Портландцемент. Шикізат материалдары 18 страница

Кристалданған клинкердің минералдық құрамы оның есептеліп алынған құрамымен әрдайым бірдей бола бермейді. Сәйкес келмеушілік көбінесе глиноземдік модульге байланысты. Егер р > 2 болса, алиттің клинкердегі мөлшері есептеген мөлшерінен көп болады, егер р > 0,9 болса керісінше, аз болады. Глиноземдік модуль р 0,9...1,8 аралығында жатса, алиттің есептелген мөлшері мен клинкердегі мөлшері шамалас болады.

Клинкерді суыту, салқындату жылдамдығы оның тек минералдық құрамына емес, клинкердің құрылымына да әсер етеді. Тез суытқан кезде клинкер минералдарының кристалдары майда, әрі формалары анық болады. Минералдардың клинкер көлеміне бірдей таралуы және алиттің созылыңқы ұзын болып кристалдануы алынған клинкердің сапасын арттырады.

 

4.3–кесте. Салқындау жылдамдығына байланысты клинкердің минералдық құрамының өзгеруі

 

Минералдар	Салқындаған клинкердің құрамы, %
	жәй салқындаған	тез салқындаған	орташа салқындаған	бірден салқындаған
С3S	59,8	65,2	65,2	70
С2S	18,5	9,2	14,2	5-4
С3А	12,8	-	8,0	-
С4АF	6,1	-	6,1	-
шыны	-	22,4	3,8	20,6

 

Жайлап суытқан кезде минералдың кейбір бөлігі ыдырауы мүмкін. Әсіресе бұндай құбылыс 1200...1000 ºC температура аралығында байқалады. Жайлап салқындатқан кезде алит C₂S пен СаО-ға ыдырайды. Сондықтан алиттің клинкердегі мөлшері азайып, байланыспаған бос әктің СаО саны көбейеді.

Екі кальцийлі силикат клинкерде β –C₂S түрінде болады және ол барлық температурада өте тұрақты. Бірақ клинкерді тым жай салқындатса оның кейбір бөлігі γ – C₂S модификациясына өтуі мүмкін. Бұл клинкердің гидравликалық белсенділігін төмендетеді. Себебі нормалды температураларда γ – C₂S тұтқырлық қасиеттерін көрсетпейді.

 

4.5.4 Үш кальцийлі силикаттың кристалдануы

Клинкердің сұйық фазасының кристалданып жаңа фаза бөлінуі (мысалы С₃S) үш сатылы жүреді: 1) сұйық фазаның қажетті тотықтарымен қанығуы; 2) кристалдану орталықтарының пайда болуы; 3) кристалдардың өсуі. Клинкердің сұйық фазасының қанығуы С₂S, СаО т.б. фазалардың еруі арқылы жетіледі. С₃S кристалдану орталықтарының пайда болуы өзінен–өзі гомогенді немесе гетерогенді болады. Бірінші жолы балқымада Са²⁺ және SiO₄^4- топтарының жиыны пайда болып, олар бір - бірімен ұрылып әрекеттеседі. Температура және топтар жеткілікті жағдайда өзінен–өзі С₃S кристалданады. Жағдай жақсы болса кристалдардың туындысы тұрақты болады, болмаса олар ыдырап кетеді.

Екінші жағдайда (гетерогенді) балқымада қатты күйде С₂S және СаО-ның фазасы болса, олардың бетінде кристалдардың туындылары пайда болып С₃S минералы оңай шығады.

С₃S-тің тұрақты кристалдарының өлшемі өсе бастайды. Кристалдардың өсуі екі процестен құралады: 1) иондардың балқымадан кристалдың бетіне диффузиясы; 2) иондардың кристал бетіне келіп, қосылып әрекеттесуі.

Майда бөлшектер бір-бірімен соқтығысып С₃S-тің өте ұсақ кристалдары пайда болуы мүмкін. Ол майда кристалдар кейін ірі кристалдармен қосылуы мүмкін.

Клинкер күйдіргенде 1450...1500 ^оС аралығында сұйық фазадан негізгі кристалданатын С₃S болады. Ол процес сұйық фаза СаО мен қаныққан кезде жүреді. Жүйеде СаО азайғанда сұйық арқылы толық жетіспеген С₂S кристалдары және МgO кристалданады.

 C₃A және C₆A_xF_y кристалдануы температура 1350 ^оС-тен төмендегенде жүреді. Бұл процес температурасы эвтетикадан төмен салқындаған балқымада да жалғасады. Бұл кезде клинкер салқындату жылдамдығына және қоспалар құрамына байланысты тұрақсыз фазалар С₅A₃, C₂AS, 3СаО·3AI₃O₃·CaSO₄, NC₈A₃ пайда болуы мүмкін. Төмен температуралы эвтетика кристалданғанда майда өлшемді 3...5 % C₃S және С₂S пайда болады. Кристалданып үлгермеген сұйық фаза шыныға айналады.

 

4.6 Клинкер салқындату кезінде жүретін процестер

Салқындату кезінде клинкер түйіршіктер құрамына енетін деформативті процесстер жүреді. Салқындату кезінде жымдасқан түйіршіктерде фазалардың көлемдік өзгеруі өседі (үлкейеді), бұл жағдай клинкердің физикалық құрылысының деформациясына алып келеді.

Шыныға айналар (өтер) кезінде суытылған эвтектикалық балқыма көлемі кішірейеді. MgO, CaF₂, Na₂O, K₂O, SO₃-тің ерітінді түрінде балқымада болуы салқындатылған қатты фазаның көлемінің аз немесе көп өсуіне алып келеді. Көлемнің максимальді өсімі (≈10%) фторидтердің қатысымында бақыланады. Жүйенің меншікті көлемінің өсуі минералдардың катализді кристаллизациясына және газдардың бөлінуіне байланысты, қатты фазада кеуек түзілуі өтеді.

Клинкер минералы кристалдарының суыту және қыздыру кезіндегі кеңеюі біркелкі емес. Температура 600 ^оС төмен кезінде минералдың сызықты термиялық кеңею құрайды (∙10^-6 град^-1): C₃S-13, C₂S-19,5, C₄AF-10, ал шыны үшін 10,8-ге тең. Салқындату кезінде кристалдар қарама-қарсы деформациялар сезеді (4.9-сурет).

Клинкерді баяу салқындатқанда β-C₂S-тің кристаллохимиялық тұрақтылығы қирап қатты ерітінді бұзылып кетуі мүмкін. Бүл кезде β-C₂S γ-C₂S-ке өтіп, кристалдық құрылымы өзгеріп, көлемі 12 % ұлғаяды. Себебі γ-C₂S-тің тығыздығы β-C₂S-ке салыстырғанда төмен (γ-2,97; β-3,28; α'-3,40; α-3,27 г/см³). Белиттің басқа модификацияларының өзгеруі (α'→α; α'→β; α'_н→ α'_L) кристалдардың көлемін 0,2...1,0 % өзгеруіне алып келеді. Алиттің кристалдарының қатты ерітінділері жоғары температурадан төмен температураға өткендегі деформациялық өзгерулері төмен мөлшерде болады.

 

Ұлғаюы, мкм		4.9-сурет. Клинкер минералы кристалдарының және шынының суыту және қыздыру кезіндегі өзгеруі: 1-C3S; 2-C2S; 3-шыны фазасы, 4-C4AF
Температура

 

Клинкердің поликристалдық құрылымындағы кернеулер кристалдардың және кристаларалық фазаларда жарықшақ пайда болуына алып келеді. Бүл салқындатқан кезде материалдың беріктігін төмендетеді. Егер β-C₂S-тің көп мөлшері γ-C₂S-ке өтетін болса, бұл кезде ұлғаю деформациясы клинкердің түйіршектерін ұнтаққа шашылуға алып келеді (өзінен – өзі шашылу). 

 

4.7 Клинкер түзілу процесінің термохимиясы

 

Цемент клинкерінің және клинкер минералының түзілуі жылудың белгіленген мөлшерінің жұмсалуында жүреді. Клинкер түзілудің теоретикалық жылуы - бұл құрғақ шикізатты 20 ^оС температурада, 1 кг клинкерді сол температурада алуға жұмсалатын қажетті жылу мөлшері.

Жылудың саны 20 ^оС температурада құрғақ шикізат қоспасында өзгеру реакциялардың энтальпиясы болып табылады. Идеалды жағдайда шикізат қоспасын күйдіру процесінің схемасы диаграммада көрсетілгендей болады (4.10-сурет). Диаграммада келесі температуралық этаптарды белгілеу керек: ∆h=∑m_ic_i∆t, 1, 3, 5, 7, 9 күйдірілген материалды қыздыру; енген алюмосиликаттардың дегидратациясына +∆h кеткен жылу шығыны 2; СаСО₃+∆h ыдырауына кеткен жылу шығыны 4; ∆h-метакаолинитке өзгеру (айналатын) экзотермиялық реакция 6; клинкер минералы түзілуінің ∆h экзотермиялық реакциясы 8; балқыма түзілуіне кеткен жылу шығыны 10 +∆h; 20 ^оС температураға дейін салқындатылатын клинкер және түтінді газдардың жылу берілуі 11, 12, 13 -∆h.

 

4.10-сурет. ∆h – t координатында клинкер күйдірудің идеалды процесінің схемасы

 

Диаграмма арқылы әр технологиялық процестің сатысында жұмсалатын (немесе бөлінетін) жылу мөлшерін есептеуге болады. Диаграммада көп жылу жұтатын СаСО₃ ыдырау процесінің бөлігі жақсы белгіленіп түр. Келесі процестерге көп сыртқы жылу қажет емес, оларға қажетті (460 кДж/кг немесе 110 ккал/кг) жылу минерал пайда болу экзотермиялық реакция кезінде бөлінеді.

Клинкер түзілу процесінің теориялық жылу эффекті q көптеген зерттеушілермен зерттелген және олардың шешімі бойынша q 1600...1800 кДж/кг (400...440 ккал/кг) құрайды. Есептеуге қажетті жылудың сандары 4.4-кестеде келтірілген (О. Хенник т.б. бойынша). 

 

4.4-кесте. Қосылыстардың пайда болу және ыдырау реакцияларының энтальпиясы (О. Хенник т.б. бойынша)

 

Қосылыстар	Реакциялар	ΔН25
		кДж/кг	ккал/кг
Каолинит	А12О3•2SiО2•2H2О↔AI2O3•2SiО2+2H2О	+780	+186
Монтмориллонит	Сусыздану	+245	+58,5
Иллит	Сусыздану	+ 180	+43,2
MgCО3	MgCО3↔MgO+CО2	+1395	+333
СаСО3	CaCО3↔CaO + CО2	+1780	+425
Метакаолинит	A12О3•2SiО2↔A12О3+2SiО2	-785	-187
α-CS	CaO+SiО2 ↔ α -CaO•SiО2	-725	-173
β- CS	CaO+SiО2↔ β -CaO•SiО2	-765	-183
C3S2	3СаО+2SiО2↔3CaO•2SiО2	-685	-164
β- C2S	2CaO+SiО2↔ β -2CaO•SiО2	-732	-175
C3S	3CaO + SiО2↔3CaO•SiО2	-495	-118
C3S	2CaO•SiО2+СаО↔3СаО•SiО2	+35	+8
CA	CaO+ α -А12О3↔CaO•A12О3	-100	-24
C12A7	12CaO+7a-Al2О3↔12CaO•7A12О3	-42	-10
С3А	3CaO + α -Al2О3↔3CaO•A12О3	+75	+18
CA2	CaO+2 α -А12О3↔СаО•2A12О3	-68	-16
C2F	2CaO+ α -Fe2О3↔2CaO•Fe203	-114	-27
C4AF	4CaO+ α-Al203+ α-Fe2О3↔ ↔4CaO•Al2О3•Fe2О3	-69	-16
Балқыма	54,8% CaO, 22,7% A12О3, 16,5% Fe2О3, 6,0% SiО2	+406	+97
CaSО4•2H2О	CaSО4•2H2O↔CaSО4•0,5H2О + 1,5H2О	+496	+ 118
CaSО4•0,5H20	CaSО4•0,5H2О↔CaSО4+0,5H2О	+205	+49
CaSО4	CaSО4↔CaO+SО2+0,5Н2О	+3600	+862

 

Клинкер түзілудің теориялық қажетті жылу мөлшерінің есебі келесі теңдеумен есептеледі:

 

q_теор= 4,187(5,3Al₂O₃^к+3,l2Al₂O₃^м+3,92Al₂O₃^и+6,48MgO+

 

+7,646CaO -5,116SiO₂ - 0,59Fе₂O₃)                                       (4.20)

 

мұнда: Al₂O₃^к,м,и-клинкерге қосылатын Al₂O₃–тің құрамы %, каолинит, монтмориллонит және иллиттен, %; MgO, CaO-клинкер құрамындағы тотықтар, %.

 

4.8 Әр түрлі технологиялық факторлардың клинкер күйдіру процесіне тигізетін әсері

Күйдіру процесіне көптеген келесі факторлар әсер етеді.    

Шикізат қоспасының химиялық құрамының әсері.

Шикізат қоспасының реакцияға қабілеттілігі, бейімділігі белгілі бір температура мен уақыт аралығында түзілетін клинкер реакциялардың жүру жылдамдығымен анықталады. Шикізаттың реакцияға бейімділігі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым күйдіру агрегаттарының өнімділігі жоғары, ал кететін энергия шығындары соғұрлым аз болады.

Шикізат қоспасын жентектелу температурасында, яғни 1400...1500 ^oС күйдіріп, құрамында байланыспаған бос әктің CaO мөлшері 2% аспайтын клинкер алу үшін жұмсалатын уақыт шикізаттың күйгіштігі деп аталады. Оны минутпен өлшейді.

Қанығу коэффициенті жоғарылаған сайын шикізат қоспасының реакцияға бейімділігі, күйгіштігі төмендей береді. ҚК жоғарылауымен клинкердегі алиттің саны көбейеді, бірақ мұндай шикізат қоспасы ұзақ уақыт күйдіруді талап етеді, клинкердің жентектелгіштігі нашарлайды. ҚК мен байланысқан әктің саны бір-біріне тікелей байланысты (4.11-сурет).

Суретте көрсетілгендей, ҚК-нің мәні артқан сайын шикізаттың реакцияға бейімділігі төмендейтіндіктен клинкерде байланыспаған CaO саны да көбейеді. Сондықтан зауыттардағы шикізат қоспасының ҚК 0,88...0,96 аралығында жатады.   

    

4.11-сурет. Әктін байланысу дәрежесінің а) қанығу коэффициентке ҚК; б) силикат модуліне тәуелділігі

 

Силикат модулі мәнінің үлкеюі клинкерде C₃S пен C₂S, C₃A мен C₄AF азаюын туғызады. Осыдан шикізат қоспасын күйдіру қиындап, клинкердің жентектеліп түзілуі нашарлайды. Силикат модулінің n мәні   үлкейген сайын әктің байланысуы өте баяу жүреді. Сол себепті n-нің мәнін 2,0...2,5 аралығында ұстайды.

Глинозем модулі 1,4...1,8-ге дейін әктің толық байланысуын қамтамасыз етіп, клинкер түзілу процесін жеңілдетеді. Ал р-ның мәні ары қарай үлкейсе, сұйық фазаның тұтқырлығы артып, оның реакцияға бейімдігі төмендеп кетеді, р = 1,20...1,60 болған жағдайда шикізат қоспасының реакцияға бейімділігі өте жоғары болады.

---

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 221; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!