Storossproject.ru

Декор и Мебель
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коэффициент насыщения цемента это

Модульные характеристики цементного клинкера

Качество цементного клинкера может быть охарактеризовано чис­ленными значениями модулей, выражающих соотношения между ко­личествами главных оксидов, взятыми в процентах по массе.

Первоначально для характеристики состава клинкера пользова­лись гидравлическим модулем (иначе называемым основным). Он вы­ражает отношение количества связанного оксида кальция к количеству кислотных оксидов:

Значение основного модуля ОМ, обозначаемого также буквой т, у современных цементных клинкеров колеблется в пределах 1,7-2,4. В настоящее время качество клинкеров принято характеризовать ко­эффициентом насыщения КН, силикатным модулем СМ (или п) и гли­ноземным модулем ГМ (или р).

Коэффициент насыщения показывает отношение количества ок­сида кальция, фактически связанного с кремнеземом, к количеству его, теоретически необходимому для полного связывания оксида крем­ния в C3S:

Коэффициент насыщения равен 1, если в клинкере образуется только С38 и совсем не образуется С28; в обратном случае, когда весь оксид кальция связывается в С28, КН = 0,64.

При расчете сырьевых смесей пользуются упрощенной форму­лой коэффициента насыщения:

Силикатный или кремнеземный модуль СМ (или п) показывает отношение между количеством кремнезема, вступившего в реакцию с другими оксидами, и суммарным содержанием в клинкере глинозема и оксида железа:

Силикатный модуль характеризует соотношение минералов- силикатов и минералов-плавней, показывает количество расплава при обжиге. Его численное значение для обычного портландцемента ко­леблется от 1,7 до 3,5, а для сульфатостойкого — повышается до 4 и более.

Елиноземный или алюминатный модуль ЕМ (или р) представляет собой отношение содержания глинозема к содержанию оксида железа:

Елиноземный модуль отражает соотношение минералов-плавней в клинкере, т. е. соотношение между трехкальциевым алюминатом и железосодержащими соединениями. ЕМ характеризует свойства рас­плава, образующегося при спекании, и прежде всего вязкость расплава (чем больше ГМ, тем больше вязкость). Значение этого модуля для обыч­ных портландцементов находится в пределах от 1 до 2,5.

Установить содержание в клинкере основных минералов можно экспериментальными методами (прежде всего, петрографическим ана­лизом). Приближенно оценить минеральный состав клинкера можно на основании данных химического анализа по формулам, предложен­ным В. А. Киндом,

Вид формул для расчета содержания минералов-плавней зависит от глиноземного модуля: при ГМ > 0,64

Расчет, получение и изучение свойств сырьевой смеси для цементного клинкера

При изготовлении портландцемента, глиноземистого цемента и ряда других вяжущих веществ сырьевая смесь составляется из двух и большего числа компонентов. В этих случаях производится расчет сырьевой смеси, имеющий целью определить количественное соотношение составных частей. Правильно произведенный расчет сырьевой смеси является одним из важнейших условий получения вяжущих веществ, удовлетворяющих по качеству заданным требованиям.

Расчет сырьевой смеси заключается в вычислении соотношения между компонентами на основании химического анализа сырьевых материалов и заданных характеристик состава вяжущих веществ.

Состав портландцементного клинкера характеризуется: содержанием составляющих клинкер окислов; значениями коэффициента насыщения и модулей; содержанием главных минералов составляющих клинкер.

Величины коэффициента насыщения и модулей определяют по следующим формулам:

,

где СаО, Al2O3, Fe2O3 и т. д. — содержание оксидов в портландцементном клинкере, %.

Наиболее распространен способ расчета сырьевой смеси по значениям коэффициента насыщения и модулей.

Число сырьевых компонентов должно быть на единицу больше числа заданных характеристик. Поэтому если задаются только величиной коэффициента насыщения, то сырьевая смесь составляется из двух компонентов; если кроме коэффициента насыщения задаются и величиной одного из модулей (силикатного или глиноземистого), то сырьевая смесь должна состоять из трех компонентов и т. д.

Читайте так же:
Как сделать крепкую цементную стяжку

Для удобства расчетов и возможности контроля правильности вычислений химический состав сырьевых материалов приводят к сумме, равной 100%.

Для упрощения расчетов содержание одного из компонентов (обычно находящегося в меньшем количестве) принимается равным 1.

