Основная задача развития цементной промышленности — стабилизация строительно-технических свойств цемента
Увеличение объемов строительства, осуществляемого современными промышленными способами, приводит к ужесточению требований к качеству используемого цемента, в особенности к стабильности его строительно-технических свойств. Это изменение требований потребителей к качеству цемента совпало с необходимостью повышения производительности труда в промышленности, вытекающей из задачи выполнения программы «Доступное жилье…». В статье рассматриваются основные подходы к решению этой задачи.
Производство цемента состоит из приготовления сырьевой смеси заданного химического состава, обжига ее до образования цементного клинкера и помола его совместно с гипсом и другими добавками. Получаемый материал представляет собой гидравлическое вяжущее, поскольку минералы, составляющие цементный клинкер, при смешении с водой гидратируются с образованием прочных дендритных структур.
Несмотря на то, что производители цемента точно соблюдают химический и фракционный состав цемента, а также нормы содержания свободной окиси кальция в клинкере, претензии потребителей к стабильности строительно-технических свойств цемента встречаются все чаще.
Дело в том, что соблюдение перечисленных выше свойств является только необходимым условием получения качественного цемента. Достаточные же условия состоят в соблюдении количественного соотношения и качественных характеристик основных минералов, обеспечиваемых в процессе обжига сырьевой смеси заданного химического состава во вращающейся печи.
Суть требуемых условий объясняется следующими положениями:
- минералогическая структура клинкера определяет строительно-технические свойства цемента;
- однозначная связь между химическим составом и минералогической структурой клинкера отсутствует;
- состав и свойства клинкерных минералов при заданном химическом составе определяются параметрами процесса обжига.
Таким образом, для стабилизации строительно-технических свойств цемента кроме стабилизации химического состава необходимо оптимизировать peжим работы печи.
В зависимости от режима работы печи кроме основных клинкерных минералов – алита, белита, трехкальциевого алюмината и алюмоферритной фазы, в готовом клинкере могут наблюдаться минералы, оказывающие отрицательное влияние на строительно-технические свойства бетонов. Сюда относятся такие минералы, как мейенит (С12А7), монокальциевый феррит (СF), реже дикальциевый феррит (С2F) и его твердый раствор со свободной известью (С15-20F). При содержании щелочей более 0,6% могут образоваться щелочные формы трехкальциевого алюмината: NaC8A3, реже КС8А3 и другие.
Каждая из упомянутых фаз оказывает специфическое и в целом отрицательное влияние на строительно-технические свойства цемента в бетоне, вызывая перерасход цемента, ложное схватывание, снижение прочности, морозостойкости и коррозионной стойкости бетона.
Следствием этих утверждений является подчеркиваемая многими исследователями необходимость стабилизации минералогического состава и физико-химических свойств сырьевых смесей за счет соответствующей организации добычи и переработки сырьевых компонентов и принятия специальных мер организации процесса обжига в зависимости от полученных свойств, для стабильного получения необходимых строительно-технических свойств цемента.
Изменение кинетических характеристик карбонатного компонента является одной из причин колебания активности клинкера. Именно поэтому при организации разработки карьера карбонатного компонента в программе опережающего опробования должно быть заложено исследование кинетических характеристик, и на основании результатов этих исследований должны быть определены методы добычи, позволяющие их уменьшить.
Наличие в сырьевой смеси слабореакционных форм алюмосиликатного компонента, а в нем — силикатов вызывает необходимость повышения температуры обжига, концентрации зоны спекания.
Представляется вполне естественным ожидать при изменении формы и теплонапряженности зоны спекания изменения размера кристаллов клинкерных минералов и их качества. Это положение подтверждено работами по внедрению петрографического контроля в практику управления процессом обжига на ряде цементных заводов, где повышение активности клинкера на 3,0–4,0 МПа достигалась именно за счет подбора длины, положения и теплонапряженности зоны спекания [2].
Следует отметить, что мировая цементная промышленность идет по пути улучшения степени усреднения сырьевой смеси, повышения тонкости ее помола. Капитальные затраты на сырьевой передел зарубежных заводов превышают затраты на отечественных цементных заводах в несколько раз. Тщательное и систематическое исследование месторождений, использование селективной добычи, усреднительных складов, устройств первичного обогащения позволяют стабилизировать процесс обжига и качество выпускаемого клинкера. Этот комплекс мер приводит к высокой стабильности производства.
Цемент современных заводов характеризуется колебаниями активности в 28-дневном возрасте на уровне ±2 МПа, этот же параметр для отечественных цементов может достигать величины ±5 МПа.
Результатом обсуждения особенностей стабилизации строительно-технических свойств цемента является вывод: стабилизация качества обеспечивается стабилизацией свойств сырьевых материалов, теплотехнического режима обжига клинкера.
Противоречие между производителями цемента и его потребителями состоит в несоответствии системы контроля производства цемента требованиям потребителей этого строительного материала. Применяемый в настоящее время метод контроля качества обжига клинкера по содержанию свободной окиси кальция не может быть признан достаточным, поскольку при этом минералогическое строение клинкера и строительно-технические свойства цемента могут быть существенно различными.
В статье Л. Г. Судакаса [1] показано, что изменение положения и температурного распределения зоны спекания может существенно повлиять на распределение размеров кристаллов клинкера.
В статье Л. И. Скобло [3] приведены результаты сравнения расчетного минералогического состава и фактического, определенного количественным фазовым рентгеновским анализом с использованием метода уточнений Ритвельда. Показано, что для условий эксперимента расхождение между расчетным и фактическим фазовым составом весьма существенно. При этом, если для алита значения коррелированы, то для трехкальциевого алюмината корреляция результатов полностью отсутствует.
Из изложенного следует ряд практических выводов:
1) При эксплуатации заводов необходимо систематически проводить изучение природы используемого сырья. Необходимо организовывать опережающее опробование сырья в карьере, выделение участков, отличающихся по пластичности, окремнению и запесоченности, температурному диапазону разложения карбоната. По результатам опробования следует корректировать схему разработки карьера таким образом, чтобы колебания перечисленных свойств были сглажены за счет селективной разработки карьеров, работы усреднительных складов, строительства установок для обнаружения и отделения кремнистых включений.
2) Необходимо обеспечить соответствие производительности дробильно-помольных установок требуемой тонкости помола сырьевой смеси, а объемы усреднительных емкостей должны соответствовать требуемой степени гомогенизации последней. Неудовлетворительное качество приготовления сырьевой смеси вызывает неоднородность клинкера и цемента, ухудшение строительно-технических свойств.
3) Необходима организация современных методов контроля качества клинкера. Так, в дополнение к традиционному микрохимическому определению содержания свободной извести следует использовать количественный рентгено-фазовый анализ для определения фактического минералогического состава клинкера.
Литература
1. Судакас Л.Г. Повышение качества цемента путем улучшения фазового состояния минералов клинкера //Цемент.–1977.–№ 7.
2. Судакас Л.Г. Влияние структурных особенностей клинкеров на их качество// Цемент.–1975.–№ 2.
3. Скобло Л.И. Дайджест. Количественный фазовый рентгеновский анализ. Метод Ритвельда// Цемент и его применение. № 1.– 2004. С. 75–76.
4. Бернштейн Л.Г., Егоров Г.Б. Опыт системного описания процесса обжига во вращающейся печи// Цемент.–1990.–№ 9. С. 5–9.
5. Ono Y. Microscopic Analysis of clinker//Central Research laboratory. Onoda Cement Co. 1975.6.22.
6. Интенсификация теплообмена во вращающихся печах размером 5х185 м /Бернштейн Л.Г., Цинципер М.С., Гонебник Н.В., Мордвинцев П.И.//Цемент.–1974.–№ 3. С. 18–19.
| Автор: Л. Г. Бернштейн, Б. Э. Юдович Дата: 16.08.2007 Журнал Стройпрофиль 5-07 Рубрика: бетоны и жби: технологии, оборудование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |