Пояснительная записка к курсовому проекту_Помол клинкера для производства портландцемента. Курсовой_Павлов. Введение Одним из первых вяжущих, которым пользовался человек, была необожженная глина
 Скачать 273 Kb.
|
|
3 Характеристика клинкера Качество цементного клинкера может быть охарактеризовано: содержанием отдельных оксидов; численными значениями модулей, выражающих соотношения между количествами главнейших окидов, взятыми в процентах; микроструктурой клинкера, размерами и конфигурацией кристаллов минералов; содержание основных клинкерных минералов. Характеристика клинкера по численным значениям модулей дается на основании сведений о процентном содержании главных оксидов в составе клинкера. Первоначально для характеристики состава клинкера пользовались одним гидравлическим модулем (основным). Он выражает отношение количества связанного оксида кальция к количеству кислотных оксидов:  Значение основного модуля ОМ у современных цементных клинкеров колеблется в пределах 1,7-2,4. Однако характеристика качества клинкера только по показателю гидравлического модуля оказалась недостаточной, что потребовало введения еще двух модулей – силикатного и глиноземного. Силикатный или глиноземный модуль СМ (n) показывает отношение между количеством кремнезема, вступившего в реакцию с другими оксидами, и суммарным содержанием в клинкере глинозема и оксида железа:  СМ определяет в цементе отношение между минералами – силикатами и минералами – плавнями. Его численное значение для обычного портландцемента колеблется в пределах 1,7-3,5. Глиноземный или алюминатный модуль ГМ (р) представляет собой отношение содержания глинозема к содержанию оксида железа(%):  Значение этого модуля для обычных портландцементов находится в пределах 1-2,5. При прочих равных условиях при повышении СМ сырьевая смесь трудно спекается, а цемент медленно схватывается и твердеет, но обладает высокой прочностью в отдаленные сроки. При малом значении ГМ портландцементы обладают повышенной стойкостью в минерализованных водах. Цементы с высоким ГМ быстро схватываются и твердеют, но имеют пониженную конечную прочность. Характеристику клинкера по минералогическому составу устанавливают, определяя процентное содержание в нем основных клинкерных минералов: C3S (алита), C2S (белита), С3А, С4АF – главных носителей вяжущих свойств портландцемента. Цементы с повышенным содержанием в клинкере C3S и С3А твердеют обычно быстро и используются для изготовления быстротвердеющих портландцементов. Цементы с высоким содержанием C2S и С4АF твердеют медленно, но выделяют при твердении мало тепла и идут на изготовление цементов с умеренной экзотермией. Цементы с высоким содержанием С3А быстро схватываются и твердеют в ранние сроки, но обладают пониженной морозостойкостью и стойкостью в минерализованных водах и т.д. 4 Классификация клинкера В тех случаях, когда клинкер одновременно характеризуется повышенным содержанием минерала – силиката и того или иного минерала-плавня, его называют, например, алито-алюминатным, белито-алюминатным и т.п. Если менять минералогический состав клинкеров и изготовлять на их основе цементы с различными добавками, то можно получать большую гамму гидравлических вяжущих веществ с разнообразными строительными свойствами. Таблица 4.1 – Классификация клинкеров в зависимости от содержания основных минералов.
