь

При нагревании смеси, полученной из известняка (около 75 %) и глины (около 25 %) или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры 1450°С происходит частичное плавление и образуются гранулы клинкера .

Кусочки клинкера обычно имеют диаметр 3-25 мм и темно-серого цвета.

Состав клинкера

Состав клинкера рассматривается двумя отдельными подходами:

  • минералогический анализ с использованием петрографической микроскопии или рентгеноструктурного анализа;
  • химический анализ, наиболее точно методом рентгеновской флуоресцентной спектрометрии.

Четыре главные фазы клинкера

Алит. Является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров. Его содержание составляет 50—70 %.

Белит. Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15—30 %.

Алюминатная фаза. Содержание алюминатной фазы составляет 5—10 % для большинства нормальных цементных клинкеров.

Алюмоферритная фаза. Ферритная фаза (CaAlFe) составляет 5—15 % обычного цементного клинкера.

Термохимия клинкера

Сырье забирается в печь при комнатной температуре. Внутри печи температура продолжает повышаться, и когда она достигает своего пика, при быстром охлаждении образуется клинкер. Хотя стадии реакции часто пересекаются, они могут быть выражены в четко определенной последовательности следующим образом:

  1. 65-125 ° C : испаряется свободная вода. Чистая подводимая теплота: 2145 кДж/кг клинкера.
  2. 400-650 ° C : глина разлагается эндотермически, и щелочи вступают в реакцию с атмосферой печи с образованием жидких сульфатов. Чистая тепловая мощность: 42,2 кДж/кг клинкера.
  3. 500-650 ° C : доломит разлагается эндотермически. Чистая потребляемая энергия: 19,7 кДж.
  4. 650-900 ° C : карбонат кальция эндотермически реагирует с диоксидом кремния с образованием «зарождающегося белита». Чистая тепловая мощность: 722,5 кДж
  5. 700-900 ° C : карбонат кальция эндотермически реагирует с оксидом алюминия и оксидом железа с образованием зарождающегося алюмината и феррита. Чистая тепловая мощность: 207,2 кДж.
  6. 900-1050 ° C : когда весь имеющийся оксид кремния, оксид алюминия и оксид железа прореагировали, оставшийся карбонат кальция эндотермически разлагается до оксида кальция. Потребность в тепле: 601,9 кДж / кг клинкера.
  7. 1300-1425 ° C : алюминат, феррит и часть белита эндотермически плавятся, а белит реагирует с оксидом кальция с образованием алита.
  8. 1425-1300 ° C : пройдя пиковую температуру, расплав экзотермически замерзает, превращаясь в алюминат, феррит и белит.

Использование клинкера: преобразование в цемент

Клинкер, в сочетании с добавками и измельченный в мелкий порошок, используется в качестве связующего в цементных изделиях. Различные вещества добавляются для достижения определенных свойств в производимом цементе. Гипс, добавляемый и измельчаемый клинкером, регулирует время схватывания и дает наиболее важное свойство цемента — прочность на сжатие. Это также предотвращает агломерацию и покрытие порошка на поверхности шариков и стенок мельницы. Некоторые органические вещества, такие как триэтаноламин (используется в количестве 0,1 мас.%), добавляется в качестве измельчающих добавок, чтобы избежать агломерации порошка. Другими добавками, которые иногда используют, являются этиленгликоль, олеиновая кислота и додецилбензолсульфонат. Наиболее заметным типом производимого цемента является портландцемент, но некоторые активные ингредиенты химических добавок могут добавляться в клинкер для производства других типов цемента, таких как:

  • молотый гранулированный доменный шлак цемент
  • пуццолана цемент
  • кремнеземистый цемент

Клинкер в основном используется для производства цемента. Поскольку он может храниться в сухом состоянии в течение нескольких месяцев без заметного ухудшения, он продается в больших количествах на международном рынке. Производители цемента покупают клинкер для своих цементных заводов в тех местах, где сырья для цемента мало или нет в наличии.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector