Шлакопортландцемент - гидравлическое вяжущее вещество

Зона подогрева - здесь материал нагревается до температуры 500С-600С. На этом этапе выгорают органические примеси и начинаются реакции. Происходит дегидратация глиняных минералов и образование оксидов алюминия, кремния и железа, начинается частичное разложение карбонатов с образованием СаО и МgО.

Зона кальценирования - здесь протекает реакция разложения карбоната Са при температуре 900С -1200С.

СаО+СО₂

Мощные вентиляторы  удаляют СО₂ из зоны обжига. На этом этапе начинают образовываться соединения типа СаО*Аl₂О₃, появляется небольшое количество белита 2СаО*SiO₂, оксиды СаО_, Fe₂O₃, SiO₂ находятся в активном состоянии.

Зона экзотермических реакций - реакции происходят при температуре 1200С - 1300С и с выделением тепла 100 ккал. В этой зоне происходит образование двухкальциевого силиката (белита) 2СаО*SiO_2, однокальциевый алюминат насыщается известью до образования трехкальциевого алюмината 3СаО* Аl₂О₃, образуется четырехкальциевый алюмоферрит (целит) 4СаО*Аl₂О₃*, Fe₂O_3. В большом количестве содержится свободная известь. Образование минералов происходит в твердо-фазовом состоянии.

Зона спекания (зона усвоения извести) - при температуре 1300С - 1450С происходит частичное плавление материала с образованием жидкой фазы. Чтобы поучить качественный клинкер материал должен находиться в зоне определенное время 6-30 мин (время зависит от размера гранул). За это время 3СаО* Аl₂О₃ и 4СаО*Аl₂О₃*Fe₂O переходит в расплав 2СаО*SiO₂. В результате происходит взаимодействие белита 2СаО*SiO₂ с СаО и образуется алит 3СаО*SiO₂. Процесс его образования постепенно замедляется и известь нацело практически не связывается. Содержание свободных оксидов кальция около 1%, т. к. будет иметь место запоздалая гидратация обожжённой извести, при которой цемент характеризуется неравномерным изменением объёма.

Зона охлаждения- с температурой 1100С - 1200С клинкер  выходит из печи, после чего сразу  попадает в холодильник. В холодильнике клинкер подвергается резкому охлаждению для:

1) Сохранения  жидкой фазы в стекловидном  состоянии, которая является более  реакционноспособной.

2) Сохранения  мелкокристаллического строения  остальных клинкерных минералов.

3) Для помола  клинкера его температура должна  быть 45С - 50С для предотвращения  износа мельниц.

После обжига и  охлаждения клинкер направляется на склад для магазинирования - вылеживания  с целью гашения свободной  извести, при этом клинкер может  специально обрызгиваться водой. При этом он становится более рыхлым, облегчается помол и уменьшаются сроки схватывания. Полученный клинкер дозируется и отправляется в цементную мельницу. На механизированном шихтовальном дворе складируются также гидравлические добавки и гипс, которые по мере надобности подаются в бункеры цементных мельниц для совместного помола с клинкером.

Полученный портландцемент транспортируется из мельниц пневматическим путем в силосы для хранения. После  определения качества цемента часть  его поступает в упаковочную машину. Здесь он автоматически насыпается в бумажные мешки, которые затем отгружаются с завода железнодорожным, автомобильным или водным транспортом. Остальную часть цемента отправляют навалом в специальных железнодорожных вагонах или в контейнерах цементовозах.

                       3. Механизм гидратации. Твердение.

Твердение шлакопортландцемента может быть разделено на два периода: первичный — гидратация и твердение  клинкерной части цемента—   и вторичный — химическое взаимодействие продуктов гидратации клинкерной части с доменными гранулированными шлаками. При гидратации трехкальциевого силиката клинкера выделяется гидрат окиси кальция, взаимодействующий с глиноземом и кремнеземом шлака с образованием гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Схематически твердение шлакопортландцемента можно себе представить как результат ряда процессов, протекающих одновременно, а именно:

гидролиза и  гидратации клинкерных минералов;

взаимодействие  гидрата окиси кальция с глиноземом и кремнеземом, находящимися в шлаковом стекле, с образованием гидросиликатов, гидроалюминатов, а также гидросиликоалюминатов кальция;

взаимодействие  трехкальциевого гидроалюмината кальция  клинкера с сульфатом кальция  с образованием гидросульфоалюмината кальция.

Шлакопортландцемент твердеет несколько медленнее, чем  портландцемент, в особенности при  пониженных положительных температурах. Это объясняется значительным содержанием  шлака. Однако при тончайшем помоле, в особенности двухступенчатом, и содержании шлака около 30-35% скорость твердения шлакопортландцемента такая же. Однако он удовлетворяет общим для всех клинкерных цементов нормам: начало схватывания — не ранее 45 мин и конец — не позднее 10 ч. С понижением температуры прирост прочности сильно снижается. Повышенная температура при достаточной влажности среды оказывает на твердение шлакопортлаидцемента более благоприятное влияние, чем на твердение портландцемента. По пределу прочности при сжатии и изгибе шлакопортландцемент разделяется на марки 200, 300, 400 и 500. Быстротвердеющий шлакопортландцемент должен иметь в трехсуточном возрасте предел прочности при сжатии не менее 200 и при изгибе не менее 35 кг/см² Водостойкость бетонов на шлакопортландцементе выше, чем на портландцементе, из-за отсутствия в них свободного гидрата окиси кальция: в шлако-портландцементном бетоне она связана шлаком в труднорастворимые гидроалюминаты и низкоосновные гидросиликаты кальция, тогда как в портландцементном бетоне гидрат окиси кальция в значительном количестве содержится в свободном виде и может вымываться, ослабляя бетон.Шлакопортландцементный бетон обладает удовлетворительной морозостойкостью и воздухостойкостью. Однако он все же менее стоек, чем бетон на портландцементе. Это объясняется тем, что низкоосновные гидрссиликаты более склонны к деформациям при изменении состояния среды и менее способны сопротивляться совместному действию воды и; мороза.

Применяют шлакопортландцемент  для тех же целей, что и портландцемент, однако учитывая его повышенную водостойкость, наиболее целесообразно его использовать в гидротехнических сооружениях, а также для конструкций, находящихся в условиях влажной среды. Не следует применять его в конструкциях, подвергающихся частому замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию. По морозостойкости шлакопортландцемент уступает портландцементу в различной степени в зависимости от содержания в нем шлака и химико-минералогического состава исходного клинкера.

Шлакопортландцемент характеризуется пониженным или  умеренным тепловыделением при твердении, а также меньшими объемными деформациями в растворе и бетоне - усадкой (на воздухе) и набуханием (в воде). 
 
 
 
 

                               4. Свойства вяжущего

Плотность шлакопортландцемента колеблется в пределах 2,8—3 г/см³, уменьшаясь с увеличением содержания в цементе гранулированного доменного шлака. Объемная масса рыхлонасыпном состоянии 900—1200, а в уплотненном —1400—1700 кг/м³.

Водопотребность шлакопортландцемента существенно не отличается от водопотребности обычных портландцементов. В ряде случаев при равной удобообрабатываемости в растворные или бетонные смеси на шлакопортландцементе нужно добавлять воды меньше, чем при использовании портландцемента.

Водоотделение из теста, полученного затворением шлакопортландцемента, несколько больше, чем из теста портландцемента. С увеличением тонкости помола его водоудерживающая способность значительно возрастает.

Скорость схватывания  зависит от химического состава  шлака и соотношения в шлакопортландцементе шлака и портландцемеитного клинкера, а также от содержания гипса. Добавление 30—50 % шлака к быстросхватывающемуся измельченному клинкеру (даже без гипса) позволяет получать, как правило, нормально и медленно схватывающийся продукт. Введение гипса, замедляя схватывание портландцемеитного клинкера, значительно ускоряет схватывание шлакопортландцемента, возбуждая гидравлическую активность шлака.

Шлакопортландцемент соответственно ГОСТ 10178—76 (с изм.) разделяют  по показателям прочности на марки 300, 400 и 500.

Активность шлакопортландцемента при одинаковой тонкости помола определяется, главным образом, оптимальным для данного шлака химическим и минеральным составом клинкера и соотношением между шлаком и клинкером. Для производства шлакопортландцемента предпочтителен клинкер активностью 40—50 МПа с умеренно повышенным содержанием С₃А (до 12 %) и преобладанием C₃S в силикатной части.

Шлакопортландцемент характеризуется относительно медленным  нарастанием прочности в начальные  сроки твердения, что особенно ощутимо  при испытании образцов из пластичного  раствора. В более отдаленные сроки твердения прочность обыкновенного шлакопортландцемента возрастает и через 2—3 мес даже превосходит прочность портландцемента той же марки.

