Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Качество цементного клинкера может быть охарактеризовано: содержанием отдельных оксидов (химическим составом); численными значениями модулей, выражающих соотношения между количествами главнейших оксидов в процентах; микроструктурой клинкера, размерами и конфигурацией кристаллов минералов; содержанием основных клинкерных минералов.

Характеристика клинкера по численным значениям модулей дается на основании сведений о процентном содержании главных оксидов в составе клинкера. Значения модулей оказываются численно одинаковыми как для клинкера, так и для сырьевой смеси.

Первоначально для характеристики состава клинкера пользовались одним гидравлическим модулем (иначе называемым основным). Он выражает отношение количества связанного оксида кальция (%) к количеству кислотных оксидов (%):

ОМ = (СаОобщ — CaOCB06)/[(SiO2 общ ~ si02 своб) + ~|-А1203-ЬРе203].

Значение основного модуля ОМ, обозначаемого также буквой т, у современных цементных клинкеров колеблется в пределах 1,7—2,4. Однако характеристика качества клинкера только по показателю гидравлического модуля оказалась недостаточной, что потребовало введения еще двух модулей — силикатного и глиноземного.

Силикатный или кремнеземистый'модуль СМ (или я) показывает отношение между количеством кремнезема (%), вступившего в реакцию с другими оксидами, и суммарным содержанием в клинкере глинозема и оксида железа (%):

СМ = (Si02 общ ~ Si02 СВОб)/(А1203 -J- Fe203).

СМ определяет в цементе отношение между минералами-силикатами и минералами-плавнями (алюмофер-ритной и алюминатной составляющими клинкера). Его численное значение для обычного портландцемента равно 1J—3,5,'а для сульфатостойкого повышается до 4 и более.

Глиноземный или алюмииатный модуль ГМ (или р) представляет собой отношение содержания (%) глинозема к содержанию (%) оксида железа: ГМ = А1203/Ре203.

ГМ определяет в клинкере соотношение между трех-кальциевым алюминатом С3А и железосодержащими соединениями. Значение этого модуля для обычных порт-ландцементов находится в пределах 1—2,5.

При прочих равных условиях при повышенном СМ сырьевая смесь трудно спекается, а цемент медленно схватывается и твердеет, но обладает высокой прочностью в отдаленные сроки. При малом значении ГМ портландцемента обладают повышенной стойкостью в минерализованных водах. Цементы с высоким ГМ быстро схватываются и твердеют, но имеют пониженную конечную прочность.

По рассмотренным выше модулям нельзя судить о тех соединениях, которые образуются в клинкере из оксидов и определяют свойства цементов. Поэтому Г. Кюль выдвинул понятие об «идеальном» клинкере, характеризующемся высокой прочностью и состоящем только из таких высокоосновных соединений, как: 3CaO-Si02, ЗСаО-А1203 и 2CaO-Fe203.

У клинкеров заводского изготовления КН колеблется в пределах 0,85—0,95 в зависимости от состава и свойств сырьевых материалов, вида установок для обжига клинкера, условий обжига и других факторов. Более высокие показатели КН свидетельствуют о повышенном содержании в клинкерах C3S, обусловливающего высокие показатели прочности цементов и скорости твердения. Сейчас качество клинкеров принято характеризовать коэффициентом насыщения КН, силикатным СМ и глиноземным ГМ модулями.

Портландцемеитный клинкер может иметь монадо-бластическую микроструктуру с четкой кристаллизацией алита и белита и равномерным распределением их в объеме клинкерных зерен ( 21). Такая структура получается при оптимальных условиях обжига сырьевой смеси, характеризующейся минимальным содержанием кварцевых зерен и высоким КН. Клинкеры, характеризующиеся плохой кристаллизацией алита и белита и скоплениями полей нераскристаллизованных минералов, имеют микроструктуру, называемую гломеробластичес-кой ( 22). Такая структура образуется при обжиге сырьевых смесей с пониженным КН и значительным содержанием кварцевых зерен.

Из клинкеров моиадобластической структуры при помоле получаются цементы более высокой активности (на 10—12 МПа) по сравнению с цементами из гломеробла-стических клинкеров даже при одинаковом химическом составе.

Характеристику клинкера по минеральному составу устанавливают, определяя процентное содержание в нем основных клинкерных минералов: C3S (алита), CyS (белита), С3А и C4AF—главных носителей вяжущих свойств портландцемента. Содержание их в клинкере можно определить экспериментальными методами (петрографическим, термографическим, рентгенографическим и др.), а также рассчитать по данным химического анализа. Экспериментальные способы дают более точные результаты, чем расчетный, однако его достаточно широко используют для приближенного определения содержания в клинкере основных минералов.

Минеральный состав обычных портландцементных клинкеров, выпускаемых в СССР, колеблется в пределах: C3S 45-60 %; C2S 20-30 %; С3А 3-15 %; C4AF 10—20%. При этом расчетное содержание   указанных минералов в клинкерах большинства заводов составляет 96—97%, из которых обычно 75—82 % приходится на долю минералов-силикатов C3S4-C2S и 18—25 % на долю минералов-плавней СзА + QAF.

Получать в производственных условиях клинкеры с более высоким, чем 25 %, а также с меньшим, чем 18 %, содержанием минералов-плавней очень сложно. В первом случае необходимо применять легкоплавкие сырьевые смеси, что может вызвать сваривание клинкера в крупные куски и образование колец из шихты на стенках вращающихся печей; во втором — следует повышать температуру обжига сырьевых смесей, что снижает стойкость футеровки.

Цементы с повышенным содержанием в клинкере C:JS и С3А твердеют особо быстро и используются для изготовления быстротвердеющих портландцементов. Цементы с высоким содержанием C2S и C4AF твердеют медленно, но выделяют при твердении мало теплоты и идут на изготовление цементов с умеренной экзотерми-ей. Цементы с высоким содержанием СзА быстро схватываются и твердеют в ранние сроки, но обладают пониженной морозостойкостью и стойкостью в минерализованных, в частности, сульфатных водах.