5 Физико-химические основы помола цемента Для получения портландцемента клинкер подвергают помолу совместно с гипсовым камнем (3-5%) и гидравлическими или инертными добавками, которые перед помолом высушивают. Помол клинкера является важным технологическим процессом, одним из наиболее энергоемких в цементном производстве. Именно помол, освобождая в поверхности, необходимые для гидратации клинкера, придает конечному продукту способность реагировать с водой, которая обеспечивает активность, интенсивность нарастания прочности. Многие свойства цемента зависят не только от фазового и химического состава клинкера, но и от тонкости помола. Клинкерное зерно представляет собой поликристалл, механическое разрушение которого может быть хрупким, пластическим или смешанным зависимости от строения кристаллической решетки. Для металлов, содержащих большое количество свободных электронов, при отсутствии фиксированных связей в определенных направлениях характерны пластические деформации. Для ионно-ковалентных кристаллов, которым относятся и кристаллы клинкера, характерны фиксированные в пространстве связи и вследствие этого хрупкое разрушение. Чем выше концентрация свободных электронов и чем больше электропроводность материала, тем сильнее проявляются его пластические свойства. Из основных клинкерных минералов наибольшей электропроводностью обладает ферритная фаза, следовательно, ее пластические свойства будут более сильными. Микротвердость и хрупкость отдельных минералов цементного клинкера различны. Наибольшей микро-твердостью характеризуется белит и C4AF. В реальных клинкерах микротвердость зависит от многих факторов. Так, у клинкеров с более мелкими кристаллами она несколько выше. В крупных кристаллах алита микротвердость падает от центра к границам зерна, что объясняется условиями кристаллизации. Гранулы клинкера не являются абсолютно плотными телами. Пористость гранул составляет 17-26%, поры бывают разного диаметра – от мелких (до 30 мкм) до крупных (свыше 200 мкм). При приложении нагрузки к грануле сначала от выкалки проходит трещина через наиболее крупные поры, разрушая гранулу. С увеличением удельной поверхности цемента прочность и скорость твердения его возрастают с начала достаточно интенсивно, а затем медленно. Однако когда удельная поверхность достигает 7 000 см2/г, наблюдается некоторое снижение прочности, что объясняется более высокое водопотребностью тонкоизмельченного цемента. Высокая удельная поверхность цемента отрицательно влияет так же на его морозостойкость. В первые сутки твердение рост прочности цемента пропорционален его удельной поверхности, а за тем пропорциональность нарушается. На свойства полученного цемента влияет не только удельная поверхность, но и гранулометрический состав порошка, условия измельчения. Установлено что цемент, измельченный в струйной и вибрационной мельнице наиболее активен, а измельченный в эксцентриковой мельнице – наименее активен. При помоле в разных фракциях клинкера содержание различных минералов не одинаково. В мелкой фракции (от 0 до 20 мкм) обычно больше C3S и C3A, в более крупные фракции обогащаются C2S и C4AF. Как показали многочисленные исследования, наиболее влияет на прочность цемента фракция 5-30 мкм. В обычных цементах ее должно содержатся 40-50%, а в высоко прочных и быстро твердеющих цементах – до 70%. Фракция менее 5 мкм оказывает решающее влияние лишь на прочность цементов в первые сутки твердения, а повышение ее количества до 20-25% ведет к переводу цемента в разряд особобыстротвердеющих. Фракция 5-10 мкм влияет на прочность в трех- и семисуточном возрасте, а фракция 10-30 мкм в месячном возрасте и более. Фракции цемента более 60 мкм практически является балластом. При достижении цементом удельной поверхности 3 500 – 4 000 см2/г наблюдается агрегирование частичек, ухудшается перемешиваемость цемента при затворении и повышается водопотребность. Агрегирование резко снижается при применении ПАВ. Как известно адсорбция поверхностно-активных веществ может значительно понижать предел прочности, упругости и твердость, облегчать разрушение хрупких тел и увеличивать пластичность металлов. При деформации твердого тела в поверхностном слое развиваются клиновидные микротрещины, которые смыкаются после снятия нагрузки. Адсорбционные слои, мигрируя по поверхности, достигают их устья и препятствуют смыканию. Пленки жидкости между твердыми поверхностями оказывают на них расклеивающие действе, способствуя их расширению. Если поверхностная энергия снижается незначительно, наступает лишь эффект пластифицирования , если поверхностная енергия снижается в несколько раз – охрупчение, а при дальнейшем ее снижении – самопроизвольная диспергирование. Адсорбционные эффекты тем сильнее, чем выше дефектность структуры. На величину эффекта влияет физико-химическое взаимодействие между ПАВ и твердым телом. Эффективность ПАВ определяется так же и их концентрацией. Оптимальная концентрация соответствует условиям образованиям мономолекулярного слоя, поэтому дозировка ПАВ должна быть очень невысокой. Некоторые добавки одновременно с интенсификацией помола положительно влияют на строительно-технические свойства цемента – заторами, хотя и могут снизить начальную прочность. Наиболее широко применяются катионоактивные соединения – сульфитно-дрожжевая барда (СДБ), триэтаноламин (ТЭА), смесь СДБ и ТЭА в соотношении 1:1. При введении ТЭА в количестве 0,015-0,03% массы клинкера производительность мельниц повышается на 15-35%, удельный расход электроэнергии уменьшается на 10-35%. Интенсификаторы посола представляют собой вещества, способствующие процессу измельчения в барабанных мельницах благодаря предохранению мелющих тел от налипания частиц и диспергированию размалываемого материала. Добавки, способствующие помолу цемента, не должны оказывать отрицательного влияния на его свойства. Интенсификаторы помола можно добавлять к размалываемому материалу в твердом и жидком виде или подавать прямо в мельницу в дозируемом количестве. Скорость подачи жидкости можно контролировать точнее, чем дозировку небольших количеств зернистых материалов. Интенсификаторы помола добавляют в количестве 0,006 – 0,08% массы клинкера. Большинство интенсификаторов помола представляют собой вещества, которые сильно адсорбируются поверхностью размалываемых частиц, насыщая избыточный потенциал поверхности и предотвращая притяжение других частиц и образование агломератов. Диспергирование частиц, вызванное интенсификаторами помола, повышает производительность воздушных сепараторов, так как мелкие частицы не захватываются крупными. При этом понижается количество циркулирующего материала и в результате больше мелких частиц сразу попадает в готовый продукт. Интенсификаторы помола сами по себе не оказывают заметного влияния на прочность цемента. Устранение избытка поверхностной энергии, вызывающего взаимное притяжение частиц, при использовании интенсификаторов помола улучшает текучесть цемента. Нормы ASTM на портландцемент допускают применение двух «стимуляторов» помола ТДА и 109-В. При помоле сырьевой смеси можно применять интенсификаторы помола, включающие уголь, графит, коллоидный уголь, кокс, канифоль, стеораты и т.д. Интенсификаторы помола предотвращают налипание частиц на мелющие тела и благодаря этому повышается производительность мельниц. Интенсификаторы помола понижают затраты энергии и самоокупаются. 6 Технические требования По вещественному составу и прочности при сжатии в 28-суточном возрасте по ГОСТ-310.4 цемент подразделяют на следующие типы и марки: - тип І – портландцемент (от 0 до 5% минеральных добавок), марки 300, 400, 500, 550, 600; - тип ІІ – портландцемент с добавками (от 6 до 35%), марки 300, 400, 500, 550, 600; - тип ІІІ – шлакопортландцемент ( от 36 до 80% доменного гранулированного шлака), марки 300, 400, 500; - тип IV – пуццолановый цемент (от 21 до 55% минеральных добавок),марки 300, 400,500. Таблица 6.1 – Требования к прочности цементов.
Данные приведены в соответствии с ДСТУ БВ.2.7.-46-96. Стандартная прочность цемента, а также ранняя прочность, должны удовлетворять требованиям таблицы 6.1. Цемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде, а при содержании МgO в клинкере более 5% - в автоклаве (ГОСТ -310.3). Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании его сквозь сито №008 по ГОСТ 66-13 проходило не менее 85% массы просеиной пробы. Массовая доля ангидрида серной кислоты (SО3) в цементе должна соответствовать величинам, приведенным в таблице 5.2. Таблица 6.2 – Массовая доля SО3 в цементе.
Содержание щелочных оксидов (Na2O и K2O) в пересчете на Na2O(Na2O + 0,658*K2O) в цементах, предназначенных для изготовления бетонных и железобетонных сооружений с использованием реакционноспособного заполнителя, устанавливается по согласованию с потребителем. 7 Расчет двухкомпонентной сырьевой смеси Таблица 7.1 – Химический состав компонентов
Коэффициент насыщения КН = 0,86. При указанном химическом составе мела и глины соотношение их (х) в сырьевой смеси должно быть:   На каждую часть глины требуется 3,848 частей мела. В процентном выражении:  % %Таблица 7.2 – Химический состав сырьевой смеси.
Химический состав клинкера при известном химическом составе сырьевой смеси:  Таблица 7.3 – Химический состав клинкера.
Для проверки правильности сделанного расчета двухкомпонентной сырьевой смеси рассчитываем коэффициент насыщения:     Величина КН совпадает с заданной, величины силикатного и глиноземистого моделей лежат в допустимых пределах, следовательно расчет выполнен правильно. Расчет минералогического состава клинкера:  % %Так как р > 0,64, то  % % | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||