Портландцемент

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
PC

Портландцеме́нт (рос. портландцемент; англ. portland cement; нім. Portlandzement m) — гідравлічна в’яжуча суміш, високоякісний цемент, який використовується для цементування свердловин. Одержують подрібненням суміші клінкера, гіпсу і активних добавок. У складі портландцементу переважають силікати кальцію (70-80%). Це вид цемента, найбільш широко застосовуваний у всіх країнах.

Назву отримав по імені острова Портланд (Portland) в Англії, так як за кольором схожий на природний камінь, який там видобувається.

Основою портландцементу є силікати кальцію (Аліт та білит).

Склад[ред.ред. код]

Хім. склад портландцементу (без добавок), в % по масі: 62-76% СаО, 20-23% SiO2, 4-7% Аl2О3, 2-5% Fе2О3, 1-5% MgO; мінералогічний склад, в % по масі: тверді розчини на основі 3CaO x SiO2, або Са3SiO5 (алкіт, 45-65%), 2CaO x SiO2, або Ca2SiO4 (беліт, 15-30%), алюмінат кальцію ЗСаО x Аl2О3 (3-14%), алюмоферат (III) кальцію 4СаО x Аl2О3 x Fе2О3 (10-18%). Відомі різні за складом і призначенням види портландцементу, напр., високоміцний, швидкотверднучий, гідрофобний, тампонажний та ін., його суміші з гранульованим шлаком (шлакопортландцемент) і гірськими породами – пуцоланами – трепелом, туфом, пемзою (пуцолановий портландцемент).

Процес виробництва[ред.ред. код]

Портландцемент одержують тонким подрібненням клінкеру і гіпсу. Клінкер — продукт рівномірного випалу до спікання однорідної сировинної суміші, що складається з вапняку і глини певного складу, що забезпечує переважання силікатів кальцію (3СаО ∙ SiO2 і 2СаО ∙ SiO2 70-80%).

Найпоширеніші методи виробництва портландцементу так звані «сухий» і «мокрий». Все залежить від того, яким способом змішується сировинна суміш — у вигляді водних розчинів або у вигляді сухих сумішей.

При подрібненні клінкеру вводять добавки: 1,5 … 3,5% гіпсу CaSO4 ∙ 2H2O (у перерахунку на ангідрид сірчаної кислоти SO3) для регулювання термінів схоплювання, до 15% активних мінеральних добавок — для поліпшення деяких властивостей і зниження вартості цементу.

Сировиною для виробництва портландцементу служать суміші, що складаються з 75 … 78% вапняку (крейди, черепашнику, вапнякового туфу, мармуру) і 22 … 25% глин (глинистих сланців, суглинків), або вапнякові мергелі, використання яких спрощує технологію. Для отримання необхідного хімічного складу сировини використовують коригуючі добавки: піритні недогарки, колошниковий пил, боксити, піски, опоки, трепели.

При мокрому способі виробництва зменшується витрата електроенергії на подрібнення сировинних матеріалів, полегшується транспортування і перемішування сировинної суміші, вище гомогенність шламу і якість цементу, однак витрата палива на випал і сушіння становить на 30-40% більше ніж при сухому способі.

Випалення сировинної суміші проводиться при температурі 1470 ° C протягом 2 … 4:00 в довгих обертових печах (3,6 х127 м, 4 × 150 м і 4,5 х170 м) з внутрішніми теплообмінними пристроями, для спрощення синтезу необхідних мінералів цементного клінкеру. В обпікає матеріалом відбуваються складні фізико-хімічні процеси. Обертову піч мокрого способу умовно можна поділити на зони:

сушіння (температура матеріалу 100 … 200 ° C — тут відбувається часткове випаровування води);

підігріву (200 … 650 ° C — вигорають органічні домішки і починаються процеси дегідратації і розкладання глинистого компонента). Наприклад, розкладання каолініту відбувається за такою формулою: Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O → Al2O3 ∙ 2SiO2 + 2H2O; далі при температурах 600 … 1000 ° C відбувається розпад алюмосилікатів на оксиди і метапродукти.

декарбонізації (900 … 1200 ° C) відбувається декарбонізація вапнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2, одночасно триває розпад глинистих мінералів на оксиди. В результаті взаємодії основних (СаО, MgO) і кислотних оксидів (Al2O3, SiO2) у цій же зоні починаються процеси твердофазових синтезу нових сполук (СаО ∙ Al2O3 — скорочений запис СА, який при більш високих температурах реагує з СаО і врешті жідкофазового синтезу утворюється С3А), що протікають ступінчасто;

екзотермічних реакцій (1200 … 1350 ° C) завершется процес твердофазових спікання матеріалів, тут повністю завершується процес утворення таких мінералів як С3А, С4AF (F — Fe2O3) і C2S (S — SiO2) — 3 з 4 основних мінералів клінкеру;

спікання (1300 → 1470 → 1300 ° C) часткове плавлення матеріалу, в розплав переходять клінкерні мінерали крім C2S, який взаємодіючи з рештою в розплаві СаО утворює мінерал Аліт (С3S);

охолодження (1300 … 1000 ° C) температура знижується повільно. Частина рідкої фази кристалізується з виділенням кристалів клінкерних мінералів, а частина застигає у вигляді скла.

Дізнатися даний вид цементу можна за зовнішнім виглядом — це зеленувато-сірий порошок. Як і всі цементи, якщо до нього додати воду, він при висиханні приймає камнеподібний стан і не має суттєвих відмінностей за своїм складом та фізико-хімічними властивостями від звичайного цементу.

Різновиди портландцементу:

  • звичайний,
  • швидкотверднучий,
  • гідрофобний,
  • пластифікований,
  • сульфатостійкий,
  • тампонажний (призначений для кріплення нафтових і газових свердловин, для капітального ремонту свердловин; Марки Т.ц. за міцністю на стиск 400 і 500),
  • білий,
  • кольоровий.


Найважливіші властивості: наростання міцності при твердінні, водостійкість і морозостійкість.

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]