В нижеприведенных расчетных формулах приняты следующие обозначения: СаО — С; SiO2 — S; Al2O3 — A; Fe2O3 — F; MgO — M; SO3 — S; потери при прокаливании — ппп, причем содержание оксидов в каждом из сырьевых компонентов обозначено приведеными буквами с индексом, показывающим принадлежность данного оксида к тому или иному компоненту. Содержание оксидов в готовом продукте обозначено буквами без индекса, а в сырьевой смеси — буквами с индексом 0.

Расчет двухкомпонентной сырьевой смеси для портландцемента можно производить по коэффициенту насыщения или гидравлическому модулю. Оба они характеризуют основность сырьевой смеси.

Рассмотрим расчет двухкомпонентной сырьевой смеси по коэффициенту насыщения. Допустим, что известен химический состав обоих материалов и задана величина коэффициента насыщения. Принимая, что в сырьевой смеси на одну весовую часть второго компонента приходится х весовых частей первого, можно написать следующие равенства:

; ; ; .

Подставляя указанные значения С, S, А и F в упрощенную формулу коэффициента насыщения, принятую для расчета сырьевой смеси,

и решая полученное уравнение относительно х, получим расчетную формулу для определения соотношения между первым и вторым компонентами:

.

В упрощенной формуле коэффициента насыщения отсутствуют поправки на свободный оксид кальция и свободный кремнезем, т. к. невозможно точно предугадать их содержание в клинкере. Необходимо стремиться к тому, чтобы в процессе обжига оксид кальция и кремнезем полностью связывались в клинкерные минералы. В упрощенной формуле не учитывается также количество СаО, связанного серным ангидритом, поскольку часть серы, присутствующей в сырье в виде сульфидных соединений, выгорает и окисляется, а серный ангидрит сернокислых соединений вследствие диссоциации при обжиге частично улетучивается. Поэтому количество оставшегося SO3, так же как и свободных оксидов кальция и кремнезема, можно определить только после обжига.

При расчете двухкомпонентной сырьевой смеси по гидравлическому модулю используют следующую формулу:

.

При расчете трехкомпонентной сырьевой смеси следует задаваться двумя характеристиками состава портландцемента: коэффициентом насыщения и силикатным или глиноземным модулем.

Принимая, что в сырьевой смеси на 1 вес. ч. третьего компонента приходится х вес. ч. первого компонента и у вес. ч. второго, можно записать следующие равенства:

; ;

; .

Подставляя указанные значения в формулу коэффициента насыщения и силикатного модуля

; ,

получим систему двух линейных уравнений с двумя неизвестными:

Для удобства расчетов примем следующие скоращенные обозначения:

Подставляя эти сокращенные обозначения в линейные уравнения, получим

Решая эту систему двух уравнений с двумя неизвестными, получим следующие значения х и у:

; .

При расчете четырехкомпонентной сырьевой смеси следует задаваться тремя характеристиками состава портландцемента: коэффициентом насыщения, силикатным и глиноземным модулями.

Принимая, что на 1 вес. ч. четвертого компонента приходится х вес. ч. первого компонента, у вес. ч. второго компонента и z вес. ч. третьего компонента, можно написать следующие равенства:

Читайте так же:
Как замешать цемент без бетономешалки

; ;

; .

Подставляя указанные значения в формулы коэффициента насыщения, силикатного и глиноземного модулей

; ; ,

получим систему трех линейных уравнений с тремя неизвестными:

Для удобства расчетов примем следующие сокращенные обозначения:

Подставив эти сокращенные обозначения в линейные уравнения, имеем

а1х + b1у + с1z = d1;

а2х + b2у + с2z = d2;

а3х + b3у + с3z = d3.

Решая эти уравнения, получим после соответствующих сокращений следующие значения для х, у и z:

;

;

.

Пример расчета трехкомпонентной сырьевой смеси. Химический состав исходных компонентов, пересчитанный на 100%, представлен в табл. 3.6.

Таблица 3.6.

Дата добавления: 2015-06-17 ; просмотров: 3921 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

§ 2. Характеристика портландцементного клинкера и методы расчета сырьевой смеси для его получения

Характеристика портландцементного клинкера. Качество портландцементного клинкера определяется его химическим и химико- минералогическим составами.

Химический состав характеризуется содержанием в клинкере различных окислов, основными из которых являются CaO, Si02, А1203 И Fe203. Наряду с основными окислами на свойства цемента могут существенно влиять также MgO, S03 и некоторые другие соединения, такие, как окислы щелочных металлов К20 и Na20, двуокись титана ТЮ2, фосфорный ангидрид Р205, окись марганца Mg203. Процентное содержание основных окислов в портландцементном клинкере находится в следующих пределах, %: СаО —62—67; Si02 —20—24; А1203 — 4—7; Fe203 —2—5; MgO, S03 и др. — 1,5—4.

Химико-минералогический состав клинкера характеризуется соединениями (минералами), которые образуются из основных окислов в процессе обжига, и соотношением между этими окислами, выражающимся коэффициентом насыщения кремнезема окисью кальция и различными модулями.

Минералогический состав клинкера. Портланд- цементный клинкер состоит из соединений (минералов), главнейшие из которых: трехкальциевый силикат (алит)—3Ca0-Si02; двухкальциевый силикат (белит)—2Ca0-Si02; трехкальциевый алюминат — ЗСаО-А1203 и четырехкальциевый алюмоферрит — 4Ca0-Al203-Fe203. Для удобства написания формул различных соединений приняты сокращенные обозначения соединений, в которых окислы обозначают первой буквой, относящейся к ним формулы, а индексы около букв показывают число молекул данного окисла. Так, 3Ca0-Si02 обозначается C3S; 2Ca0-Si02— C2S; ЗСаО • А1203 — С3А и 4СаО- Al203-Fe203 — C4AF.

Содержание основных минералов в клинкере обыкновенного портландцемента находится в следующих пределах, %: ЗСаОХ XSi02 —42—65; 2Ca0-Si02—15—50; ЗСаО-А12Оэ —2—15; 4Ca0-Al203-Fe203— 10—25.

Алит— основной минерал портландцементного клинкера. Существует три формы алита C3S, различающиеся по составу и кристалл ооптическим характеристикам. Кроме чистого C3S в клинкере находится трехкальциевый силикат, содержащий небольшое количество примесей Fe203, MgO, Р205, Мп203, А1203 и др. Для чистого C3S установлены две температурные области 1900—2070° С, в которых начинается обратный процесс разложения его на C2S и СаО. Алит определяет высокую прочность, быстроту твердения и другие свойства портландцемента.

Белит. Установлено существование четырех полиморфных форм белита C2S: а, а’, р и у. В портландцементном клинкере преобладает форма p-C2S.

В клинкерах с низким коэффициентом насыщения КН иногда наблюдается рассыпание его в порошок; это происходит за счет перехода при температуре 675° С активной формы p-C2S в гидравлически неактивную форму y-C2S.

В клинкере с обычным глиноземным модулем и невысоким КН встречаются С5А3 и С3А. В клинкерах с высоким КН содержится только С3А наряду с алюмоферритами кальция ( от СвАзг до СбАР2). В составе портландцементного клинкера встречаются также соединения, содержащие щелочи: Na20-8Ca0-3Al203 и К2ОХ Х23СаО- 12Si02.

Читайте так же:
Нормы расхода цементных растворов для пола

Смотрите также:

Портландцементный клинкер является продуктом спекания при обжиге сырьевой
Химический состав клинкера обыкновенного портландцемента характеризуется.

Сырьевыми материалами для изготовления портландцемент-ного клинкера служат карбонатные и глинистые горные породы.

Среди этих вяжущих выделяют цементы на основе портландцементного клинкера (портландцемент, шлакопортланд-цемент, пуццолановый портландцемент).

Химический состав клинкера. Сырьевыми материалами для производства портландцемент— ного клинкера чаще всего служат горные породы.

Цементы с повышенным содержанием в клинкере C:JS и С3А твердеют особо быстро и используются для изготовления быстротвердеющих портландцементов.

Коэффициент насыщения цемента это

Качество клинкера зависит от его химического и минералогического составов. Химический состав характеризуется содержанием в клинкере различных оксидов, а минералогический — количественным соотношением образующихся в процессе обжига минералов. По химическому составу портландцементный клинкер состоит в основном из (% по массе): СаО — 64—67; SiO2 — 21—25; А12О3 —4—8; Fe2O3 —2—4. Кроме того, в состав клинкера обычно входят (% по массе): 0,5—1 щелочей (Na2O+K2O); 0,5—5 MgO; 0,1—0,3 TiO2; 0,1— 0,3 P2O5.

Требования к химическим показателям цементов согласно ГОСТ 31108-2003 приведены в таблице 3.

В процентах массы цемента

Класс прочности цемента

Потеря массы при прокаливании, не более

Нерастворимый остаток, не более

Содержание оксида серы (VI) SO, не более

Содержание хлорид-иона CI, не более

* В цементе типа ЦЕМ III содержание хлорид-иона CI может быть более 0,10%, но в этом случае оно должно быть указано на упаковке и в документе о качестве.

** В отдельных случаях по специальным требованиям в цементах для преднапряженного бетона может быть установлено более низкое значение максимального содержания хлорид-иона Сl.

В клинкере могут быть также щелочные оксиды Na2O и K2O, перешедшие в него из сырьевых материалов и золы твердого топлива. Они вредят в том случае, если бетон изготовлен на заполнителях, содержащих аморфный кремнезем. Щелочи, реагируя с диоксидом кремния, образуют в водной среде водорастворимые силикаты калия и натрия с увеличением объема, что вызывает растрескивание бетона. Содержание Na2O и K2O в цементах при условии их применения в таких бетонов ограничивается до 0,6 %.

Главнейшие оксиды — SiO2; А12О3; СаО и Fe2O3— при обжиге взаимодействуют между собой, образуя клинкерные минералы, соотношение которых определяет свойства портландцемента. При осмотре шлифов цементного клинкера под микроскопом видно, что он состоит из кристаллов различной формы. Между ними размещено так называемое промежуточное вещество, представленное стекловидной фазой. Основные минералы клинкера: алит 3CaO-SiO2; белит 2CaO-SiO2; трехкальциевый алюминат ЗСаО×А12О3 и алюмоферриты кальция переменного состава от 8CaO-3Al2O3-Fe2O3 до 2CaO-Fe2O3. В практических расчетах алюмоферриты кальция обозначают одной формулой 4CaO-Al2O3-Fe2O3, соответствующей их среднему составу. Согласно ГОСТ 31108-2003 Суммарное содержание трехкальциевого и двухкальциевого силикатов (3СаО·SiO+2СаО·SiO) в клинкере должно быть не менее 67 % массы клинкера, а массовое отношение оксида кальция к оксиду кремния (СаО/SiO) — не менее 2,0.

Алит (алитовая фаза) состоит из трехкальциевого силиката. Однако отождествлять их по составу нельзя. При кристаллизации C3S из расплава он захватывает в свою структуру MgO, A12O3, Fe2O3 с образованием твердых растворов. Этот твердый раствор и называют алитом. В непрозрачных шлифах он представлен правильными призматическими кристаллами голубоватой окраски. В алитах промышленных клинкеров может содержаться (% по массе): 0,9—1,7 А12О3; 0,4—1,6 Fe2O3; до 0,3 Na2O; 0,1 К2О; 0,6 ТiO2 и др. На прочность и другие свойства портландцемента влияют форма кристаллов алита, их размеры, распределение по величине, степень закристаллизованности и т. д.

Читайте так же:
Цементные бочки с компрессором

Белит (белитовая фаза) клинкера является b-формой C2S. Для двухкальциевого силиката характерен полиморфизм. Известно пять структурных форм C2S. При медленном охлаждении и значительном содержании двухкальциевого силиката в клинкере происходит переход b-модификаций в g-модификацию, не обладающую гидравлическими свойствами. При этом наблюдается рассыпание клинкера в порошок вследствие увеличения объема, обусловленного различием примерно на 10 % плотностей b- и g-модификаций. Однако в промышленных условиях присутствие в клинкере оксидов фосфора, хрома, алюминия стабилизирует и позволяет сохранить эту неустойчивую модификацию, обладающую гидравлическими свойствами.

В клинкерах, охлажденных сравнительно быстро, белит присутствует в виде округлых зерен со слабовыраженной штриховкой. При медленном охлаждении кристаллы белита имеют неправильную форму, зернистую структуру и зазубренные края, что связано с выделением из них при охлаждении веществ, ранее находившихся в твердом растворе. Стабильность b-формы зависит не только от вида и количества примесей, но и от размеров кристаллов. Чем мельче кристаллы, тем они устойчивее.

Трехкальциевый алюминат в виде кристаллов входит в состав промежуточной фазы. Точная его структура неизвестна. В промышленных клинкерах С3А растворяет MgO, SiO2, Na2O.

Алюмоферриты кальция вместе с алюминатами и клинкерным стеклом образуют прослойки между зернами минералов. Они являются твердыми растворами. Конкретный состав алюмоферритной фазы определяется соотношением Al2O3/Fe2O3 в сырьевой смеси и режимом охлаждения клинкера. В промышленных клинкерах соотношение Al2O3/Fe2O3 колеблется в пределах 2,2—2,3.

Наряду с главными клинкерными минералами в состав клинкера входит незакристаллизованное стекло, имеющее переменный состав со значительным количеством А12О3 и Fe2O3. Содержание стекла зависит от скорости охлаждения и состава клинкера. Кроме того, в клинкере могут присутствовать свободные, не вступившие в химическое взаимодействие СаО и MgO. При высоком содержании в портландцементе свободного оксида кальция, называемого также свободной известью, а также MgO происходит растрескивание и разрушение затвердевшего камня. Современная технология обеспечивает выпуск клинкера с минимальным количеством свободного СаО (не более 0,5—1 %). Действие в твердеющем портландцементе свободного оксида магния аналогично действию свободной извести. Содержание MgO в обычном клинкере ограничено 5 %. Допускается содержание оксида магния MgO до 6,0 % массы клинкера при условии положительных результатов испытаний цемента из данного клинкера на равномерность изменения объема в автоклаве.

Таким образом, портландцементный клинкер представляет собой смесь нескольких «минералов». Даже тонкоизмельченные зерна являются гетерогенными (неоднородными), так как каждый из основных минералов неизменно присутствует в любом из зерен.

Минералогический состав клинкера влияет на технологию производства портландцемента и его свойства. Чем больше содержание алита, тем труднее идет обжиг, тем выше должна быть его температура. Повышение содержания С3А и особенно C4AF облегчает спекание клинкера, улучшает образование обмазки. Содержание минералов в клинкере влияет и на производительность цементных мельниц. С увеличением количества C3S размалываемость его улучшается, а с увеличением содержания C2S ухудшается, что объясняется меньшей твердостью алита и большей его хрупкостью. Труднее измельчаются клинкеры с повышенным содержанием алюмоферритов и клинкерного стекла.

Читайте так же:
Область применения цемента м500

Знание содержания в клинкере важнейших минералов позволяет достаточно точно прогнозировать свойства портландцемента: скорость набора прочности при различных условиях твердения, стойкость в пресных и минерализованных водах, тепловыделение при твердении и др. Это позволяет в зависимости от вида сооружения и условий его эксплуатации подбирать цемент соответствующего минералогического состава.

Алит — важнейший минерал портландцементного клинкера, основной носитель его вяжущих свойств. Он обусловливает возможность достижения высокой прочности в первые сроки твердения и определяет показатели прочности в 28-суточном возрасте. С увеличением содержания алита в клинкере (от 40 до 70 %) прочностные показатели цемента возрастают в линейной зависимости.

При более длительном твердении — до одного года и выше — важную роль в формировании прочности цементного камня играет белит. Он взаимодействует с водой значительно медленнее алита и в первые сроки твердения обладает низкой прочностью. Однако со временем белит догоняет алит по прочностным показателям. Скорость взаимодействия минералов с водой определяется особенностями их структуры.

Трехкальциевый алюминат С3А активно участвует в процессе твердения, особенно в начальный период. Увеличение в клинкере содержания СзА за счет соответственного снижения количества алюмоферритов кальция переводит цемент в разряд быстротвердеющих. При увеличении содержания алюмоферритов кальция в цементах они сначала твердеют медленно, но в длительные сроки достигают высокой прочности.

Вяжущие свойства цемента зависят и от характера кристаллической структуры. Наибольшую гидравлическую активность имеют клинкеры со средним размером кристаллов 20—40 мкм. Только за счет оптимизации структуры клинкера без изменения его фазового состава прочность цементного камня может быть повышена на 9—10 МПа. Регулирование минералогического состава и структуры клинкера — важнейшие технологические приемы, обеспечивающие получение цементов с заданными свойствами.

Рациональный состав клинкера зависит от условий работы конкретного завода, состава обжигаемой смеси, вида топлива, типа печей и т. д. При его подборе руководствуются следующими положениями. Для получения в обжигаемом материале необходимого количества жидкой фазы суммарное содержание C3A+C4AF, которые расплавляются в зоне спекания, надо поддерживать в пределах 18—22 % при содержании 5—8 % С3А. При рекомендуемом содержании минералов-плавней рациональные пределы для суммы C3S+C2S составят 75—78 % при содержании C3S 52—62 % и C2S—14— 24 %. Поскольку клинкер помимо основных минералов содержит некоторое количество и других соединений, то сумма C3S+C2S+C3A+C4AF обычно составляет 96— 98 %.

Чаще для характеристики состава клинкера пользуются не процентным отношением оксидов и клинкерных минералов, а соотношениями между оксидами в виде соответствующих модулей и коэффициента насыщения. Коэффициент насыщения (КН), предложенный русскими учеными В. А. Киндом и В. Н. Юнгом,— наиболее важная характеристика состава сырьевых смесей и клинкера. Коэффициент насыщения представляет собой отношение количества оксида кальция в клинкере, фактически связанного с кремнеземом, к количеству его, теоретически необходимому для полного связывания двуоксида кремния в трехкальциевый силикат:

Если КН =1, то извести в клинкере достаточно, чтобы весь SiO2 превратился в C3S. При КН

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector