Портландцемент. Шикізат материалдары 5 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 41Следующая ⇒

Сонымен портландцемент клинкерінің минералдары модификацияланған минералдар болып табылады. Цемент клинкерінің минералдары қатты фазалық реакцияның және құйманың кристалдануы нәтижесінде пайда болады.

2.4 Қанығу коэффициенті және модульдер

Құрамындағы бүкіл кремнезем C₃S–пен байланысқанда, бүкіл темір тотығы глиноземмен өзіне эквивалентті C₄AF–ке, ал қалған Al₂O₃ C₃A – ға айналғанда клинкер әкпен толық қанықты деп саналады. CaO–ның концентрациясы белгілі болған кезде клинкердің құрамындағы C₃S–тің мөлшерін В.А.Кинд ұсынған қанығу коэффициенті арқылы білуге болады:

ҚК = (2.2)

Мұндағы CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, SO₃ - клинкердегі тотықтардың концентрациясы. Бұл формулада кальций тотығының және кремнеземнің клинкерде байланыссыз қалу жағдайы ескерілген. Шикізат қоспасын есептегенде көп жағдайда клинкер құрамындағы бос кальций тотығы мен кремний тотығының мөлшерін анық білу мүмкін емес. Сондықтан қоспаны есептеу барысында барлық кальций тотығы мен кремний тотығы клинкер минералдарына айналады деп есептеп, қанығу коэффициентінің ықшамдалған формуласын қолданады:

ҚК = (2.3)

Мұнда: ҚК – қанығу коэффициенті.

Шикізат материалдарының құрамы мен қасиетіне, пештердің түріне, күйдіру жағдайына байланысты зауыттардағы клинкердің ҚК – тінің мөлшері 0,85 – 0,95 аралығында болады.

Клинкердің әкпен қанығу коэффициенті деп алюминий тотығы мен темір тотығының 3 кальцийлі алюминат пен 4 кальцийлі алюмоферритке дейін қаныққаннан қалған кальций тотығының кремнеземнің 3 кальцийлі силикатқа дейін толық қанығуы үшін жұмсалатын кальций тотығына қатынасын айтады.

Егер ҚК – 1 болса, клинкердегі әктің шамасы жеткілікті болады. Ол кремнеземнің C₃S – ке толық айналуына мүмкіндік береді.

ҚК – 0,67 болғанда клинкер құрамында тек C₂S ғана болады.

ҚК 1 ден аз болғанда клинкердегі C₃S шамасы қандай болса, C₂S шамасы сондай болады. ҚК неғұрлым аз болса клинкердегі C₂S шамасы соғұрлым көп болады. Клинкердегі C₃S және C₂S қатынасы өзгеруі мүмкін. Сол сияқты силикат минералдары (C₃S, C₂S) мен балқыту минералдарының да өзара қатынасы өзгеруі мүмкін. Соңғысының өзгерісін с и л и к а т т ы модуль деп аталатын мына қарымқатынас бойынша есептеуге болады:

n = (2.4)

n – нің шамасы неғұрлым көп болса, клинкердегі алюминат пен алюмоферриттің шамасы соғұрлым аз болады және шикізат қоспасын пісірген кезде сұйық фаза өте аз түзіледі, n – нің шамасы 1,7...4 аралығында болады.

Алюмоферриттің құрамы тұрақсыз болғандықтан C₄AF молекулалық формуласы кең мағынаны береді. Сондықтан клинкерді сипаттау үшін глиноземді немесе алюминатты модуль енгізіледі. Ол модуль глинозем шамасының темір тотығына қатынасын береді және алюминатты фазаның клинкер құрамындағы шамасын сипаттайды.

Г л и н о з е м д і м о д у л ь келесі формуламен есептеледі:

p=Al₂O₃/Fe₂O₃(2.5)

Глиноземді модуль шамасы 0,9...3,0 аралығында болады. Егер де алюмоферриттегі молекулалық қатынас p=Al₂O₃/Fe₂O₃=0,64 болса, онда клинкерде C₄AF пайда болады. Ал егер p>0,64 болса, онда клинкерде кальций алюминаты да болады. Егер p<0,64 болса, клинкерде C₄AF – ден C₂F – ке дейінгі аралықта алюмоферриттер пайда болады, ол C₂(A,F) формуласымен өрнектеледі. Бұл жағдайда ҚК формуласы басқаша болады, яғни

ҚК=(C– (1,1A+0,7F+0,7SO₃))/2,8 S. (2.6)

2.5 Клинкердің құрылымы

Клинкердің құрылымы цементтің гидратациясына, техникалық қасиеті мен қатаю процестеріне едәуір әсерін тигізеді. Клинкердің петрографиялық микроқұрылымының үш түрлі үлгісі болады: гломеробластикалық (2.4–сурет), монадобластикалық (2.3–сурет) және аймақтық.

