Портландцемент өндірісінің технологиясы.

Портландцементті клинкерді өндіруде шикізат ретінде әктасты тау жынысын, балшықты, сондай-ақ балшық пен әктастың (мергельдің) табиғи араласын пайдаланады. Әктастар, балшықтар, мергельдер — шөгінді тау жыныстары, олардың химиялық құрамы мен физикалық қасиеттері әр түрлі болады.

Күйдіру. Дайындалатын шикізат айналма қазандықтарда күйдіріледі, оның ішкі беті отқа төзімді материалмен қапталған. Цилиндрдің ұзындыгы 185...230 м, димаетрі 5—7 м. Айналма қазан- дық бір жанына қарай еңістеп (4°) орнатылады. Айналу жылдамдығы минутына 1—2,5-ке тең.

Шикізат ылгалдылығы 34—40% болған шлам қазандықтың үстіңгі бөлігіне түседі. Оның астыңғы бөлігінен қысыммен жалын жіберіледі. Қазандықтың үздіксіз айналу есебінен шикізат біртіндеп жоғары температураға қарай жылжиды және мынадай физика-химиялық процестер орын алады:

· 70...200°С температурада шикізат құрғайды;

· 200...700°С температурада шикізаттағы органикалық заттар жанады;

· 700... 1100 температурада магний карбонаттар СаО, Мg0 және С0₂-ге ажыралып, төмен негізді 2СаО • Sі0₂ (15—37%), кальций алюминат пен кальций феррит 2СаО • Fе₂ пайда болады;

· 1100... 1300°С температурада үшкальцийлік алюминат 3СаО • А1₂0₃ (7—15%), төрткальцийлік немесе 4СаО • А1₂0₃ • Fе,0₄ (10—18%) пайда болады;

· 1300...1400°С температурада араласпа біршама ериді де, клинкердің негізгі минералы 3СаО • SіО, (45—60) пайда болады;

· клинкердің температурасы 1000̊С-ге дейін төмендетіледі, клинкердің құрамы, құрылымы бастапқы қалпына келеді.

Құргақ тәсілде портландцемент өндіруде ұнтақ тәрізді шикізат циклонды көрсеткіштерге келіп түседі, ол жерден шығатын ыстық газбен жылытылып, декарбонизаторға жөнелтіледі. СаС0₃ ажыралған соң, айналма қазандыққа келіп түсіп, 1450°С температурада клинкердің пайда болу барысы жалғаса түседі.

Қатуы. Цементті сумен араластырған соң, онда гидролиздену (суда бөлшектену) және гидратациялану (суды коллойдтап біріктіру) деп аталатын физика-химиялық өзгерістер орын алады.

Еру кезеңі. 1—3 сағат аралығында цемент бөлшектері сумен ылғалданады, үстіңгі бөлігінен бастап ери бастайды; уақыт өте келе қаныққан ерітінді пайда болады.

Цемент неғұрлым ұсақ жаншылған болса және қату барысындағы температура жоғары болса, оның қатуы да соғұрлым жеделдейді.

Цемент белгілі бір мөлшердегі сумен су салмағынан (25—30%) химиялық бірігу қасиетіне ие. Барлық қалған су сұйық күйде болады, бетон қираған соң, су буланады, нәтижеде цемент тасы құрамында ұсақ кеуектер пайда болады. Мұның өзі цемент тасының беріктігі мен төзімділігін төмендете түседі.

Алайда, уақыт өте келе беріктіктің артуы азая түседі. Сондықтан цементтің сапасы 28 күннен кейін алған беріктігіне қарай бағаланады.

Портландцементтің қатаюы, қасиеттері мен қолданылуы. Цементті сумен араластырсақ, цемент қамыры пайда болады. Ол өз кезегінде қатайып, уақыт өтісімен цемент тасына айналады.

Коллоидация кезеңі. Клинкер минералдары гидролизденіп, суда әр түрлі жылдамдықпен ериді. Екікальцийлі сулы силикат, сулы алюминаттар мен сулы ферриттердің кристалдары сумен әрекеттесуі кезінде Са(ОН)₂ сияқты ерімейді, олар коллоидты ерітінділерді түзіп, дисперсті қатты бөлшек күйінде бөлінеді.

Алынған цемент қамырында жеткілікті иілгіштік және желімдеуші қасиет бар. Цемент қамыры толтырғыштардың қырларын бүркемелеп, олардың арасындағы үйкеліс күшін азайтады, осының нәтижесінде бетон қоспасы ақпалы және жайғасымдық қасиеттерге ие. Уақыт өтісімен цемент қамырындағы бос ылғалдың саны азаяды, коллоидты бөлшектер жақындасады, іріленеді және бір- бірімен желімделенеді. Мұндай жағдайда цемент қамыры өзінің иілгіштік қасиетін жоғалтады.

Кристалдану кезеңі қатаю процесін аяқтайды. Осы мезгілде коллоидты жүйе кристалданады. Бірінші кезекте кальцийдің сулы күкіртті алюминаты мен сулы тотығының кристалдары қаңқа түзейді, ал кальцийдің сулы силикаты біраз уақыт коллоидты жағдайда қалып қояды. Әрі қарай цемент тасы сулы силикаттың кристалдану есебінен бекиді.

Кальцийдің сулы тотығы гидравликалық қоспалармен әрекеттесіп қосымша цементтейтін заттар түзеді, портландцементті тастың беріктігі артады және суға шыдамдылыгы өседі, мұның өзі ерімейтін кальцийдің сулы силикатының СаО • ЅіО₂ • nН₂0 пайда болуымен түсіндіріледі.

Стандарттың талаптары бойынша портландцементтегі ұстасудың басталуы 45 минуттан ерте емес, ал ұстасудың аяқталуы 12 сағаттан кем емес болуы керек.

Цементтің ұстасу уақытын баяулату үшін үшкальцийлі алюминатты байланыстырып, оны кальцийдің сулы күкіртті алюминатына айналдыратын гипсті қосады. Егер де цементтің меншікті қыры артатын болса, онда ұстасу уақыты қысқарады (10-кесте).

10-квсте. Цемент меншікті қырының ұстасу процесіне әсері

Цементтің гидратациялануы кезіндегі жылудың бөлінуі де оның меншікті қыры мен минералогиялық құрамына байланысты және цемент белсенділігінің жанамалы сипаттамасы болып табылады. Әсіресе, клинкер минералдарының арасында С₃А пен С₃Ѕ гидратациялану кезінде жылу мол бөлінеді.

Ауада қатаю кезінде цемент қамырының көлемі азаяды (шөгіну), ал суда керісінше өсе түседі (ұлғаю). Қоршаган ортаның ылғалдылығы өзгеруінен цемент қамырының да көлемі ауытқып тұрады. Бір ай бойына қатайған цемент 0,5—0,6% ұлғаюы немесе 0,15—0,6% шөгінуі мүмкін. Бетонда қайталанбайтын көлемдік деформацияның жинақталуы, ондағы деструктивті процестердің бар екенін растайды. Олар бетонды бұйымдарда, конструкцияларда орын алатын сызаттану процесіне әкеліп соқтырады.

Қатаюдың бас кезінде шөгіну мен ұлғаюдың шамасы бір айлық көрсеткіштің 60—70%-ын құрайды. Уақыт өтісімен шөгіну де, ұлғаю да тоқтайды, бірақ олардың қоршаған ортаның әсерімен қайтала- нуы мүмкін екендігін естен шығармаған жөн.