Белый портландцемент
 | Эта статья включает список литературы , связанную литературу или внешние ссылки , но ее источники остаются неясными, поскольку в ней отсутствуют встроенные цитаты . ( Октябрь 2022 г. ) |
Белый портландцемент или белый обыкновенный портландцемент (WOPC) подобен обычному серому портландцементу во всех отношениях, за исключением высокой степени белизны. Получение этого цвета требует существенной модификации метода изготовления. Для этого требуется гораздо меньшее содержание цветных примесей в сырье (в основном известняке и глине ), используемом для производства клинкера : низкие уровни Кр2О3 O3, Mn 2 O 3 и Fe 2 O 3 необходима более высокая температура ), но, прежде всего, для заключительного этапа спекания в цементной печи (от 1600 до 1700 °C вместо 1450 °C для обычного портландцемента) из-за более высокой температуры плавления смеси . обеднен оксидами железа (служит флюсом в портландцементе). Из-за этого процесс более энергозатратен, а белый цемент несколько дороже серого продукта.
Использование
[ редактировать ]Белый портландцемент используется в сочетании с белыми заполнителями для получения белого бетона для престижных строительных проектов и декоративных работ. Белый бетон обычно представляет собой сборные облицовочные панели, поскольку использование белого цемента в конструкционных целях нерентабельно. Белый портландцемент также используется в сочетании с неорганическими пигментами для производства ярко окрашенных бетонов и строительных растворов. Обычный цемент при использовании с пигментами дает цвета, которые могут быть привлекательными, но несколько тусклыми. С помощью белого цемента можно легко получить ярко-красные, желтые и зеленые цвета. За определенную плату также можно изготовить синий бетон. Пигменты можно добавлять в бетономешалке. В качестве альтернативы, чтобы гарантировать повторяемость цвета, некоторые производители поставляют готовые цветные цементы, используя белый цемент в качестве основы. Чтобы быть «белым», порошкообразный материал должен иметь коэффициент отражения ( «значение L» ) более 85%. Особого успеха в использовании WOPC и добавленных пигментов достигла монокушированная штукатурка. .
В некоторых странах клинкер грязно-белого цвета, коэффициент отражения которого в размолотом состоянии превышает 70, производится по цене лишь немногим более обычный серый клинкер. При его смешивании с молотым доменным шлаком (до 60% в зависимости от использования и начальной прочности) можно получить цемент с коэффициентом отражения более 80. Себестоимость производства смешанного цемента может быть ниже, чем у портландцемента общего назначения (серого цвета), но обычно он приносит прибыль, поскольку продается, чтобы конкурировать с белым портландцементом.
Производство
[ редактировать ]Рецептура сырой смеси
[ редактировать ]Характерный цвет обычного портландцемента от зеленовато-серого до коричневого цвета обусловлен наличием в его химическом составе ряда переходных элементов . Это, в порядке убывания красящего эффекта, хром , марганец , железо , медь , ванадий , никель и титан . Их количество в белом цементе сведено к минимуму. Содержание Cr 2 O 3 поддерживается ниже 0,003%, Mn 2 O 3 поддерживается ниже 0,03%, а Fe 2 O 3 поддерживается ниже 0,35% в клинкере . Остальные элементы обычно не представляют собой серьезной проблемы. Портландцемент обычно изготавливается из дешевого сырья, добытого в карьерах, и оно обычно содержит значительные количества Cr, Mn и Fe. Например, известняки, используемые в производстве цемента, обычно содержат 0,3-1% Fe 2 O 3 , тогда как в известняках для белого производства требуются уровни ниже 0,1%. Типичные глины , используемые в сырьевой смеси серого цемента, могут содержать 5-15% Fe 2 O 3 . Желателен уровень ниже 0,5%, а обычные глины обычно заменяют каолином . В каолине довольно мало SiO 2 , поэтому большое количество песок в смесь обычно также добавляют . Железо и марганец обычно встречаются в природе вместе, поэтому выбор материалов с низким содержанием железа обычно обеспечивает низкое содержание марганца, но хром может образовываться из других источников, особенно из-за износа шлифовального оборудования из хромистой стали во время производства сырьевой смеси. См . сырьевую мельницу . Этот износ усугубляется высоким содержанием песка в смеси, что делает ее чрезвычайно абразивной. Кроме того, чтобы приготовить комбинируемую сырьевую смесь, песок должен быть измельчен до размера частиц менее 45 мкм. Часто это достигается путем отдельного измельчения песка с использованием керамических мелющих тел для ограничения загрязнения хромом.
При грязно-белом клинкере расчетное содержание Fe 2 O 3 в клинкере выше (0,6-0,8%). Можно использовать уголь (если в золе мало Fe 2 O 3 или других микроэлементов). Зола в угле полезна в реакции, поскольку она мельче измельченного сырья, достигает более высоких температур и плавится в пламени. Каолин иногда встречается в угольных месторождениях. Возможно использование отходов углеобогащения, горючих сланцев и отработанной сланцевой золы. Беловатый клинкер имеет расчетное содержание C 3 A (трикальцийалюмината) 7-9%. При смешивании с измельченным гранулированным доменным шлаком он может соответствовать требованиям по сульфатостойкости и низкой теплоемкости.
Работа печи
[ редактировать ]Как правило, вращающиеся печи, используемые для химического объединения сырья, работают при более высокой пиковой температуре (1600°C), чем та, которая требуется для производства серого клинкера (1450°C). Это требует более высокого расхода топлива (обычно на 20–50 %) и приводит к снижению производительности печи (обычно на 20–50 %) для печи данного размера. Причиной этого является относительно небольшое количество жидкого расплава, образующегося при спекании , из-за низкого содержания железа в смеси. Конечная реакция в печи, превращение белита в алит , требует жидкого расплава в качестве растворителя и протекает медленнее, если количество расплава мало. Частично это можно компенсировать добавлением в сырьевую смесь комбинации кальция и фторида в виде фторида кальция или отходов криолита . Эта комбинация снижает температуру плавления. в клинкере В тех случаях, когда содержание Fe 2 O 3 превышает 0,2% (что практически всегда так), также применяются уникальные процессы «отбелки» и «закалки». «Отбеливание» включает направление второго пламени (кроме того, которое используется для нагрева печи) на слой клинкера рядом с выходом из печи для восстановления Fe(III) до Fe(II). Этого снижения строго избегают при производстве серого цемента из-за вредного воздействия, которое оно может оказать на качество клинкера. Но при производстве белого клинкера, где содержание железа низкое, это не проблема. В дальнейшем, чтобы предотвратить повторное окисление железа, проводят «закалку». Это заключается в быстром понижении температуры клинкера с 1200°C до уровня ниже 600°C за несколько секунд на выходе из печи. Обычно для этого нужно опустить его в воду и быстро вынуть с помощью винта или пропустить через завесу из водяных брызг. Это способствует относительно низкой энергетической эффективности процесса, поскольку Явное тепло клинкера не перерабатывается, как у обычного производителя клинкера.
Температура в печи не обязательно выше, чем при производстве серого клинкера, но она кажется выше из-за отражательной способности, особенно в газовых печах (у которых действительно более высокая температура пламени). С не совсем белым клинкером можно использовать обжиг угля, что имеет множество преимуществ с точки зрения затрат и производительности. Важно тонко измельчить уголь и иметь горелку, которая дает очень короткое яркое пламя (высокая скорость и низкая скорость первичного воздуха), чтобы можно было поддерживать низкий уровень избытка кислорода, близкий к нулю, с содержанием CO, возможно, 0,1%. Нет необходимости в второе пламя, если горение в пламени угля происходит быстро и контролируемо. Беловатый клинкер имеет светло-зеленоватый цвет из-за Fe(II). Вращающиеся печи имеют ограничения по производительности в зависимости от площади поверхности, необходимой для передачи тепла. Немногие старые печи могут достичь пределов площади поверхности из-за ограничений во вспомогательном оборудовании, таком как подача топлива (например, отсутствие предварительного обжига), измельчение угля и сырья, мощность вытяжного вентилятора, химический контроль сырьевой смеси, качество горелки, управление печью и т. д. При правильном использовании печи для производства белого клинкера производительность печи может быть лишь на несколько процентов ниже, чем при производстве серого клинкера.
Помол и обработка клинкера
[ редактировать ]Затем клинкер измельчается до цемента (возможно, после стадии сушки). При этом к контрольному набору добавляют сульфат кальция в виде гипса или ангидрита высокой чистоты . В некоторых спецификациях (не ASTM небольшое количество диоксида титана ) для улучшения отражательной способности может быть добавлено . На всех этапах необходима большая осторожность во избежание загрязнения цветными материалами.
Технические характеристики
[ редактировать ]Белый портландцемент физически отличается от серого цемента только цветом. Его поведение при схватывании и развитие прочности по существу такие же, как и у серого цемента, и он соответствует таким стандартным спецификациям, как ASTM C 150 и EN 197. На практике, поскольку в сборных железобетонных изделиях используется много белого цемента, его обычно изготовлен в соответствии со спецификациями высокой прочности, такими как ASTM C 150 Type III. Это способствует увеличению производительности производителей бетона. Более высокая потенциальная прочность также помогает противодействовать эффекту добавления пигмента, снижающему прочность. В дополнение к обычным характеристикам производители гарантируют белизну продукта, обычно с точки зрения измерения отражательной способности , такого как L*a*b L-значение или тристимул . В последнем случае, поскольку белый цемент нестандартного цвета имеет тенденцию быть зеленоватым, используется значение Tri-Y (зеленый). Поскольку цвет во многом зависит от операций «отбеливания» и «закалки», простое указание низкого содержания железа не гарантирует хорошей белизны.