Пошук

Хім. добавки для виробництва цементу

Цемент

Цемент – це популярний, один з головних будматеріалів, що за своєю суттю є штучною мінеральною гідравлічною речовиною неорганічної природи й має в’яжучі властивості. Контактуючи з водою, водними розчинами солей та іншими рідкими середовищами, формує масу з пластичними характеристиками, яка в подальшому тужавіє і трансформується у схожий до каміння матеріал. Основне призначення цементу – застосування в якості компонента бетону і будівельних розчинів. З його допомогою створюють бетон і армовані конструкції, фундаменти та балкові перекриття у висотних спорудах.

Будучи гідравлічним в’яжучим, цемент має таку особливість, як отримання міцнісних характеристик у вологих умовах. У цьому полягає його принципова відмінність від інших мінеральних в’яжучих, наприклад, від гіпсу та повітряного вапна, затвердіння яких відбувається винятково в повітряному середовищі.

З чого виготовляють цемент? Головний компонент, що входить до складу цього матеріалу – клінкер. Саме він впливає на властивості та міцність. Також використовують хім. добавки для виробництва цементу. Згідно зі стандартами виготовлення, активних мінеральних добавок у його складі може міститися близько 15 %. Їх вплив у такому обсязі на головні властивості та технічні характеристики незначний. Збільшивши ж кількість добавок до 20 %, можна змінити властивості цементу, який у такому випадку вже буде пуццолановим цементом.

Головним чином, до складу можуть входити глинисті та карбонатні сполуки, в деяких випадках – штучні сировинні компоненти (відходи, шлаки) або природні субстанції, як наприклад, залишки оксиду алюмінію.

Розсипний стан матеріалу характеризується об’ємною вагою 900-1300 кг/м3, ущільнений – до 2000 кг/м3.

Виготовлення цементу з добавками і без регламентують відповідні стандарти.

Склад безпосередньо впливає на властивості цього будматеріалу. Серед основних:

механічна міцність. За міцністю цементи бувають чотирьох типів: 400, 500, 550 і 600. Цей показник зумовлює стійкість до руйнування під впливом певних факторів;

час застигання. Надважлива властивість, що впливає на процес укладання цементу. При нормальній густоті та роботі з рівними поверхнями матеріал повинен рівномірно змінювати обсяг у процесі висихання. В інакшому випадку надмірне напруження може негативно відбитися на стані покриття, призвести до його передчасного руйнування. Щоб визначити, як буде змінюватися обсяг, можна перед укладанням виконати тестування (кип’ятіння застиглих цементних коржів);

зернистість помелу. Цей показник впливає на швидкість, з якою відбувається висихання, а також на міцність майбутньої споруди. Чим більше подрібнений матеріал, тим міцнішим і кращим він є. Особливо ці переваги проявляються на початковому етапі затвердіння. Зернистість, як правило, становить 3000-3200 кг/м3, а визначає її питома поверхня частинок, що розміщуються в 1 кг цементу;

густина. Визначається кількістю води при замішуванні, що застосовується в процесі приготування суміші. Тобто, скільки води необхідно, щоб укладання було нормальним, зручним, оптимальним по часу, а висихання відбувалося, як і годиться. Зменшити витрати води і збільшити пластичність цементу дозволяють пластифікатори як органічні, так і неорганічні;

стійкість до низьких температур, тобто здатність витримувати короткочасне заморожування води, що підвищує її обсяг на 8-9 %. Важливість цього параметру пояснюється тим, що в замороженому стані відбувається тиск води на цементне покриття, що призводить, у свою чергу, до порушень структури та поступового руйнування;

зчеплення з арматурою. Повинне бути надійним, задля уникнення зсуву арматури в цементі. Це головний фактор, який забезпечує спільне функціонування арматури та цементу, дає можливість працювати під навантаженням, використовувати конструкцію як цілісний моноліт;

виділення тепла. Коли цемент застигає, відбувається виділення тепла. Застигання має проходити повільно й поступово, щоб покриття було рівномірним і по всьому його периметру не утворювалися тріщини та розколи. Щоб досягти оптимальних обсягів і швидкості виділення тепла (зменшити ці показники), можна задіяти спеціальні мінералогічні суміші.

Види цементу

Сучасна промисловість пропонує різні види будівельного матеріалу, який ми з вами розглядаємо.

Залежно від сировини, цемент може бути вапняковим, мергелистим та глинистим зі шлаком і бокситом. Останній вид примітний водонепроникністю, морозо- та вогнестійкістю. Ще за речовинним складом існує розподіл на чистоклінкерні (бездобавочні) цементи й ті, до складу яких входять мінеральні добавки. За призначенням – на загальнобудівельні та спеціальні. Загальнобудівельні, в свою чергу, за швидкістю затвердіння діляться на ті, які тверднуть нормально, і ті, що швидко. За термінами схоплювання цементи бувають такими, що схоплюються повільно, нормально та швидко.

Якщо брати за основу поділу головний мінерал, можна виділити такі види:

– романцемент. Тут переважає беліт. У наші дні такий цемент практично не виготовляють;

– портландцемент. Основа – аліт. Найпопулярніший вид у сучасному будівництві;

– глиноземистий Ц. Домінує алюмінатна фаза;

– магнезійний Ц. Зв’язка, яку називають також цементом Сореля. Виготовляється, в основному, з магнезиту. Замішування відбувається за допомогою водних сольових розчинів;

– кислототривкий Ц. В основі – гідратований силікат натрію. Сукупність кварцовий пісок + кремнефтористий натрій, замішана водним розчином рідкого скла.

За технологією виготовлення цементи бувають сухими та вологими. Окремо можна виділити біоцемент, відмінність якого полягає в застосовуваних при виробництві технологіях, а саме біотехнологіях.

Якщо брати за основу таку характеристику, як міцність, існують різні марки цементу: від М200 до М600. Крок може становити 50 або 100. Про що говорять ці числа? Про те, в скільки разів проявляється міцність при стисненні: в 100-600 кг/см² (10-60 МПа). Позначення М200, М300, М400, М500 і М600 гарантують, що заявлена міцність при стисненні буде не меншою від цих величин.

Марка цементу впливає на його застосування і вартість. Так, М600, завдяки високоміцності, має не маленьку ціну. Його ще називають військовим або фортифікаційним, адже найчастіше використовують при зведенні військових оборонних об’єктів (бункерів, ракетних шахт тощо).

Крім марок, які обумовлюють міцність, виділяють і класи міцності. У чому між ними різниця? У тому, що виведення міцності відбувається не усереднено, а з 95 %-ю точністю (коли 95 зразків зі 100 відповідають заявленому класу). Класи позначаються числами від 30 до 60 (міцність при стисненні в МПа). Окремою групою стоять цементи без нормування міцності на стиск.

Також не варто забувати про цемент для будівельних розчинів (малоклінкерний композиційний), призначення якого – кладочні, штукатурні роботи. Щоб його створити, разом подрібнюють не тільки портландцементний клінкер і активні мінеральні добавки, але й наповнювачі.

Портландцемент і шлакопортландцемент – у чому різниця між цими двома матеріалами? У тому, що перший оперативніше твердне, а мінеральних добавок в його складі міститься 10-15 %. Головні компоненти (клінкер та гіпс) обпалюють при t 1500 °C. Без нього сьогодні практично не обходиться будівельна галузь. А основна перевага виглядає, як здатність трансформуватися в тверду кам’яну глибу навіть при взаємодії з водою.

Крім цих двох видів, розрізняють цемент гідравлічний, напружувальний (оперативно схоплюється і висихає), тампонажний (підходить для створення газових та нафтових свердловин), декоративний (білого кольору) і сульфатостійкий (твердне повільніше, проте має високу стійкість до низьких температур).

Як роблять цемент

Весь виробничий процес можна умовно розділити на два об’ємних технологічних процеси: отримання клінкеру (вимагає великих затрат праці та енергії), помел клінкеру  разом з певними добавками. Сировину для створення клінкеру добувають у спеціальних кар’єрах.

Клінкер – це результат випалювання сировинних компонентів (вапняк, глина, доменний шлак, нефеліновий шлам, мергель та ін.), взятих у потрібних пропорціях, під час якого формуються силікати кальцію, алюмоферитна та алюмінатна фази. Піч для випалу виглядає як металевий циліндр, що обертається, який, до того ж, нахилений під потрібним кутом, що забезпечує переміщення матеріалу вздовж печі. У ній відбуваються складні фізико-хімічні процеси. Умовно піч можна розділити на кілька зон, в яких здійснюються такі технологічні етапи, як підігрівання, декарбонізація, екзотермічні реакції, спікання і охолодження.

Після випалу клінкер охолоджують у холодильних камерах, подрібнюють і подають, використовуючи транспортери, в бункери млинів для подальшого помелу, зокрема, і разом з мінеральними добавками. Уже з млинів отриманий матеріал переміщують у спеціально відведені для зберігання місця.

Для багатоетапного контролю якості, дотримання правильних дозувань компонентів і тестування кінцевого продукту на міцність на підприємствах обладнують лабораторії.

Для транспортування використовують залізничні вагони або автотранспорт. Перевезення може здійснюватися насипом, у контейнерах масою до 1 т або в паперових мішках, наприклад, по 50 кг.

