Электронное строение атома. Расположение структурных элементов в таблице Менделеева

• Название: Электронное строение атома. Расположение структурных элементов в таблице Менделеева
• Анкор: Stroitelnye_materialy_Otvety_1-97.docx
• Дата: 05.05.2017
• Размер: 0.65 Mb.
• Имя файла: Stroitelnye_materialy_Otvety_1-97.docx
• Тип: Документы; #7107
• страница: 8 из 15

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.
55) Химико-минералогический состав портландцементного клинкера
Портландцемент – гидравлическое вяжущее, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера и небольшого количества гипса (1,5...3 %). Клинкер получают обжигом до спекания сырьевой смеси, обеспечивающей в портландцементе преобладание силикатов кальция. К клинкеру для замедления схватывания цемента добавляют гипс. Для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости портландцемента допускается введение минеральных добавок.

Производство. Основные операции при получении портландцемента: приготовление сырьевой смеси, обжиг ее до получения цементного клинкера и помол его совместно с добавками. Клинкер имеет следующий химический состав(%): СаО – 62...68, SiO2 – 18...26, А12О3 – 4...9, Fе2О3 – 2...6. Чаще используют известняк и глину в соотношении 3:1. В сырьевую смесь вводят корректирующие добавки и промышленные отходы, обеспечивающие требуемый состав клинкера.

Тщательно подготовленную сырьевую смесь (рис.8.1.) подают на обжиг во вращающуюся печь, диаметром до 7 м и длиной до 185 м. Изнутри печь выложена огнеупорным кирпичом. Печь установлена под небольшим (3...4˚) углом к горизонту и вращается (0,8...1,3 мин-1), благодаря этому сырьевая смесь перемещается в ней от верхнего конца к нижнему, куда подается топливо. Максимальная температура обжига 1450° С. При таких высоких температурах оксид кальция СаО, образовавшийся в результате разложения известняка, взаимодействует с оксидами SiO2, А12О3 и Fе2О3, образующимися при разложении глины. Продукты взаимодействия, частично плавясь и спекаясь друг с другом, образуют портландцементный клинкер – плотные твердые гранулы серого цвета. В состав портландцементного клинкера входят четыре основных минерала (табл. 8.1) и небольшое количество стеклообразного вещества.
Таблица 8.1. Минеральный состав портландцементного клинкера

Минерал	Формула	Количество, %
Трехкальциевый силикат (алит), C3S Двухкальциевый силикат (белит), C2S Трехкальциевый алюминат, C3A Четырехкальциевый алюмоферрит, C4AF	3CaO · SiO2 3CaO · SiO2 3CaO · AL2O3 4CaO · Al2O3 · Fe2O3	42…65 12…35 4…14 10…18

Примечание: В скобках сокращенное обозначение клинкерных минералов.
Портландцементный клинкер (на 60…80%) состоит из силикатов кальция, из-за чего портландцемент называют силикатным цементом.

Для получения портландцемента клинкер размалывают в трубных или шаровых мельницах с гипсом и другими добавками. Свойства портландцемента зависят от его минерального состава и тонкости помола клинкера. При взаимодействии с влагой воздуха активность портландцемента падает, поэтому его предохраняют от действия влаги. Портландцемент хранят в силосах, а транспортируют в специальных вагонах, автомобилях-цементовозах.

