Файл: Строительные материалы_ Краткий курс_ Н_А_ Машкин, О_А_ Игнатова(1).pdf

48 

Кислотоупорный  цемент  получают  совместным  помолом 

или смешиванием молотого кварцевого песка (SiO

2

) и кремнеф-

тористого  натрия  (Na

2

SiF

6

).  Затворяют  такой  цемент  жидким 

стеклом. Кварцевый песок можно заменить порошком андезита. 

Применение: кислотостойкие замазки, растворы, бетоны. 
При твердении зерна песка обволакиваются и скрепляются 

аморфным  кремнеземом.  Прочность  бетона  50–60  МПа,  разру-
шается в едких щелочах. 

3.4. Гидравлические вяжущие вещества 

 
3.4.1. Портландцемент 
Портландцемент  –  порошкообразный  материал,  содержа-

щий  искусственные  минералы  (силикаты  кальция  70–80 %), 
большинство  из  которых  в  природе  не  встречаются.  Эти  мине-
ралы  обладают  высокой  химической  активностью  и  способны 
взаимодействовать с водой. Портландцемент получают при тон-
ком измельчении цементного клинкера с добавкой 3–5 % гипса.  

Клинкер  получают  в  виде  гранул  размером  10–20  (40)  мм 

обжигом  до  спекания  сырьевой  смеси  известняка  и  глинистых 
пород. Клинкер определяет качество портландцемента. 

Состав портландцемента 
Химический, %:  CaO  –  63–66;  SiO

2

  –  21–24;  Al

2

O

3

  –  4–8; 

Fe

2

O

3

 – 2–4; MgO – 0,5–5 и др.  

Минеральный состав: 
–  алит    3CaO 

.

 SiO

2

 (C

3

S) – 45–60 %; 

–  белит  2CaO 

.

 SiO

2

 (C

2

S) – 20–30 %; 

–  трехкальциевый алюминат  3CaO 

.

 Al

2

O

3 

(C

3

A) – 4–12 %; 

–  четырехкальциевый алюмоферрит   
4CaO 

.

 Al

2

O

3

.

 Fe

2

O

3

(C

4

AF) – 10–20 %. 

В  состав  клинкера  входят  также  свободные  СаО  (допуска-

ется    1 %), MgO (допускается     5 %). 

49 

Наиболее  быстро  гидратирующимися  минералами  цемент-

ного клинкера являются трехкальциевый алюминат и трехкаль-
циевый  силикат;  самая  медленная  гидратация  происходит  у 
двухкальциевого силиката.  

суток

Рис. 3.1. Нарастание прочности клинкерных минералов  

во времени: 1 – C

3

S; 2 – C

2

S; 3 – C

3

A; 4 – C

4

AF 

Вещественный  состав  цемента:  содержание  клинкера, 

гипса  и  активных  минеральных  добавок.  Например,  шлаковый 
портландцемент  содержит:  клинкера  –  57,  шлака  –  40,  гипса  – 
3 %. 

 
Технология получения портландцемента   
Производство  портландцемента  может  быть  разделено  на 

два комплекса операций. Первый включает изготовление клин-
кера, второй – получение портландцемента измельчением клин-
кера совместно с гипсом, активными минеральными и другими 
добавками.  Получение  клинкера  –  наиболее сложный  и  энерго-
емкий процесс, заключающийся в добыче сырья, его смешении 
и обжиге.  

Отн

ос

ительна

я 

про

чно

сть 

кл

инк

ер

ны

х 

ми

нер

ал

ов

50 

Сырье:  известняки,  мел,  мергели  (СаСО

3

)  –  75 %;  глина 

(SiO

2

, Al

2

O

3

, Fe

2

O

3

) – 25 %. Применяют добавки отходов (шлаки, 

нефелиновый шлам). 

Топливо: природный газ, реже мазут. 1/4 стоимости готово-

го  цемента  –  это  затраты  на  топливо,  поэтому  его  расходуют 
экономно. 

Подготовка сырья – измельчение и смешивание исходных 

компонентов в соответствующих пропорциях. 

В настоящее время применяют два основных способа под-

готовки  сырьевой  смеси  из  исходных  компонентов:  «мокрый», 
при  котором  помол  и  смешение  сырья  осуществляют  в  водной 
среде,  и  «сухой»,  когда  материалы  измельчают  и  смешивают  в 
сухом виде. 

Сухой  способ  – совместное  измельчение  известняка  и  гли-

ны  в  мельницах  с  одновременной  сушкой  до  влажности  1–2 % 
(сырьевая мука). Хранят в силосах. Предъявляются повышенные 
требования к качеству известняка и глины (W до 10–15 %, одно-
родность).  Недостатки:  пыление,  дополнительные  требования 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОЦЕССА  

ПОЛУЧЕНИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА 

Добыча сырья 

Приготовление сырьевой смеси 

Обжиг до спекания 

Охлаждение клинкера 

Помол клинкера с добавками гипса 

Хранение портландцемента  

51 

к качеству оборудования. Достоинство: экономичность – затра-
ты тепла в 1,5–2 раза меньше, чем при мокром способе. 

Мокрый  способ  –  при  повышенной  влажности  сырья:  из-

мельчение и смешивание в водной среде (35–45 % воды в соста-
ве шлама). Глину перерабатывают в глиноболтушках. Добавля-
ют дробленый известняк, все компоненты поступают в шаровую 
мельницу.  Готовый  шлам  хранят  в  шлам-бассейнах.  Несколько 
снижают влажность шлама добавки СДБ. Достоинство: невысо-
кие  требования  к  качеству  сырья  при  хорошем  качестве  порт-
ландцемента.  Недостаток:  повышенная  энергоемкость  произ-
водства. 

Каждый из этих способов имеет свои положительные и от-

рицательные стороны. В водной среде облегчается измельчение 
материалов, при их совместном помоле быстро достигается вы-
сокая  однородность  смеси,  но  топлива  на  обжиг  расходуется  в  
1,5–2 раза больше, чем при сухом. 

Сухой  способ,  несмотря  на  его  технико-экономические 

преимущества по сравнению с мокрым, длительное время нахо-
дил  ограниченное  применение  из-за  пониженного  качества  по-
лучаемого клинкера. Однако успехи в технике тонкого измель-
чения  и  гомогенизации  сухих  смесей  обеспечили  возможность 
получения высококачественных портландцементов и по сухому 
способу. 

Тенденции  в  мировом  цементном  производстве:  1)  совер-

шенствование оборудования и технологий; 2) скоростной обжиг 
в высокопроизводительных печах; 3) перевод с мокрого способа 
на полусухой и сухой; 4) создание принципиально новых техно-
логий. 

Обжиг сырьевой смеси  производят во вращающихся печах: 

при сухом способе – 7 × 95 м; при мокром – (5–7) × 185 (230) м. 
Производительность  –  более  100  т/ч  (3000  т/сут).  Вращение  
1–2 об/мин. 

Помол  клинкера.  Производительность  мельниц  –  100  т/ч  и 

более. Мелющие тела – стальные шары и цилиндры. Использу-
ются центробежные сепараторы для отделения крупных частиц, 
направляемых  на  домол.  Тонкость  помола  –  4000–5000  см

2

/г. 

52 

При помоле добавляется гипс (до 3,5 % по SO

3

) для замедления 

сроков схватывания. Хранится цемент в силосах из железобето-
на диаметром до 15 м и высотой до 30 м для охлаждения (после 
помола  температура  равна  80–120

°С)  и  гашения  свободного 

СаО. 

Твердение  портландцемента.  После  затворения  водой  об-

разуется цементное тесто, которое в течение 1–3 часов не теряет 
пластичности.  Затем  происходит  схватывание  (до  10  ч),  тесто 
загустевает.  Далее  твердение.  Процессы  гидратации  цемента  – 
это химические реакции при схватывании и твердении. 

Реакции с водой (растворение):  
1)  2 (3CaO 

.

 SiO

2

) + 6H

2

O = 3CaO 

.

 2SiO

2

.

 3H

2

O + 3Ca(OH)

2

; 

                        алит                            гидросиликат кальция 

2)  2 (2CaO 

.

 SiO

2

) + 4H

2

O = 3CaO 

.

 2SiO

2

.

 3H

2

O + Ca(OH)

2

; 

                        белит                           гидросиликат кальция     
 

3)  3 CaO 

.

 Al

2

O

3

 + 6H

2

O = 3 CaO 

.

 Al

2

O

3

.

 6H

2

O; 

                                               гидроалюминат (рыхлая структура) 

3 CaO 

.

 Al

2

O

3

 + 3 (CaSO

4

.

 2H

2

O) + 26H

2

O =  

= 3 CaO 

.

 Al

2

O

3

.

 3CaSO

4

.

 32H

2

O; 

                          эттрингит  (увеличенный  вдвое  по  сравнению  с  исход-
ными  продуктами  объем,  уплотняет  структуру  цементного  камня); 
гидросульфоалюминат  кальция  осаждается  на  поверхности  частиц  
3CaO

.

Al

2

O

3

, замедляя их гидратацию и продлевая схватывание цемента 

4)  4CaO 

.

 Al

2

O

3

.

 Fe

2

O

3

 + m H

2

O =  

             = 3CaO 

.

 Al

2

O

3

.

 6H

2

О+ CaO 

.

 Fe

2

O

3

.

 n H

2

O 

                   гидроалюминат            гидроферрит 
               (связывается гипсом) 

 
В  результате  процессов  гидратации  образуется  цементный 

гель.  Затем  происходят  процессы  структурообразования,  обра-
зования  новых  связей  кристаллов  и  упрочнения  цементного 
камня.