Сухой способ производства. При сухом способе производства портландцемента выбор схемы зависит от физических и химиче­ских свойств сырья.

Схема производства портландцемента по сухому способу во вращающихся печах при использовании в качестве сырья известня­ка и глины приведена на рис. 2. Производство портландцементно-го клинкера в этом случае складывается из следующих операций.

После выхода из дробилки известняк и глину высушивают до влажности примерно 1%, после чего измельчают в сырьевую му­ку. Помол и сушку сырьевой смеси целесообразно вести одновре­менно в одном аппарате — сепараторной мельнице. Этот способ более эффективен и применяется на большинстве новых заводов, ра­ботающих по сухому способу.

Сырьевую муку заданного химического состава получают пу­тем дозирования сырьевых компонентов в мельницу с последую­щим усреднением и корректированием сырьевой шихты в специаль­ных смесительных силосах, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо низким или высоким титром (содержанием СаСОз).

Затем подготовленная сырьевая смесь поступает в систему цик­лонных теплообменников, состоящую из нескольких ступеней цик­лонов. Время пребывания смеси в циклонных теплообменниках не превышает 25—30 с. Из циклонов материал подается в печь, отку­да клинкер пересыпается в холодильник. После охлаждения клин­кер направляется на склад. Другие технологические операции при сухом способе производства — подготовка гидравлических добавок и гипса, помол цемен­та, его хранение и отправка потребителю — такие же, как и при мокром способе.

Рис. 2. Технологическая схема производства цемента по сухому способу: 1— экскаватор. 2 — самоходкая дробилка, 3 — штабелеукладчик, 4 — роторная машина, 5 — кран-перегружатель, 6 — вагоноопрокидыватель, 7—приемные бункера сырья, 8 —дозирующее и транспортирующее устройство. 9 — мельница предварительного измельчения «Аэрофол». 10 — сепаратор, 11 — трубная мельница. 12 ~~ топка. 13 — циклон, 14 — мельничный вентилятор, 15 — кондиционер, 16 — электрофильтр. 17 — аспнирационный вентилятор, 1В — дымовая труба, 19— механизм уборки пшш. 20 — пневмокамерные насосы, 11- корректирующие снлосы, 22—рас­ходные силосы, 23 —расходный бункер постоянного уровня, 24 —весовой дозатор (расходомер). 25 — пневмоподъемник. 26 —рукавный фильтр, г/ — циклонные теплообменники, 28 — вращающаяся печь. 23 — колосниковый холодильник, 30 — вентилятор острого дутья, 31 — вентилятор двоякого прососа, 32 — вентилятор общего дутья, 33 — дробилка клинкере, 34— конвейер клинкере, 35 — силосы, 36 — регулировочный шиб«р. 57 — прием­ный бункер, Зе~ питатель-дозатор, 39 — дробилка, 40 —сушильная установка, 41 — дымосос, 42 — вентилятор, 43 — весовой дозатор. 44 —кои-веяер. 45— трубная мелышца, 46 — элеватор, 47 —сепаратор. 48 — рукавный фильтр, 49-вагон-цемеитовоз, 50 — автодемстговсз, 51 —весы, 52—цементный силос.

Комбинированный способ производства. При комбинированном способе производства сырьевая смесь в виде шлама, полученного по мокрому способу производства, подвергается обезвоживанию и грануляции, а затем обжигается в печах, работающих по сухому способу.

Основные технологические операции и последовательность их выполнения при комбинированном способе производства портланд­цемента следующие.

Выходящий из сырьевой мельницы шлам влажностью 35—40% после его корректирования поступает в вакуум-фильтр или пресс-фильтр, где он обезвоживается до влажности 16—20%. Образую­щийся при этом «сухарь» смешивается затем с пылью, уловленной электрофильтрами из дымовых газов печи; добавка пыли предот­вращает слипание кусков «сухаря» и приводит к уменьшению влажности смеси до 12—14%. Приготовленная таким образом смесь поступает на обжиг, который осуществляется во вращаю­щихся печах.

Все остальные операции производства портландцемента по ком­бинированному способу не отличаются от соответствующих опера­ций при мокром способе производства.

11)

Портландцемент представляет собой гидравлический вяжущий продукт тонкого помола цементного клинкера, который получается путем обжига до спекания природного сырья или искусственной сырьевой смеси определенного состава. Сырье, пригодное для получения портландцемента должно иметь 75-78% карбоната кальция и 22-25% глины. Такое природное сырье встречается крайне редко, поэтому заводы производящие цемент отлично работают на искусственных смесях из карбонатных пород и глины. Спёкшаяся сырьевая смесь в виде зерен 40-50 мм называется клинкером.

13)

К основным свойствам портландцемента (ГОСТ 10178—85) относятся тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания, равномерность изменения объема и прочность (марка): цемента. При необходимости оценивают и другие свойства: плотность и насыпную плотность, тепловыделение, стойкость в различных условиях среды и т. п.

Тонкость помола — один из факторов, определяющих быстроту твердения и прочность цементного камня. Обычный портландцемент измельчают довольно тонко — остаток на сите № 008 (4900отв/см2) не должен превышать 15%, что соответствует удельной поверхности цемента 2500...3000 ем2/г.

Водопотребность портландцемента характеризуется количеством воды (% массы цемента), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты, т. е. заранее заданной стандартной пластичности, определяемой погружением в тесто цилиндра пестика прибора Вика. Водопотребность зависит от минерального состава и тонкости помола цемента и колеблется в пределах 22...26 %.

Сроки схватывания и равномерность изменения объема цемента определяют на тесте нормальной густоты. Начало схватывания цементного теста должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания — tie позднее 10 ч. Сроки схватывания определяют с помощью прибора Вика путем погружения иглы этого прибора в тесто нормальной густоты. Для получения нормальных сроков схватывания при помоле клинкера вводят добавку двуводного гипса, а в случае необходимости — специальные добавки— замедлители или ускорители схватывания.

Процесс твердения цементного камня сопровождается объемными деформациями: набуханием при твердении в воде, усадкой при твердении на воздухе. Эти неизбежные изменения объема учитываются в производстве строительных работ, предусматривая устройство усадочных швов. Неравномерное изменение объема цементного камня при твердении связано с наличием в клинкере свободных оксидов кальция и магния, которые при гидратации расширяются, вызывая местные деформации. По стандарту равномерность изменения объема определяют в образцах-лепешках, изготовленных из теста нормальной густоты, которые через 24 ч предварительного твердения кипятят 3 ч в воде. Лепешки не должны деформироваться, на них не допускаются радиальные трещины. Цемент, не обладающий равномерностью изменения объема, нельзя применять в строительстве.

Прочность портландцемента является главным свойством, характеризующим его качество. В зависимости от предела прочности при сжатии и с учетом предела прочности при изгибе стандартных образцов-балочек через 28 сут твердения портландцемент разделяют на марки: 400, 500, 550, 600 (табл. 5.1),.

Фактическую прочность, полученную при испытании на осевое сжатие половинок указанных образцов, называют активностью цемента.

Прочность цемента при нормальных условиях твердения наиболее интенсивно нарастает в первые 7 сут твердения. Уже к 3 сут она составляет 30....35 %, а к 7 сут— 60...70 % от марки цемента. В дальнейшем рост прочности замедляется, но продолжается длительное время (месяцы, годы), следуя зависимости, близкой к логарифмической.

Тепловыделение при твердении цемента зависит от минерального состава и тонкости измельчения цемента и составляет через 7 сут твердения 168...335 кДж/кг цемента. При полной гидратации 1 кг СзА выделяет 1090 кДж, C3S —670 кДж, C4AF — 570. кДж и C2S — 353 кДж теплоты. При изготовлении тонких бетонных конструкций теплота гидратации быстро рассеивается и не вызывает существенного разогрева бетона. При возведении массивных бетонных конструкций (плотины, фундаменты, толстые стены и т. д.) возможно повышение температуры до 50 °С и более, что может вызвать значительные перепады температур в наружных и внутренних зонах, возникновение температурных напряжений, которые нередко являются причиной появления трещин в бетоне. В некоторых случаях, например при бетонировании конструкций в холодное время, повышенное тепловыделение играет положительную роль, способствуя поддержанию положительной температуры бетона.