56) свойства клинкерных минералов и влияние на свойства вяжущего
Клинкер. Качество клинкера зависит от его химического и минералогических составов. Для производства портландцементного клинкера применяют известняк и глину. Известняк в основном состоит из двух оксидов: СаО и СO2, а глина — из различных минералов, содержащих в основном три оксида: SiO2, Аl2О3 и Fe2O3. В процессе обжига сырьевой смеси удаляется СO2, а оставшиеся четыре оксида: СаО, SiO2, Аl2О3 и Fe2O3 — образуют клинкерные минералы. Содержание оксидов в цементе примерно следующее: 64...67% СаО, 21...24% SiO2, 4...8% Аl2O3, 2...4% Fe2O3.
Кроме указанных основных оксидов в портландцементном клинкере могут присутствовать MgO и щелочные оксиды К2О и Na2O, снижающие качество цемента. Оксид магния, обожженный при температуре около 1500°С, при взаимодействии с водой очень медленно гасится и вызывает появление трещин в уже затвердевшем растворе или бетоне, поэтому содержание оксида магния в портландцементе не должно быть более 5%. Наличие в цементе щелочных оксидов выше 1 % может вызвать разрушение отвердевшего бетона на таком цементе.
Указанные выше основные оксиды находятся в клинкере не в свободном виде, а образуют при обжиге четыре основных минерала, относительное содержание которых в портландцементе следующее (%): трехкальциевый силикат 3CaO•SiO2 (алит) — 45...60; двухкальциевый силикат 2CaO•SiO2 (белит)— 20...35; трехкальциевый алюминат 3СaO•Аl2O3 — 4...12; четырехкальциевый алюмоферрит 4CaO•Al2O3•Fe2O3—10...18. Сокращенное обозначение этих минералов следующее: C3S, C2S, С3А и C4AF.
• Алит (C3S) — основной минерал клинкера, быстро твердеет и практически определяет скорость твердения и нарастания прочности портландцемента. Он представляет собой твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2...4%) MgO, Аl2O3, Р2О5, Cr2О3 и других примесей, которые могут существенно влиять на структуру и свойства портландцемента.
• Белит (β-C2S) — второй по важности и содержанию силикатный минерал клинкера, медленно твердеет и достигает высокой прочности при длительном твердении. Белит в клинкере представляет собой твердый раствор двухкальциевого силиката (β-C2S) и небольшого количества (1...3%) Аl2O3, Fe2O3, MgO, Сr2O3 и др. В связи с тем что белит при медленном охлаждении клинкера теряет вяжущие свойства, переходя из β-C2S в γ-C2S, это явление предотвращается быстрым охлаждением клинкера.
Содержание минералов-силикатов в клинкере в сумме составляет около 75%, поэтому гидратация алита и белита в основном определяет свойства портландцемента. Оставшиеся 25% объема клинкера между кристаллами алита и белита заполнены кристаллами С3А, C4AF, стекла и второстепенными минералами.
• Трехкальциевый алюминат (С3А) при благоприятных условиях обжига образуется в виде кубических кристаллов. Он очень быстро гидратирует и твердеет. Продукты гидратации имеют пористую структуру и низкую прочность. Кроме того, С3А является причиной сульфатной коррозии цемента, поэтому его содержание в сульфатостойком цементе ограничено 5%.
• Четырехкальциевый алюмоферрит (C4AF) — алюмоферритная фаза промежуточного вещества клинкера, представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава, обычно ее состав близок к 4СаО•Аl2О3•Fe2О3. По скорости гидратации этот минерал занимает как бы промежуточное положение между алитом и белитом и не оказывает определяющего значения на скорость твердения и тепловыделение портландцемента.
Клинкерное стекло присутствует в промежуточном веществе в количестве 5... 15%, которое в основном состоит из СаО, Аl2О3, MgO, К2О и Na2O.
При правильно рассчитанной и тщательно подготовленной и обожженной сырьевой смеси клинкер не должен содержать свободного оксида кальция СаО, так как пережженная при температуре около 1500°С известь, так же как и магнезия MgO, очень медленно гасится, увеличиваясь в объеме, что может привести к растрескиванию уже затвердевшего бетона.
57) основные свойства портландцементов
Твердение. При смешивании с водой частицы портландцемента начинают растворяться, причем одновременно может происходить гидролиз (разложение водой) и гидратация (присоединение воды) продуктов растворения с образованием гидратных соединений. По этой схеме взаимодействуют с водой главные компоненты клинкера алит С3S и белит С2S:
2(3СаО · SiO2) + 6Н2O → ЗCаО · SiO2 · 3Н2О + 3Са(ОН)2

2(2СаО· SiO2) + 4Н2О → 3СаО · SiO2 · 3Н2О + Са(ОН)2
Трехкальциевый силикат С3S взаимодействует с водой намного активнее, чем С2S; при взаимодействии силикатов кальция с водой выделяется растворимый в воде компонент Са(ОН)2 –создающий щелочную реакцию в твердеющем цементе; С3S выделяет Са(ОН)2 в 3 раза больше, чем С2S; общее количество Са(ОН)2 достигает 15 % от массы цементного камня.

Алюминат кальция С3А подвергается только гидратации. Этот процесс идет очень быстро с образованием крупных кристаллов 3СаО · А12О3 + 6Н2О → 3СаО · А12О3 · 6Н2О

Добавка гипса, вводимая при помоле клинкера, замедляет схватывание цемента на несколько часов из-за образования эттрингита 3СаО·А12О3·3СаSО4 · (31–33)Н2О, обладающего развернутой поверхностью и экранирования частиц минерала С3А.

Четырехкальциевый алюмоферрит С4АF взаимодействует с водой медленнее, чем С3А, образуя гидроалюминат и гидроферрит кальция.
4CaO · Al2O3 · Fe2O3 + 12 H2O → 3CaO · Al2O3 · 6H2O + CaO · Fe2O3 · 6H2O
Основной продукт твердения портландцемента – гидросиликаты кальция – практически нерастворимы в воде. Они выпадают из раствора сначала в виде геля Гель гидросиликатов кальция со временем кристаллизуется. Остальные продукты взаимодействия клинкера с водой также участвуют в формировании структуры цементного камня и, также влияют на его свойства. Процесс гидратации зерен портландцемента из-за малой их растворимости растягивается на длительное время. Процесс может протекать при наличие воды в твердеющем материале. Качество цемента принято оценивать по прочности, набираемой им через 28 суток твердения.
58) цементы с пав и наполненные цементы. Их применение.

Виды портландцемента	Состав и технология получения	Свойства и область применения
1	2	3
Пластифицированный (гидрофильный)	Помол клинкера с добавкой 0,25% сульфитно-дрожжевой бражки в пересчете на сухое вещество	Марки 300, 400, 500. Повышенная подвижность бетонной смеси. Применяют в монолитных бетонных и железобетонных конструкциях.
Гидрофобный (водоотталкивающий)	При помоле клинкера вводят 0,06…0,3 мас., %, гидрофобизирующей добавки (мылонафт и др.)	Повышенная подвижность бетонной смеси и морозостойкость бетона М400.
Быстротвердеющий (БТЦ)	Отличается повышенным содержанием С3S и C3A (трех кальциевого силиката и трех кальциевого алюмината.) Более тонкий помол цемента с уд. поверхностью S=3500…4000см2/г	Быстрое нарастание прочности в начальный период твердения.
Сульфатостойкий	Изготавливают из клинкера с содержанием С3S не более 50% и С3А не более 5%, не содержит активных и инертных добавок.	М400.Повышенная сульфатостойкость, замедленное твердение в начальные сроки.
Шлакопортландцемент	Совместный помол клинкера, доменного шлака 30…60мас., % и природного гипса.	Марки 300, 400, 500. Плотность 2,8…3,0г/см3,ρнас=1000…1400кг/м3, нормальная густота цементного теста 25…28%.
Пуццолановый цемент	Совместный помол клинкера, природного гипса и 20…40 масс., % активной минеральной добавки или тщательное смешение тех же материалов измельченных раздельно. Применяют для подводных сооружений.	М 300, 400. Замедленный рост прочности, высокая водопотребность. Повышенная водонепроницаемость, водостойкость, пониженная воздухостойкость.
Особобыстро-твердеющий, ОБТЦ	Помол клинкера удельной поверхности до 6000см2/г, Содержит, мас., %: С3S…58; С2S…19; С3А…8; С4АF…14.	Активность до 70МПа, отличается быстрым нарастанием прочности в первые сутки и к 28 суточному твердению.
Белый и цветной цементы	Изготовляют совместным помолом маложелезистого клинкера, получаемого обжигом смеси мела и белых каолинитовых глин. При помоле клинкера в мельницах применяют фарфоровые шары и футеровку. При помоле вводят 5…6% белого диатомита и природного гипса.	Сорта по белизне: высший, БП-I БП-II. М300, 400, 500. При введении щелочестойких пигментов получают цветные цементы применяемые при отделочных работах.
Тампонажный	Изготавливают совместным помолом клинкера и двуводного гипса. Допускаемое количество активных добавок не более 15% и 10% инертных для «холодных» скважин и для «горячих» - добавки – активных минеральных или граншлака в количестве не более 15%.	Для «холодных» скважин: начало схватывания не ранее 2 час, конец не позднее 10 часов. Температура твердения 22±2оС, Rсж не ниже 2,7 МПа через двое суток твердения. Для «горячих» скважин: начало схватывания не ранее 1ч 45мин, конец схватывания не позднее 4ч 30мин. Температура твердения - 75±3оС. Rсж не ниже 6,2МПа.
Портландцемент для производства асбестоцементных изделий	Клинкер получают обжигом сырьевой смеси до спекания с преобладающим содержанием силикатов кальция. Допускается введение 3,0 мас, % добавок улучшающих свойства цемента	Начало схватывания не ранее через 1ч 30мин. Конец не позднее 12 часов. М400, 500.

