Цементный клинкер
Цементный клинкер – твердый материал, получаемый при производстве портландцемента в качестве промежуточного продукта. Клинкер встречается в виде комков или узелков, обычно диаметром от 3 миллиметров (0,12 дюйма) до 25 миллиметров (0,98 дюйма). Его производят путем спекания (сплавления без плавления до точки разжижения ) известняка и алюмосиликатных материалов, таких как глина, на этапе цементной печи . [1] [2]
Состав и подготовка
[ редактировать ]Портландский клинкер по существу состоит из четырех минералов: двух силикатов кальция , алита (Ca 3 SiO 5 ) и белита (Ca 2 SiO 4 ), а также алюмината трикальция (Ca 3 Al 2 O 6 ) и алюмоферрита кальция (Ca 2 (Al, ) 2O5 Fe . ) Эти основные минеральные фазы производятся путем нагревания при высокой температуре глины и известняка . [3]
Основным сырьем для изготовления клинкера обычно является известняк, смешанный со вторым материалом, содержащим глину в качестве источника алюмосиликата. нечистый известняк, содержащий глину или диоксид кремния (SiO 2 Можно использовать ). Содержание карбоната кальция (CaCO 3 ) в этих известняках может составлять всего 80% по весу. В процессе обжига, который происходит при производстве клинкера, известняк распадается на известь (оксид кальция), который включается в конечный продукт клинкера, и диоксид углерода, который обычно выбрасывается в атмосферу.
Второе сырье (материалы в сырьевой смеси, кроме известняка) зависят от чистоты известняка. Некоторые из вторых используемых сырьевых материалов: глина, сланец , песок , железная руда , бокситы , летучая зола и шлак .
Портландцементный клинкер изготавливается путем нагревания однородной смеси сырья во вращающейся печи при высокой температуре. Продукты химической реакции объединяются при температуре их спекания около 1450 ° C (2640 ° F). Оксид алюминия и оксид железа присутствуют только в качестве флюса цемента для снижения температуры спекания и незначительного вклада в прочность .
Для специальных цементов, таких как низкотемпературные (LH) и сульфатостойкие (SR), необходимо ограничивать количество образующегося трикальцийалюмината .
Клинкер и реакции его гидратации характеризуются и подробно изучаются многими методами, включая калориметрию , прочности развитие , дифракцию рентгеновских лучей , сканирующий электронный микроскоп и атомно-силовую микроскопию . [4]
Использование
[ редактировать ]Портландцементный клинкер (сокращенно «к» в европейских нормах) измельчается в мелкий порошок и используется в качестве связующего вещества во многих цементных продуктах. Небольшое количество гипса (менее 5 мас.%) необходимо добавлять, чтобы избежать мгновенного схватывания трикальцийалюмината ( Ca 3 Al 2 O 6 ), наиболее реакционноспособной минеральной фазы (экзотермическая реакция гидратации) в портландском клинкере. Его также можно комбинировать с другими активными ингредиентами или добавками к цементу для производства других типов цемента , в том числе в соответствии с европейским стандартом EN 197-1: [5]
- CEM I: чистый портландцемент (обычный портландцемент, OPC).
- CEM II: композитные цементы с ограниченным добавлением известнякового наполнителя или доменного шлака (BFS).
- CEM III: BFS-OPC доменный цемент
- CEM IV: пуццолановые цементы
- CEM V: композитные цементы (с большими добавками BFS, летучей золы или микрокремнезема )
Клинкер — один из ингредиентов искусственной породы, имитирующей известняк и названной пульхамитом в честь его изобретателя Джеймса Пулхэма (1820–1898). Другими ингредиентами были портландцемент и песок. Пуламит может быть чрезвычайно убедительным и был популярен при создании естественно выглядящих альпинариев в девятнадцатом веке.
Клинкер при хранении в сухих условиях может храниться несколько месяцев без заметной потери качества. По этой причине, а также потому, что с ним можно легко обращаться с помощью обычного погрузочно-разгрузочного оборудования, клинкер продается на международном уровне в больших количествах. Производители цемента, приобретающие клинкер, обычно измельчают его в качестве добавки к собственному клинкеру на своих цементных заводах. Производители также отправляют клинкер на мельницы в районы, где нет сырья для производства цемента.
Вспомогательные средства для измельчения клинкера
[ редактировать ]Гипс добавляют в клинкер прежде всего в качестве добавки, предотвращающей схватывание цемента, но он также очень эффективен для облегчения помола клинкера , предотвращая агломерацию и налипание порошка на поверхность шаров и стенки мельницы . [ нужна ссылка ]
Органические соединения также часто добавляют в качестве вспомогательных средств для измельчения, чтобы избежать агломерации порошка. Триэтаноламин (ТЭА) обычно используют в концентрации 0,1 мас. % и оказался очень эффективным. Иногда используются и другие добавки, такие как этиленгликоль , олеиновая кислота и додецилбензолсульфонат. [6]
Гидратация клинкерных минералов
[ редактировать ]При добавлении воды минералы клинкера реагируют с образованием различных типов гидратов и «схватываются» (затвердевают), когда гидратированное цементное тесто становится бетонным . Гидросиликаты кальция (CSH) (гидраты минералов алита и белита ) представляют собой основные «клеевые» компоненты бетона. После первоначального схватывания бетон продолжает затвердевать и развивать свою механическую прочность .
Первые 28 дней являются наиболее критическими для закаливания. Бетон не сохнет, но говорят, что он схватывается и затвердевает. Цемент представляет собой гидравлическое вяжущее вещество, для гидратации которого требуется вода. Он может прекрасно сидеть под водой. Вода необходима для его затвердевания, и следует избегать потерь воды в молодом возрасте, чтобы избежать развития трещин. Молодой бетон защищен от высыхания (испарения непрореагировавшей воды). Традиционные методы предотвращения высыхания включают накрытие изделия влажной мешковиной или использование полиэтиленовой пленки.
В случае более крупных проектов, таких как автомагистрали, поверхность опрыскивается раствором отвердителя, который оставляет водонепроницаемое покрытие. [7]
Вклад в глобальное потепление
[ редактировать ]По состоянию на 2018 год [update]На долю производства цемента приходится около 8% всех выбросов углекислого газа в мире, что существенно способствует глобальному потеплению . Большая часть этих выбросов приходится на процесс производства клинкера. [8]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бергер, Эрнест Элмер (1929). Сульфатные замедлители кальция для портландцементного клинкера . США: Типография правительства США . п. 29.
- ^ «Аппарат для обжига и измельчения цемента» . Stone, иллюстрированный журнал: посвященный добыче и резке камня для использования в архитектуре . Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Фрэнк В. Хойт: 55–56. Декабрь 1898 года.
- ^ Зигберт Спранг «Цемент» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2012 Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a05_489.pub2
- ^ Феррари, Л. (2012). «Реакция поверхностей клинкера, исследованная с помощью атомно-силовой микроскопии». Строительство и строительные материалы . 35 : 92–96. дои : 10.1016/j.conbuildmat.2012.02.089 .
- ^ Европейский стандарт на цемент EN 197-1 Цемент – Часть 1: «Состав, характеристики и критерии соответствия для обычных цементов», который определяет 27 различных распространенных цементных продуктов и их компонентов.
- ^ Сохони, С.; Р. Шридхар; Г. Мандал (1991). «Влияние шлифовальных добавок на тонкий помол известняка, кварца и портландцементного клинкера». Порошковая технология . 67 (3): 277–286. дои : 10.1016/0032-5910(91)80109-В .
- ^ Уайтинг, Нэнси М.; Снайдер, Марк Б. (2003). «Эффективность составов для отверждения портландцементного бетона». Отчет о транспортных исследованиях: Журнал Совета по транспортным исследованиям . 1834 : 59–68. дои : 10.3141/1834-08 . S2CID 110538072 .
- ^ Роджерс, Люси (17 декабря 2018 г.). «Огромный источник выбросов CO2 , о котором вы, возможно, не знали» . Новости Би-би-си . Би-би-си . Проверено 17 декабря 2018 г.