14) Наряду с обыкновенным портландцементом выпускают большое количество его разновидностей: быстротвердеющий, пластифицированный, гидрофобный, сульфатостойкий, белый и цветной. Эти цементы более дорогие и рекомендуются толь­ко в тех случаях, когда их специальные свойства могут быть использованы с максимальной эффективностью.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) характеризуется более интенсивным нарастанием прочности в первые трое суток твердения. Более быстрое твердение цемента достигается за счет содержания в клинкере активных минералов (C₃S + С₃А = 60...65%), а также за счет повышения тонкости помола клинкера до удельной поверхности 3500...4000 см²/г. При помоле БТЦ допускается введение активных минеральных добавок (не более 15% по массе цемента) или доменных гранулированных шлаков (до 20%).

Пластифицированный портландцемент (ППЦ) получают помолом портландцементного клинкера вместе с гипсом и пластифицирующими добавками в виде концентрата сульфитно-спиртовой барды (ССБ) кальциевой или лигносульфоновой кислоты (ЛСТ) и других добавок в количестве 0, 15...0, 25% по массе цемента. Марки этого цемента — 400 и 500. Пластифицированный портландцемент придает растворным и бетонным смесям повышенную подвижность по сравнению с обычным портландцементом при одинаковом расходе воды.

Гидрофобный портландцемент (ГПЦ) получают путем введения при измельчении клинкера 0, 1...0, 3% мылонафта, асидола, синтетических жирных кислот и других гидрофобизирующих добавок. Осаждаясь на частицах цемента, эти вещества создают водонесмачиваемость оболочки, чем снижают его гигроскопичность. Поэтому гидрофобный цемент при длительном хранении даже во влажных условиях не портится, не комкуется, сохраняет свою активность.

Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ) получают тонким помолом клинкера следующего минералогического состава: C₃S — не более 50%, С₃А — не более 5, С₃А + C₄AF — не более 22, MgO — 5%. Введение в цемент инертных и активных минеральных добавок не допускается. При таком составе цемента уменьшается возможность образования в цементном камне (бетоне) под действием сульфатных вод гидросульфо-алюмината кальция — цементной бациллы. Выпускают СПЦ марки 400.

Белый портландцемент (БПЦ) — твердеющее на воздухе и в воде вяжущее вещество, получаемое измельчением белого маложелезистого клинкера, минеральных добавок и гипса. Выпускают БПЦ марок 400 и 500. По степени белизны белый портландцемент подразделяют на три сорта с коэффициентом отражения не менее 80, 75 и 68 % соответственно.

Цветной портландцемент (ЦПЦ) — твердеющее на воздухе и в воде вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения белого или цветного клинкера (не менее 80%), минеральных (не более 15%) и органических красителей, гипса и активной минеральной добавки (не более 6%). Органические пигменты вводят в количестве не более 0, 5% от массы цемента. Выпускают ЦПЦ марок 300, 400, 500 желтого, розового, красного, коричневого, зеленого, голубого и черного цвета.

15)

Цемент - один из наиболее широко применяемых, важных и дефицитных строительных материалов, и хотя в нашей стране ежегодно выпускается достаточное количество цемента, его нехватка постоянно ощущается. Причина не только в том, что масштабы строительства огромны - в большей степени дефицит цемента зависит от его излишнего расхода при приготовление бетонов и растворов, от сверхнормативных его потерь при транспортировке и хранении.

Одна из главных причин перерасхода цемента - необеспеченность высококачественными заполнителями и потеря им активности при неудовлетворительном хранении. Высокоактивные цементы при хранении в открытом виде (не в герметичной таре) быстро вступают в реакцию с содержащейся в воздухе влагой, в результате чего их марка снижается..

Неудовлетворенно обстоит дело и с транспортированием цемента. Перевозка цемента в крытых вагонах, навалом приводит при его разгрузке и перегрузке к значительным потерям. К тому времени, когда цемент дойдет до смесителя, потери его превышают нормативные (равные 1%)в несколько раз.

Специалисты считают, что можно сократить расход цемента (и при этом повысить качество и долговечность конструкций), если приготовлять бетон из чистых фракционированных заполнителей. Организация производства таких заполнителей потребует значительных капиталовложений, но для народного хозяйства это значительно выгоднее по сравнению с затратами на ремонты и замену железобетонных конструкций, часто выходящих из строя значительно раньше сроков, на которые рассчитана их эксплуатация. В зарубежной строительной практике ни одна фирма не производит бетон на заполнителях одной фракции 5-20 мм. Например, в Финляндии он готовится на четырех фракциях чистого крупного заполнителя и двух фракциях мелкого. При этом однородность выпускаемого бетона настолько высока, что его прочность определяется по испытанию одного образца: фирма, производящая бетон, гарантирует его марочную прочность.

Мощным средством экономии цемента являются химические добавки, и в первую очередь пластификаторы. До недавнего времени в нашей стране в качестве пластифицирующих добавок применялись разного рода отходя промышленности. Как правило, эффект от действия таких добавок был невысок, их химический состав часто не стабилен. Отечественная промышленность специально для бетонов начала выпускать эффективную пластифицирующую добавку - суперпластификатор С-3, котороая по своему действию не уступает лучшим зарубежным образцам аналогичного класса, а по стоимости в 5-6 раз дешевле. При введении в бетон этой добавки можно сэкономить до 20% цемента (при неизменной пластичности бетонной смеси). Не снижая расход цемента и не увеличивая пластичности бетонной смеси, но, снизив ее водоцементное соотношение, можно повысить прочность бетона на 20-25%.

Эффективность цемента можно повысить (а, следовательно, снизить его расход), увеличив тонкость его помола. На предприятиях сборного железобетона для того, чтобы бетон как можно скорее достиг распалубочной прочности, часто идут на завышение марки бетона путем увеличения расхода цемента. Можно избежать этого, если использовать вяжущее более тонкого помола: на таком вяжущем твердение бетона в раннем возрасте производит быстрее. Можно сэкономить цемент и другим путем: ввести в цемент песок, известняк или какой-либо другой наполнитель и с ним осуществить помол цемента. Однако, как показывают исследования, при этом марка вяжущего снижается, хотя и не совсем в прямой пропорции от количества введенного заполнителя. Для получения бетона марок до 200 и даже выше такое вяжущее вполне приемлемо. В зависимости от количества введенного заполнителя (30-50%)можно сэкономить до 50% цемента. Эффект может еще большим если применить суперпластификаторы.

Определенные резервы уменьшения расхода цемента имеются в раздельной технологии приготовления бетонной смеси. Хотя этот метод давно известен, однако до сих пор не нашел применения в технологии бетона. Для получения желаемого эффекта прежде всего, необходимы высокоскоростные смесители емкостью, соответствующей количеству раствора, необходимого на один замес бетонной смеси в обычном смесителе.

В Японии раздельный метод приготовления бетона применяется с успехом. Компактный турбулентный смеситель, необходимый для такого метода, смонтирован там непосредственно на основном бетоносмесителе, и их производительность полностью увязана между собой.

Отмечается, что один из больных вопросов проблемы экономии цемента - его потери при транспортировании хранении, значительно превышающие нормативные. Нельзя допускать доставку цемента в вагонах навалом, разгружать его вручную, хранить навалом под навесами и в сараях, транспортировать с большим количеством перегрузок с одного вида транспорта на другой. Особенно велики потери цемента при доставке в районы, где нет железных дорог и его приходится перегружать с железнодорожного транспорта на речной, а затем на автотранспорт. Этого можно избежать, если в такие районы доставлять не цемент, а цементный клинкер, качество которого не теряется при транспортировании и хранении. На месте его можно помолоть и всегда иметь свежий цемент высокой активности.

Имеются и другие пути экономии цемента - применение высококачественных форм для контрольных образцов, учет последующего нарастания прочности бетона рациональные подборы составов бетонов и растворов, применение автоматических устройств по дозированию составляющих и т.д. Если все это внедрить в производство и правильно использовать, проблема дефицита цемента была бы снята, так как это дало бы дополнительно не менее 30% цемента от производимого его объема.