Глиноземистый цемент – быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаты кальция.

Однокальциевый алюминат СаО•Al2O3 определят быстрое твердение и др. свойства. В нем содержатся и другие алюминаты кальция, например, 2СаО•Al2O3. Цемент изготовляют из известняка СаСО3 и бокситов содержащих глинозем Al2O3•nH2O. Получают этот цемент путем плавки в доменной печи бокситовой руды и железного лома. При этом доменная печь одновременно выдает чугун и шлак, представляющий собой клинкер глиноземистого цемента.

Глиноземистый цемент марок 400, 500 и 600 обладают необычно быстрым твердением через трое суток и нормальными сроками схватывания. Начало схватывания не ранее 30мин. и конец схватывания не позднее 12 часов, тепловыделение при твердении в 1,5 раза больше, чем у портландцемента. В продуктах гидратации глиноземистого цемента не содержится гидроксида кальция, Са(ОН)2 и трехкальциевого шестиводного гидроалюмината (С3•А•Н6), если температура твердения не превышает 25оС, поэтому бетон на глинозёмистом цементе более стоек по сравнению с портландцементом против выщелачивания Са(ОН)2, а также в растворах сульфата кальция и магния (в морской воде). Однако затвердевший глиноземистый цемент разрушается в растворах кислот и щелочей, поэтому глиноземистый цемент нельзя смешивать с портландцементом и известью.

С учетом специфических свойств и высокой стоимостью глиноземистый цемент предназначается для получения быстротвердеющих, а также жаростойких бетонов и растворов и расширяющихся цементов.

Расширяющиеся и безусадочные цементы.

Состав цемента дает возможность регулировать количество и скорость образования кристаллов гидросульфоалюмината кальция (3СаО•Al2O3•3CaSO4•31H2O) и избежать появления больших напряжений, вызывающих растрескивание затвердевшего цементного камня.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают совместным тонким измельчением в мас., % портландцементного клинкера – 58…63, глиноземистого шлака или клинкера – 5…7, гипса – 7…10, доменного граншлака или другой активной минеральной добавки – 23…28. РПЦ отличается быстрым твердением в условиях кратковременного пропаривания, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня и способностью расширяться при постоянном увлажнении в течение первых трех суток.