Мінеральні добавки для цементу

Роль мінеральних добавок, які виступають заміною частини клінкеру, полягає в наданні цементу особливих робочих і експлуатаційних властивостей: швидкість затвердіння маси, стійкість до впливу природних вод, морозостійкість і т.д. Також вони покликані мінімізувати витрати енергії та матеріальних ресурсів.

Активними мінеральними добавками можуть виступати штучні та неорганічні природні матеріали, які мають гідравлічні і/або пуцолонічні властивості. Їх тонко подрібнюють, а опісля змішують з гіпсом та гідратним вапном. Така суміш унікальна в своєму роді, вона після повітряного твердіння може продовжувати твердіти під водою.

Серед популярних мінеральних добавок можна виділити:

– осадові (опоки, трепели, діатоміти);

– вулканічні (траси, пемзи, туфи, попели);

– штучні (кремнеземисті відходи, вуглисті/глинисті сланці, зола і зола винесення, шлаки).

Їх залучення дає можливість отримувати пуццолановий портландцемент, який містить у своєму складі до 30 % осадових речовин і до 40 % вулканічних. Його тонкість помелу і періоди схоплювання такі ж, як у класичного портландцементу. На самому початку твердіння міцність збільшується повільно. Однак пуццолановий вид більш стійкий до вологи, що пояснюється гідратацією клінкерних компонентів і взаємодією мінеральної добавки з гідратом кальцієвого оксиду, що формується при затвердінні клінкеру.

Хімічні добавки для різних цементних сумішей

Хімічні добавки дозволяють виготовляти різні види цементу з різними характеристиками.

Так, 5 %-й алюміній оксид використовують для створення сульфатостійких портландцементів (СПЦ), а також усіх цементів, основою яких служить глиноземний (високоглиноземний) клінкер. Оксид алюмінію виступає прискорювачем схоплювання і твердіння. Серед інших інтенсифікаторів: поташ, сульфат натрію, нітрат кальцію, хлорид кальцію. Використовуючи прискорювачі схоплювання, необхідно враховувати, що можлива деяка втрата кінцевої міцності. Тому рекомендовані дози внесення перевищувати не варто.

Важлива добавка для створення кислототривких цементів, що мають у своєму складі наповнювачі – натрій кремнефтористий. Це прискорювач тужавіння, що впливає в подальшому на міцність матеріалу, його жаро- й термостійкість, водо- та кислототривкість. Але не можна переборщувати із внесенням і цієї речовини, адже її надмірне застосування може мати наслідком зменшення механічної міцності матеріалу, втрати водостійкості та надто швидкого схоплювання, що сильно ускладнить робочий процес. Оптимальний обсяг – 4-6 % від ваги наповнювача.

Щоб створювати жаростійкі цементи, можна використовувати таку добавку, як скло рідке натрієве. Вона також прискорює твердіння, у великих кількостях дозволяє досягати високої гідроізоляції. Однак існує дуже тонка грань між великими і надмірними обсягами, які, як і у випадку з іншими інтенсифікаторами, можуть у підсумку призвести до втрати міцності. За цим слід дуже уважно стежити.

Не варто забувати і про противоморозні добавки, що активно вводяться до цементів і  дозволяють працювати з ними при низьких температурах. Яскравий приклад – хлорид кальцію, який, до того ж, прискорює схоплювання і твердіння в звичайних умовах, а також допомагає реанімувати залежані цементи. Як варіант, протиморозними добавками можуть слугувати поташ, сечовина, нітрат натрію або нітрат кальцію. Остання речовина діє на матеріал у комплексі, дозволяє не тільки виконувати роботи в морози, але й прискорювати набір міцності, перешкоджати утворенню тріщин, уповільнювати корозію арматури, отримувати якісні поверхні.

У цементній галузі мають місце і суперпластифікатори – синтетичні речовини, які використовуються в розмірі 0,1-1,2 % від маси цементу. Їм властивий сильний розріджувальний ефект, час дії якого обмежується терміном 2-3 години з моменту додавання. Найпоширеніший суперпластифікатор – сульфат натрію.

Як бачимо, що мінеральні, що хім. добавки для виробництва цементу мають велике значення в розглянутій галузі. Вони не тільки впливають на сам матеріал, а й зумовлюють властивості, характеристики і довговічність зведених з його застосуванням конструкцій. Тому до їх вибору та використання важливо поставитися з усією відповідальністю.

Залишилися запитання стосовно цієї теми? Не можете самостійно визначитися з тією чи іншою добавкою для конкретного виду цементу або виконання нею певного завдання в суміші? Звертайтеся! Наші фахівці з радістю допоможуть вам у цьому!

Поширити



Напишіть відгук

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *