Корректирующие добавки

Корректирующие добавки вводят в цементную сырьевую смесь в тех случаях, когда ее химический состав не отвечает установленным требованиям. Так, например, для повышения со­держания кремнезема в качестве добавки или корректирующего материала применяют песок, глину с высоким процентом крем — •незема, трепел и т. д. При недостатке оксида железа в качестве корректирующего материала применяют колчеданные огарки, железную руду и т. д.

В табл. 1.3.1 приведен химический состав некоторых кор­ректирующих материалов.

Таблица 1.3.1. Химический состав корректирующих добавок, %

Диа­то­мит

Колче­данные огарки

Боксит

Компонент

Железная РУда

Пе­сок

Колош­никовая Зола-унос пыль

Потери при

Прокаливании

Si02

А120з \

;Fe2o3 /

СаО MgO

So3

Na20 1

6,2

77,0

9,6

0,3 0,9

1,5

;к*о

15— 20

16— 22,0

44-58

10—16 0,2—1,0 6,6—25 2—16 62—87 0,7—0,9 0,2-2 0,8—8

5-12

20—25 3-9 45—60 0,5-2,5 1,5-7 0,3—0,6

5—15

11—22 5—14 54—69 1—9 0,5-2,5 0,2—2,5

0,2—4,0

26—36 6,5—9,5

0,2 99,2 0,5

5-8 42—50 3—4 2,5—3 0,8—3,5

1.4. Дополнительные компоненты сырьевой смеси

Здесь приведены материалы, содержание которых в цементе ограничивается нормами или опытными данными.

1.4.1. Оксид магния. Оксид магния в количестве около 2% по массе находится в связанном состоянии в основных клинкер­ных фазах и, кроме того, содержится в клинкере в виде сво­бодного MgO (периклаз). Периклаз с водой образует Mg(OH)2: .Mg0-fH20=Mg(0H)2, однако эта реакция протекает очень медленно, когда остальные реакции твердения уже завершены. Поскольку Mg(OH)2 занимает больший объем, чем MgO, то возникает опасность разрушения цементного камня и появления усадочных трещин (магниевая усадка) (см. также разд. 22.2).

В основном MgO содержится в известняке в виде доломита (CaC03-MgC03).

Иногда большое количество MgO содержится также в до­менных шлаках. При использовании таких шлаков вместо гли­ны в составе сырьевой смеси необходимо следить за тем, чтобы
содержание MgO в клинкере оставалось в допустимых преде­лах (см. пример 2.5 и табл. 2.5).

1.4.2. Щелочи. Щелочи вносятся с обрабатываемым сырь­ем — глиной и мергелями, где К20 и Na20 содержатся в мелко­зернистом полевом шпате, включениях слюды и глинистом минерале иллите; небольшая часть щелочей образуется из уголь­ной золы при сжигании твердого топлива [139, 245, 7а]. В Сред­ней Европе в составе глин содержится значительно больше К20, чем Na20, а в других районах мира, например в США, в глинах содержится большее количество Na20 (см. табл. 1.1.3.2 и 1.2.1.). При обжиге цемента во вращающихся печах часть щелочей улетучивается в зоне спекания и возникает возмож­ность щелочной циркуляции (см. также разд. 1.4.3).

Некоторые заполнители для бетона, применяющиеся, напри­мер, в ряде районов США, Дании, ФРГ и ГДР, содержат компоненты, чувствительные к щелочам, например опал (водосодержащий кремнезем), которые вступают в реакцию со щелочами цемента, что при определенных неблагоприятных условиях может привести к неравномерному изменению объема (щелочному вспучиванию). На основе опытных данных для предотвращения щелочного вспучивания в рассматриваемом случае рекомендуют применять цемент с низким содержанием щелочей, при котором общее количество щелочей в пересчете на Na20(Na20-(-0,659 К20, % по массе) не превышает 0,6% по массе. С учетом практики других стран [14] в ФРГ также вве­дено ограничение содержания щелочей, равное 0,6% по массе в пересчете на Na20, однако это ограничение распространяется только на портландцемент. Было установлено, что для шлако — портландцементов можно увеличить предельное содержание щелочей, и поэтому для цементов с низкой эффективной щелоч­ностью[1] (цемент NA) при количестве шлака до 50% допускается предельное содержание щелочей, равное 0,9%, а при количест­ве шлака до 65%—2,0% по массе [7Ь].

В тех случаях, когда требуется цемент NA, а щелочность клинкера, полученного из имеющегося в наличии сырья, превы­шает допустимые пределы, необходимо удалить часть летучих щелочей путем частичного отвода (байпаса) печных газов пе­ред их поступлением в теплообменник.

Можно отметить, что федеральные нормы США SS—С—192Ь, стандарты Американской ассоциации государственного дорож­ного строительства AASHO и нормы ASTM ограничивают ще­лочность портландцемента величиной 0,6% в пересчете на Na20. Указанные ограничения должны соблюдаться, когда цемент вступает во взаимодействие с заполнителями для бетона, чувст­вительными к щелочной реакции. Однако из-за трудности раз­деления цементов с низкой и высокой щелочностью обычно требуют, как это принято во многих районах США, чтобы все цементы соответствовали нормам низкой щелочности (см. так­же [7d, 7е, 7f]).

1.4.3. Сера. Сера встречается в основном в виде сернистых соединений (пирит и марказит FeS2) почти во всех типах це­ментной сырьевой смеси. При обследовании более 90 месторож­дений известняка в ФРГ установлено, что максимальное содер­жание серы (сульфатные и сульфидные соединения) равно 0,16%, а при обследовании 67 месторождений глины оно состав­ляет в среднем 0,22%. Сернистость топлива меняется в значи­тельных пределах — от нуля для природного газа до 3,5% для тяжелого мазута. Уголь Рурского бассейна в среднем содержит 1,1% серы [1]. При обследовании 21 цементной печи с предва­рительным подогревом сырья (ФРГ) установлено, что с сырье­вой смесью вносится от 0,5 до 11 г S03 на 1 кг клинкера, а с топливом — при использовании жидкого топлива с очень вы­соким содержанием серы—максимум 6 г S03 на 1 кг клинкера [7а, 139].

При горении и газообразовании в зоне спекания печи се­ра, содержащаяся в топливе и сырьевой смеси, превращается в газообразный продукт S02, который, вступая во взаимодейст­вие с летучими щелочами печных газов и кислородом, образует парообразный сульфат щелочного металла, конденсирующийся на обжигаемом материале в более холодных зонах печи и по­догревателе. Весь сульфат щелочного металла, за исключением небольшой части, остающейся в летучей пыли, возвращается с обжигаемым материалом в зону спекания и вследствие летуче­сти серы разносится по клинкеру.

Если количество SO2 недостаточно для связывания всей ще­лочи, то возникает циркуляция летучих карбонатов или хлори­дов щелочных металлов (см. разд. 1.4.4). Углекислые соли ще­лочных металлов, не вошедшие в клинкерные фазы, могут сно­ва испариться в зоне спекания.

При избытке S02 еще в подогревателе начинается его сое­динение с СаС03 и образование CaS04, который возвращается в зону спекания. В зоне спекания снова происходит разложение CaS04, что приводит к росту содержания S02 в циркулирующих печных газах. Однако часть неразложившегося CaS04 попада­ет в клинкер.

Наличие в сырьевой смеси избыточного количества щелочей по сравнению с количеством, нейтрализуемым при взаимодей­ствии с серой, имеет преимущество, связанное с возможностью применения топлива с высоким содержанием серы без выпуска из печи в атмосферу отработанных газов с заметным содержа­нием S02. Сульфат щелочного металла, связанный в клинкере, оказывает благоприятное влияние на начальную прочность це­мента. В противоположность этому повышенное содержание серы может привести к возрастанию количества SO2 в отходя­щих газах, к засорению подогревателей сырьевой смеси и об­разованию колец привара во вращающихся печах.

Цемент требует добавления минимального количества суль­фата кальция — чаще всего в форме молотого гипса — для ре­гулирования сроков схватывания; с другой стороны, максималь­но допустимое суммарное содержание SO3, которое должно предотвратить сульфатное вспучивание цемента, регламентиро­вано соответствующими нормами и составляет от 2,5 до 4%. В определенных условиях при минимальных нормативных зна­чениях S03 отсутствует возможность глубокой сульфатизации щелочей.

1.4.4. Хлориды. Содержание хлоридов в сырьевых смесях обычно составляет от 0,01 до 0,1% по массе, а в редких случа­ях превышает 0,3% [7а]. Как уже отмечалось, во вращающихся печах хлориды вступают в реакцию со щелочами, что приводит к образованию хлоридов щелочных металлов, которые отводят­ся с печными газами и осаждаются в подогревателе. Вместе с обжигаемым материалом они возвращаются назад в печь, од­нако в отличие от сульфатов щелочных металлов почти пол­ностью испаряются в зоне спекания. Поскольку большая часть хлоридов щелочных металлов осаждается в подогревателе сырьевой смеси, между зоной спекания и подогревателем воз­никает циркуляция, сохраняющаяся до прекращения эксплуа­тации печи из-за склеивания и образования корки. Эта цирку­ляция должна быть ослаблена до 10—15% путем частичного отвода (байпаса) печных газов. По опытным данным, частичный отвод печных газов необходим при содержании в сырьевой сме­си около 0,015% С1 по массе [7а].

Раньше для повышения начальной прочности даже к самым высококачественным цементам добавляли хлористый кальций. После того как было установлено, что хлорид способствует кор­родированию стали и представляет особую опасность для на­прягаемой проволочной арматуры в предварительно напряжен­ных бетонных конструкциях, в новом издании норм ФРГ по цементу DIN 1164 1970 г. вообще запретили добавлять в цемент хлорид; в то же время количество хлорида, попавшего в цемент при обработке сырья, ограничено 0,1% [7с, 139].

1.4.5. Фториды. Содержание фторидов в обычной цементной сырьевой смеси находится в пределах 0,03—0,08%. В отличие от хлоридов фториды из-за слабой летучести не образуют не­благоприятной циркуляции в системе печи. В настоящее время в большинстве случаев отказались от практиковавшейся ранее добавки фтористого кальция в сырьевую смесь (до 1%) для улучшения обжига клинкера, так как теперь связывание извести достигается улучшением гомогенизации и тонкости помола сырьевой смеси.

1.4.6. Фосфор. Содержание фосфора в большинстве природ­ных цементных сырьевых смесей очень незначительно (в ФРГ содержание в клинкере Р205 составляет от 0,05 до 0,25% [139]). Поскольку приходится перерабатывать материалы, богатые фос­фором (например, известняк, богатый Р205,— промышленные отходы при добыче фосфора), допустимое содержание Р205 в клинкере принято равным 2,5% [12Ь]. Однако уже при содержа­нии Р205, превышающем 0,5%, может снизиться начальная проч­ность цемента [12с].

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *