Обычный портландцемент является одним из наиболее широко используемых видов цемента. Рассматриваются виды, свойства, составляющие, производство, применение и преимущества обычного портландцемента.
В 1824 году Джозеф Аспдин дал название портландцементу, так как он имеет сходство по цвету и качеству с портландским камнем, который представляет собой бело-серый известняк на острове Портленд, Дорсет.
- 1. Дробление и измельчение сырья
- 2. Смешивание или купажирование
- 3. Нагревание
- 4. Измельчение
- 1. В соответствии с ASTM 150 (Американские стандарты)
- 2. В соответствии с нормой EN 197 (европейская норма)
- 3. В соответствии с CSA A3000-08 (канадские стандарты).
Составные части обычного портландцемента
Основным сырьем, используемым для производства обычного портландцемента, являются:
Ингредиенты смешивают в пропорции примерно две части известковых материалов к одной части аргиллитовых материалов, а затем дробят и измельчают в шаровых мельницах в сухом состоянии или смешивают во влажном состоянии.
Затем сухой порошок или влажная суспензия обжигается во вращающейся печи при температуре от 1400 до 1500 градусов Цельсия. Полученный из печи клинкер сначала охлаждается, а затем поступает в шаровые мельницы, куда добавляется гипс, и измельчается до необходимой тонкости в зависимости от класса продукта.
Основными химическими компонентами портландцемента являются следующие:
Известь (CaO)
60-67%
кремнезем (SiO2)
17-25%
Глинозем (Al2O3)
от 3 до 8%
Оксид железа (Fe2O3)
от 0,5 до 6%
Магнезия (MgO)
от 0,1 до 4%
Триоксид серы (SO3)
от 1 до 3%
Сода и/или поташ (Na2O+K2O)
от 0,5 до 1,3%
Вышеперечисленные компоненты, входящие в состав сырья, подвергаются химическим реакциям во время горения и плавления и соединяются с образованием следующих соединений, называемых БОГЕ-СОЕДИНЕНИЯ.
Соединение
Сокращенное обозначение
Трикальций силикат (3CaO.SiO2)
C3S
Дикальций силикат (2CaO.SiO2)
C2S
Трикальциевый алюминат (3CaO.Al2O3)
C3A
Тетракальциевый алюмоферрит (4CaO.Al2O3.Fe2O3)
C4AF
Пропорции вышеуказанных четырех соединений варьируются в различных портландцементах. Трикальциевый силикат и дикальциевые силикаты вносят наибольший вклад в конечную прочность. Начальное схватывание портландцемента происходит под действием трикальцийалюмината. Трикальцийсиликат быстро гидратируется и вносит больший вклад в раннюю прочность.
Вклад дикальцийсиликата происходит через 7 дней и может продолжаться до 1 года. Трикальциевый алюминат быстро гидратируется, выделяет много тепла и вносит лишь небольшой вклад в прочность в течение первых 24 часов. Тетракальциевый алюмоферрит сравнительно неактивен.
Все четыре соединения выделяют тепло при смешивании с водой, причем алюминат выделяет максимум тепла, а дикальцийсиликат – минимум. Поэтому трикальцийалюминат ответственен за большинство нежелательных свойств бетона.
Цемент с меньшим содержанием C3A будет иметь более высокую предельную прочность, меньшее выделение тепла и меньшее растрескивание. В таблице ниже приведен состав и процентное содержание найденных соединений для портландцемента нормального и быстрого твердения и портландцемента низкой теплопроводности.
Состав и содержание соединений в портландцементе:
Портландцемент
Нормальное
Быстрое твердение
Низкотемпературный
(a) Состав: Процент
Известь
63.1
64.5
60
Кремнезем
20.6
20.7
22.5
Глинозем
6.3
5.2
Оксид железа
3.6
2.9
4.6
(b) Соединение: Процент
40
50
25
30
21
35
11
9
6
12
14
Свойства обычного портландцемента
Таблица 2 : Свойства цемента OPC
Свойства
Значения
Удельный вес
3.12
Нормальная консистенция
29%
Время первоначального схватывания
65 мин
Время окончательного схватывания
275 мин
Тонкость
330 кг/м2
Прочность
2,5 мм
Насыпная плотность
830-1650 кг/м3
Производство цемента OPC
В основном, производство цемента OPC включает в себя 5 этапов,
1. Дробление и измельчение сырья
На первом этапе производства цемента сырьевые материалы измельчаются и перемалываются в мелкие частицы подходящего размера. Существует 3 типа процесса производства цемента
- Сухой процесс
- Мокрый процесс
- Полувлажный процесс
Процесс дробления и измельчения варьируется в зависимости от типа производственного процесса. При сухом способе сырьевые материалы высушиваются перед измельчением.
Технологическая схема производства цемента OPC.
2. Смешивание или купажирование
На этом этапе измельченное сырье (известковый камень) смешивается или смешивается с глиной в нужной пропорции (известняк :75%, глина : 25%) и хорошо перемешивается с помощью сжатого воздуха до получения однородной смеси. В сухом процессе эти смеси хранятся в силосах; в мокром процессе используются резервуары для суспензии. Полученный материал называется суспензией, содержащей 35-40% воды.
3. Нагрев
Это основной важный этап в производстве цемента OPC, продукт, полученный в результате смешивания, передается в печь с помощью конвейерных лент.
Сначала смесь предварительно нагревается до 550C, где вся влага испаряется, а глина разбивается на кремнезем, оксид алюминия и оксид железа.
В следующей зоне температура повышается до 1500 градусов Цельсия, где оксиды образуют соответствующие силикаты, алюминаты и ферриты.
На последнем этапе продукт охлаждается до 200C , где конечный продукт, полученный в печи, известен как цементный клинкер, который имеет форму зеленовато-черных или серых шариков.
4. Измельчение
На этом этапе цементные клинкеры и необходимое количество гипса смешиваются и измельчаются в очень мелкие частицы, которые хранятся в силосах, а затем упаковываются в мешки для цемента и распределяются.
Срок годности цемента OPC обычно составляет 3 месяца.
Виды обычного портландцемента
Дифференциация OPC-цемента основана на различных кодах разных стран.
1. В соответствии с ASTM 150 (американские стандарты)
2. В соответствии с нормой EN 197 (европейская норма)
3. В соответствии с CSA A3000-08 (канадские стандарты)
Используется Обычный портландцемент
Преимущества обычного портландцемента
Недостатки обычного портландцемента
- Производство цемента – материалы и процесс производства портландцемента.
- Пропорции ингредиентов цемента, их функции и ограничения.
- Виды цементов и их характеристики.
- Строительная известь – свойства извести, преимущества и применение в строительстве.
- Летучая зола – свойства, виды, механизм и применение.
- 13 видов цемента [PDF]: Свойства и применение в бетонном строительстве.
- Дробленые бетонные заполнители – свойства и применение вторичных заполнителей.