4.3. Гидравлические вяжущие, сырье и технология их получения

Свойствами твердения в водной среде обладают тонко измельченные вещества, которые имеют в своем составе преимущественно окиси кальция (СаО) с кремнеземом , глиноземом или с окислом железа . Такие соединения соответственно называют силикатами алюминатами ферритами и алюмоферритами кальция .

Получить указанные выше соединения можно двумя способами – обжигом горных пород и путем смешивания извести и веществ, имеющих активные кислотные окислы.

Обжигом горных пород или искусственных смесей, состоящих из углекислого кальция и глины, получают гидравлическую известь, портландцемент, глиноземистый цемент. Рассмотрим портландцемент и его разновидности.

Портландцемент – основной материал в современном промышленном, гражданском, гидротехническом и дорожном строительстве. Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания смеси глины и известняка или горной породы – мергеля. Спекшуюся сырьевую смесь, имеющую вид мелких камневидных зерен, называют клинкером. Тонко измельченный клинкер при затворении водой очень быстро схватывается, что затрудняет возможность его практического использования. Для замедления сроков схватывания портландцемента к нему добавляют при помоле гипс с таким расчетом, чтобы содержание гипса в цементе в пересчете на было не менее 1,5 и не более 3,5%.

Основными операциями при производстве портландцемента являются: получение из сырьевой смеси клинкера и последующее его измельчение с гипсом и добавками.

Производство портландцемента в нашей стране осуществляют двумя способами: сухим и мокрым. При первом способе (рис. 16) сырьевую смесь приготавливают следующим способом: сырьевые материалы (известняк и глина) высушиваются, а затем измельчаются и смешиваются. Мокрый способ (рис. 17) сводится к измельчению сырьевых материалов с водой. Независимо от применяемого способа производства всегда стремятся получить по возможности наиболее тонкую и однородную сырьевую смесь, что определяет хорошее качество цемента, так как с увеличением степени дисперсности реагирующих веществ и с повышением полноты их смешения между собой быстрее и полнее идут реакции при обжиге. На отечественных заводах наиболее распространен мокрый способ, хотя по расходу топлива он менее выгоден.

Рис. 16. Технологическая схема приготовления сырьевой смеси для производства цемента по сухому способу:

1 – карьер известняка; 2 – карьер глины; 3 – вагоны с огарками; 4 – валковая дробилка; 5, 13, 16, 20, 24 – контрольные станции определения химсостава; 6 – щековая дробилка; 7 – склад; 8, 10, 15, 23 – дозаторы по массе; 9 – бункера; 10 – мельница; 12 – циклон; 14 – промежуточные силосы; 17 – центробежные сепараторы; 18 – бункер весоизмеритель; 19 – шаровая мельница; 21 – гомогенизационный силос; 22 – запасной силос

Схема получения портландцемента по мокрому способу заключается в следующем. Глину предварительно превращают в жидкий глиняный шлам, после чего подают в сырьевую мельницу, куда одновременно поступает дробленый известняк. Глину и известняк подают в мельницу в строго определенной пропорции.

После помола сметанообразная смесь известняка, глины и воды (шлам) направляется в шламбассейн, где происходит корректировка химического состава шлама и тщательное его перемешивание. В шламе содержится примерно 75% известняка и 25% глины (в перечете на сухое вещество). Из бассейна шлам поступает в обжигательную вращательную печь диаметром 3,6-5 м, длиной 150-185 м, наклоненную под некоторым углом к горизонту, примерно 35 . Наклон барабана обеспечивает при его вращении определенное продвижение материала в сторону нижнего конца.

Шлам подают со стороны поднятой части, а топливо в виде газа или угольной пыли выдувается вентилятором со стороны нижней части. Топливо сгорает вблизи его подачи, где развивается наиболее высокая температура (до 1520 С), которая необходима для спекания клинкера и образования клинкерообразующих минералов (рис. 18).

По мере продвижения сырьевых материалов в сторону высоких температур вначале испаряется вода из шлама, затем выгорают органические примеси, содержащиеся в сырье, а при температуре 1000-1100 С известняк разлагается на окись кальция и углекислый газ. Последний удаляется с дымовыми газами, а окись кальция вступает в химическое взаимодействие с окислами, составляющими глину образуя клинкерные минералы (алит, белит, целит, алюмоферрит и RO-фазу).

После зоны обжига клинкер в виде серых очень твердых, спекшихся шариков поступает в холодильник, где охлаждается потоком холодного воздуха. Следующая за обжигом технологическая операция производства портландцемента – это помол, при котором происходит тонкое измельчение клинкера совместно с гипсом и активными добавками. Помол производится в шаровых мельницах, откуда цемент выходит нередко с температурой свыше 100 С. Для охлаждения его направляют в силосы, откуда через 7-14 дней направляют на стройки навалом или в бумажных мешках.

Рис. 17. Схема производства портландцемента по мокрому способу:

1 – глиноболтушка; 2 – подача воды; 3 – подача глины; 4 – подача известняка; 5 – дробилка; 6 – сырьевая мельница; 7 – шлам-бассейн; 8 – вращающаяся печь; 9 – холодильник; 10 – подача угольной пыли в печь; 11 – элеватор для подачи угля; 12 - сушильный барабан; 13 – склад угля; 14 – мельница для угля; 15 – склад гипса; 16 – элеватор для подачи гипса; 17 – склад клинкера; 18 – трубная мельница; 19 – склад для цемента; 20 – упаковка цемента

Рис. 18. Вращающаяся печь для обжига и получения цементного клинкера:

1 – дымосос; 2 – питатель для подачи шлама; 3 – барабан;

4 – привод; 5 - вентилятор для подачи топлива; 6 – холодильник