§5.2 Портландцемент

Определение: портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, изготовленное путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса. Клинкер получают обжигом до спекания сырьевой смеси надлежащего состава, обеспечивающего преобладание в конечном продукте силикатов кальция.

Портландцемент – наиболее широко применяемое в строительстве гидравлическое вяжущее вещество. Впервые производство его было организовано в начале XIX в. в Москве Егором Челиевым, который предложил получать гидравлическое вяжущее вещество путем обжига смеси глины и извести «до белого коления».

Портландцемент характеризуется постоянством своего химического состава. Содержание отдельных окислов колеблется в сравнительно ограниченных пределах (%): СаО = 64-67; SiO₂ = 19-24; А1₂О₃ = 4-7; Fe₂O₃ = 2-6; MgO  не более 5, SO₃  не менее 1,5 и не более 3,5.

5.2.1. Сырье

В качестве сырьевых материалов, с которыми в цемент вводится окись кальция CaO, применяют все виды известняков и мела независимо от содержания в них глины. Вторым компонентом обычно является глина, с которой в цемент вводятся кремнезем SiO₂, глинозем А1₂О₃ и окись железа Fe₂O₃.

Сырьевые материалы не должны содержать повышенного количества MgCO₃ и сульфатов, например CaSO₄·2H₂O, с тем, чтобы содержание MgO и SO₃ в цементе не превышало норм, установленных стандартом. Для увеличения содержания того или иного окисла вводят корректирующие добавки: для увеличения содержания Fе₂О₃  пиритные огарки, SiO₂  маршалит, кварцевый песок и др., А1₂О₃  бокситы.

5.2.2. Производство портландцемента

Производство портландцемента состоит из добычи и подготовки сырья к обжигу; обжига (получение клинкера) и измельчения клинкера в тонкий порошок.

а) Подготовка сырья к обжигу

При мокром способе мел и глину, предварительно прошедшие стадию дробления, взвешивают на весах и загружают в болтушки (рис. 5.1), куда подают и воду. В болтушках происходит размучивание и перемешивание сырья. При этом получают текучую массу, называемую шламом, которая вытекает из болтушки через отверстие с сеткой. Содержащиеся в сырье примеси (песок, галька) осаждаются на дне болтушки и периодически удаляются. Часто в качестве второго компонента в сырьевую смесь вводят не мел, а твердый известняк. В этом случае в болтушку загружают только глину  хорошо размучиваемый компонент. Глиняный шлам из болтушки и известняк поступают в трубные мельницы непрерывного действия для дальнейшего измельчения.

Рис. 5.1. Болтушка для перемешивания глины и мела

1 - вал; 2 - подшипник; 3 - крестовина; 4 - бороны; 5 – фундамент

Трубная мельница (рис. 5.2) представляет собой сварной барабан, разделенный по длине дырчатыми перегородками на несколько камер, заполненных примерно на 0,3 объема мелющими телами. Шлам поступает в первую камеру, загруженную стальными или чугунными шарами диаметром от 70 до 100 мм, а затем для дальнейшего помола  во вторую камеру, заполненную шарами меньших диаметров. Окончательное измельчение происходит в третьей камере, где материал перетирается металлическими цилиндриками.

Рис. 5.2. Трубная мельница