Гломеробластикалық құрылымы алит пен белиттің әр түрлі көлемдегі топтарының кезектесіп келуінен түзіледі. Клинкердің мұндай құрылымы оның ҚК төмен және сапасы нашар шикізат қоспасын (жақсы араласпаған, ірі құм бөлшектері бар) қолданғанда пайда болады.

2.3 – сурет. Монадобластикалық клинкердің құрылымы

Ал клинкердің бірқалыпты монодобластикалық құрылымда алит пен белит жекеленген түрде бірқалыпты орналасқан. Мұндай құрылымдар клинкерді тілімді күйдіру барысында майлы саздарды қолданғанда, ҚК – ті жоғары болғанда, ал силикатты модулі төмен болғанда пайда болады.

2.4 – сурет. Гломеробластикалық клинкердің құрылымы

Монодобластикалық құрылымды клинкерді ұнтақтағанда ондай цементтің активтігі 10...12 МПа жоғарылайды. Алит пен белит араласып, қабат – қабат келетін аймақтық микроқұрылымды клинкерлер зауыттарда өте аз кездеседі.

2.6 Клинкердің химиялық-минералдық құрамын анықтау тәсілдері

Клинкердің құрамын әр түрлі тәсілдермен: петрографиялық және рентгенқұрылымдық талдау, аналитикалық және химиялық зерттеу жолдарымен анықтауға болады.

Петрографиялық талдау негізінен төрт түрлі жолмен жүргізіледі: 1) иммерсион әдісімен (үгінділер әдісі); 2) тегістеліп жалтыратылған шлифтермен; 3) мөлдір (тұнық) шлифтермен; 4) тегістеліп жалтыратылған мөлдір шлифтермен.

Бұл тәсіл клинкердің санын, фазалардың жіктелуін кристалдардың жұптасуын, ішкі құрылысын - сыну көрсеткішін, анизоторопиясын, минералдық бояуын, кристаллографиялық тұрақтысын - сингониясын анықтауға мүмкіндік береді.

Клинкердің полирленген шлифтер әдісімен петрографиялық талдау жүргізгенде ең бір орташа түйіршігіп алып, одан аншлиф дайындайды да, оларды поляризацияланған микроскоп арқылы қарайды. Құрамындағы минералдарды, олардың мөлшерін, құрылымын атайды.

1985...1990 жылдарында Қазақ химия-технологиялық институтының «Тұтастырғыш заттардың химиялық технологиясы» кафедрасының қызметкерлері құрамымен енгізген жедел түрдегі петрографиялық талдау әдістері Шымкент және Қарағандының цемент зауыттары зертханаларында клинкердің сапасын тексеруде қолданылған. Бұл тәсілдің арқасында клинкердің құрамын жедел түрде тексеріп, белсенділігін болжап, сол негізде күйдіру агрегаттарының жұмысын басқару мүмкіндігі туды. Петрографиялық әдіс клинкердің құрамын анық көрсетеді. Тиімді түрде жүргізілген химиялық әдіс клинкердің химиялық құрамын анықтауға мүмкіндік береді.

Клинкердің есептеу құрамы мен дәлдік арасында өзгеріс болады. Оның себебі: 1) клинкерді күйдіру және суыту барысында фазалар толық тепе-теңдікке келмейді, оларда СаО мен SiO₂ байланыспаған бөлшектері қалып қояды; 2) үш кальцийлі силикат пен екі кальцийлі силикаттың құрамы алит пен белиттің, құрамынан өзгеше болады, сондықтан минералдың дәлдік құрамы есептегендегі құрамынан өзгеше болады; 3) минералдар қатты ерітінді түзеді; 4) клинкердің құрамына негіздер де айтарлықтай өзгеріс енгізеді.

Клинкердегі алиттің дәл мөлшері, есептегендегі мөлшерінен әлдеқайда жоғары болады, ал С₃А дәл мөлшері оның есептегендегі санынан аз болады.

2.7 Портландцемент өндірісіне қажетті шикізаттар

Портландцемент клинкерінің өндірісі үшін негізінен карбонатты және саз негізді тау жыныстары қолданылады. Шикізат қоспасы сапасы жағынан клинкердің қажетті химиялық – минералдық құрамын қамтамасыз ету керек. Карбонатты жыныстар шикізат құрамына кальций тотығын, ал саз негізі құрам бөліктер - SіО₂, Аl₂О₃, Fе₂О₃ тотықтарын енгізеді.

Саздардағы глиноземнің модулі клинкерге қарағанда жоғары болуына байланысты үшінші бір компонент – темір қоспасы, яғни жетіспейтін темір тотығының Fе₂О₃ орнын толтыратын компонентті енгізіледі. Мұндай жағдайда пиритті огаркалар, темір рудасы, қызыл лай пайдаланылады.

Егер де глиноземді модуль р<0,9 болса, онда шикізат қоспасына қосымша реттеуші материалдар: боксит, сазбалшық, каолин қосады. Кей жағдайда силикатты модульдің (n) шамасын реттеу үшін кремнеземді қоспалар, яғни кварцты құм, диатомит, трепелдер қосылады. Бұл материалдарда SіО₂көп. Олар шикізаттық шихта құрамындағы SіО₂ мөлшерін толықтырады. Мысалы, реттегіш қоспа ретінде ақ портландцемент клинкерін өндіруде темірі аз ақ кварцты құмдар қолданылады.

К а р б о н а т т ы т а у ж ы н ы с т а р ы – бұларға әктас, бор, мәрмәр, ракушкалы әк, әкті туф жатады. Олардағы қоспаларға сазбалшық заттар, доломит, кварц және гипс жатады. Саз қоспалары зиянды болмайды. Клинкердің құрамындағы MgO мөлшері 5 %, ал SO₃ мөлшері 1...1,5 % артық болмау керек, сондықтан доломит пен гипстің мөлшері шамадан тыс көп болмағаны жөн. Шикізат қоспасының карбонатты тау жынысының шамасы 70...80 %. Кальций карбонатының теориялық құрамы: 56 % СаО және 44 % СО₂.

Әктас - тұнбалы тау жынысы. Бұлардағы кальций карбонаты кальцит минералынан құралады, арагонит және ватерит минералынан құралатын карбонат аз мөлшерде кездеседі. Кальцит гексагоналды жүйеде кристалданады, тығыздығы 2600...2800 кг/м³, минералдың Моос шкаласы бойынша қаттылығы – 3,0, арагониттікі – 3,5-4,0.

Арагонит ромбикалық сингонияда кристалданады, тығыздығы 1900...3000 кг/м³, қаттылығы 3,5...4,0. Ватерит гексагоналды сингонияда кристалданады, пластиналы кристалдар түзеді.

Әктасы органогенді микроорганизмдердің қызметіне байланысты, химиялық ерітінділердің тұнуынан және сынбалы жатып қалған әк тау жыныстарынан пайда болған.

Әк тасының қоспалары – алюмосиликатты саз минералдары, кварц, опал, халцедон, темір тотығы, гипс, пирит (FеS₂), фосфорит немесе апатит, барит (ВаSО₄), магний карбонаты (магнезит, доломит) болып келеді. Саз балшық тектес минералдардың мөлшері 20...30 % болса, ондай әктасын сазды әктас деп атайды, саз балшық минералдар 30 %-тен көп болса мергель деп атайды, ал доломитті қоспадан тұрса, оны доломиттелген әктас деп атайды. Әқтастағы MgO құрамының нормасы 2.1-кестеде келтірілген.

2.1-кесте. Әқтастағы MgO құрамының нормасы

Сазбалшықтағы MgO құрамы, %	Әктастағы СаО құрамы, %
	53	50	47
	MgO құрамы, %, жоғары емес
0	4,1	3,7	3,6
2	3,5	3,4	3,3
4	2,9	3,0	3,1

Физикалық қасиетіне байланысты әктастарды кристалды әктас (мәрмәр), тығыз әктас, топырақ тектес әктас – бор деп бөледі. Әктасының тығыздығы 2200...2600 кг/м³, беріктігі 8...200 МПа, ылғалдылығы 1...6 % болады. Бор жұмсақ тұнба жыныс, көлемдік массасы 1600...2000 кг/м³, беріктігі 1...15 МПа, ылғалдылығы 15...30 %, цементтілігі аз, мөлшері 0,1 мкм-ден аспайтын, кристалдығы білінбейтін бөлшектерден құралады. Бор суда өте тез үгітіледі.

Мәрмәр – тығыз келген тау жынысы, әк тасының қайталанып кристалдануынан пайда болған өнім. Көлемдік массасы 2650...2900 кг/м³, беріктігі 50...200 МПа.

С а з т е к т е с т а у ж ы н ы с ы. Саз табиғи топырақ тектес жыныс. Сумен араластырғанда созылмалы (пластичная) масса пайда болады. Оларға саз, аргиллиттер, сланецтер, бентонит, лесс және суглинкалар жатады. Пайда болуына байланысты саз тектес тау жыныстары екі топқа бөлінеді: а) алғашқы немесе қалдық; ә) екіншілік немесе тұнба.

Алғашқылары тау кендерінің бұзылуына немесе «желдетуден», ал екіншілері бірінші топтағылардың ұзақ жатып қалуынан пайда болады.

Саз топырақтың құрамы сазды және сазсыз органикалық материалдардан, алмасу иондары мен ерігіш тұздардан тұрады. Саздың минералдары SіО₂, Аl₂О₃ және судан тұрады. Оларға каолинит, монтмориллонит, галлуазит, аллофан, гидрослюдалар жатады.

Каолинит – қабатты минерал, құрамы Аl₂О₃∙2SіО₂∙2Н₂О. Бөлшектерінің өлшемі 0,3...0,4 мкм. Монтмориллонит – қабатты минерал, құрамы Аl₂О₃∙2SіО₂∙2Н₂О, қатты ерітіндіде 5 % дейін Fе₂О₃, 4...9 % MgO, 3,5 % СаО болады. Бентонитті саздар өте майда (2∙10^-9 м) монтмориллониттің бөлшектерінен түрады. Гидрослюдалар құрамы және құрылымы бойынша монтмориллониттарға жақын, бірақ олардың құрамына 4...10 % сілтілі иондар кіреді.

Аргиллиттер – қатты жыныстар, олар саздың дегидраттануынан және қайтадан престеліп кристалдануынан пайда болады. Басқа саздардан қаттылығы жоғары. Көлемдік массасы 2000 кг/м³жуық, ылғалдылығы 10 % жақын, созылмалық саны (Аттеберг бойынша) 3-ке жақын.

Сланецтер – метаморфизденген, қатты, тас тәрізді тау жынысы. Саздың қайтадан кристалдануынан пайда болатын тау жынысы. Сумен араластырғанда ұгітілмейді. Көлемдік массасы 2100...2400 кг/м³, ылғалдылығы 2...12 %.

Лесс – борпылдақ келетін топырақты тау жынысы. Ол кварц тозаңынан, дала шпатынан, слюдадан, каолиниттен, хлорит, кальциттен тұрады. Көлемдік массасы 1400...1850 кг/м³, ылғалдылығы 3...14 %, созылмалық саны (Аттеберг бойынша) 10...7-ден 3-ке дейін. Оның созылғыштығы төмен. Лесс негізінен Қазақстан және Орта Азия цемент зауыттарында пайдаланады.

Суглинкалар қоңыр немесе сары-қызыл түсті саз-балшық. Олардың құрамында 40 % дейін кварцты құм болады. Қоспа ретінде СаСО₃ және темір тотықтары болады. Суглинканың құрамында құм көп болған себебінен оның реакциялық белсенділігі төмен.

Мергельдер. Олар саз минералдары мен кальциттен тұратын табиғи қоспа. Егер мергельдің құрамы клинкер өндіретін шикізаттық шихтадай болса, онда оны табиғи деп атайды. Олар топырақты және таулы жыныстар болып келеді. Тығыздығы 2000...2500 кг/м³, ылғалдылығы саздың қоспаларына байланысты 3-20 % болады. Шикізат қоспасындағы саздың мөлшері 15...25 % аралығында болады.

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 423; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!