Рядовой шлакопортландцемент  по сравнению с портландцементом при схватывании и твердении  более чувствителен к влиянию температуры окружающей среды. При пониженных положительных температурах (2—6°С) его схватывание и твердение значительно замедляются, а при тепловлажностной обработке резко ускоряются. Термообработка бетонов на шлакопортландцемеите при 80—95°С способствует ускорению процессов твердения, причем через 28 сут прочность пропаренных бетонов в 1,5—2 раза превосходит прочность тех же бетонов, твердевших при обычной температуре (15—20 °С).

Активность обычных  шлакопортландцементов и портландцементов, измельченных до удельной поверхности около 3000 см2/г, при длительном хранении изменяется примерно одинаково. Быстротвердеющий же шлакопортландцемент при хранении вследствие значительной удельной поверхности относительно быстро теряет активность и особенно способность к интенсивному росту прочности в ранние сроки твердения (1—3 сут). Поэтому быстротвердеющие шлакопортландцементы следует применять после изготовления в первые 5—7 сут и во всяком случае не позднее двух недель. В эти сроки прочность цемента при хранении снижается относительно мало.

Шлакопортландцемент при твердении обычно отличается равномерным изменением объема. Даже при использовании клинкеров  с повышенным коэффициентом насыщения, содержащих до 3,5 % СаО и поэтому  непригодных   для   получения   портландцемента, СаО свободный в шлакопортландцементе связывается шлаком и не вызывает неравномерности изменения объема. Шлакопортландцемент менее чувствителен и к повышенным добавкам гипса.

Тепловыделение  при твердении шлакопортландцемента меньше, чем у портландцемента, причем тем меньше, чем больше в нем шлака, и тем значительнее, чем выше его удельная поверхность

Тепловыделение  быстротвердеющего шлакопортландцемента примерно такое же, как и портландцемента.

Усадка и набухание  шлакопортландцемента при одинаковой тонкости помола характеризуются приблизительно такими же показателями, что и усадка и набухание обычного портландцемента. С увеличением содержания в клинкере C2S и повышением тонкости помола усадка и набухание шлакопортлаидцемеита, как и портландцемента, возрастают.

Быстротвердеющий  шлакопортландцемент вследствие высокой удельной поверхности обладает повышенной усадкой, достигающей через 3 мес 0,6—0,7 мм/м (у образцов из пластичного раствора 1:3). Поэтому его не следует применять в тех областях строительства, где предъявляются особые требования к значению усадочных деформаций, например при устройстве дорожных покрытий, в условиях сухого и жаркого климата. По интенсивности миграции влаги бетоны на шлакопортлаидцемен-тах и портландцементах практически равноценны.

Жаростойкость шлакопортлаидцемеита значительно  превосходит жаростойкость портландцемента. Шлакопортландцемент способен без  снижения прочности выдерживать  длительное воздействие высоких  температур (600—800°). Это объясняется, главным образом, пониженным содержанием свободного Са(ОН)₂.

Стойкость шлакопортландцементов  при воздействии мягких и сульфатных вод выше, чем портландцементов. В частности, против сульфатной агрессии более стойки шлакопортландцемеиты с пониженным количеством клинкера, содержащие кислые малоалюминатные шлаки с повышенным (до 8—10 %) количеством MgO. Вместе с тем необходимо отметить, что шлакопортландцемеиты такого состава часто характеризуются невысокой активностью.

Повышенная стойкость  шлакопортландцементов в мягких водах объясняется образованием при их твердении цементирующих новообразований пониженной основности и незначительным содержанием в цементном камне гидроксида кальция. В связи с этим для частей сооружений, постоянно находящихся в воде, в частности речной, предпочтительнее шлаковые портландцементы, а не обычный портландцемент.

Значительное  снижение концентрации гидроксида кальция  в жидкой фазе твердеющего шлакопортландцемента уменьшает возможность образования трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) при проникании сульфатных вод. Поэтому в затвердевшем цементном камне не возникают вредные объемные деформации, нарушающие его структуру. Этим объясняется более высокая стойкость шлакопортландцементных бетонов в минерализованных сульфатных водах по сравнению со стойкостью бетонов на портландцементе. В кислых и углекислых водах, где степень разрушения цементного камня мало зависит от содержания в нем Са (ОН)₂, стойкость шлакопортландцемента примерно такая же, как и портландцемента. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                     5. Применение