Начальная гидратация, достаточная для затвердевания цементного теста, составляет несколько часов, но реакции гидратации продолжаются месяцы и даже годы. Главным продуктом гидратации портландцемента является коллоидный гель CaO. SiO2.Н2О переменной стехиометрии в виде пленок, пластинок, розеток и т. п., образующих спутанную микроструктуру, которая в сочетании с другими факторами придает, как полагают, прочность затвердевшему продукту. На ранней стадии гидратации может происходить образование гелевых оболочек вокруг клинкерных частиц, что замедляет процесс полной гидратации.
В настоящее время промышленность выпускает несколько типов портландцемента, различающихся главным образом соотношением основных клинкерных соединений-минералов. О многообразии использования различных видов портландцементов свидетельствуют, в частности, такие его разновидности: обыкновенный, пластифицированный, гидрофобный, быстротвердеющий, тампонажный, сульфатостойкий, жаростойкий, дорожный и др.
Качество цемента, определяемое в основном соотношением его главных клинкерных компонентов и наличием загрязняющих примесей, зависит, таким образом, от химического состава исходной смеси карбонатных и глинистых пород (шихта), а также вводимых в цементный клинкер гипса и других добавок.
Если в шихте резко преобладает оксид кальция СаО, то при гидратации цемента образуется минерал портландит Ca(OH)2, легко вымывающийся из бетона, что понижает прочность последнего, разрушая его (<белая смерть бетона>). При избытке в шихте кремнезема SiO2 в гидратированной массе появляется инертный минерал геленит - 2CaO. Al2O3.SiO2, также снижающий прочность изделия. При попадании в шихту оксида магния MgO (например, в виде примеси доломита) при обжиге может образоваться периклаз, гидратация которого продолжается многие годы; кроме того, переход MgO в Mg(OH)2 сопровождается увеличением объема уже после отвердения цементной массы, что может привести к разрушению бетона; поэтому содержание MgO в шихте ограничено. Небольшое количество щелочей допустимо и даже полезно, поскольку снижается температура плавления клинкера, но при их заметных количествах образуются соединения, искажающие картину гидратации цемента и затвердение бетона.
При составлении шихты контролируется максимальное содержание ряда компонентов в карбонатных и глинистых породах соответственно: MgO 4 и 6%; SO3 1,3 и 5%; (К2О + Na2O) 1 и 3,5-4%; Р2О5 0,4 и 0,6%; 2% TiO2 (в глинистых породах). В карбонатной составляющей содержание CaO обычно более 44-45%; состав глинистых пород: Si02 50-65%; Al2O3 15-20%; Fe2O3 6-10%. Валовый состав шихты: CaO 60-67%; SiO2 21-24%; Al2O3 4-7%; Fe2O3 до 2,5%. Одновременно должны учитываться величины коэффициента насыщения (Кн), силикатного (n) и глиноземного (p) модулей:
Кн = [(СаОобщ - CaOсв) - (1,65Аl2О3+0,35Fe2О3+0,7SO2О3)]: 2,8(SiO2общ - SiO2св) = 0,82 - 0,95.
n = SiO2 : (Аl2О3 + Fe2О3) = 1,2 - 3,5.
p = Al2О3 : Fe2О3 = 1 - 2,5.
Регулировка шихты по этим модулям обычно производится добавкой высококремнистых пород (диатомитов, трепелов, опок, кварцевого песка, маршаллита и др.), высокожелезистых продуктов (железных руд, пиритовых огарков и др.), бокситов.
Общими требованиями к качеству цементного сырья являются его однородность, выдержанность химического состава и отсутствие крупных включений других пород и минералов. При оценке месторождений этого сырья важно учитывать их близость и удобство транспортировки к заводу-потребителю, достаточность запасов для длительной (десятки лет) эксплуатации, возможность отработки открытым способом, экологические последствия разработки.
Таблица 25. Группировка известково-доломитовых | ||
Порода | Массовая доля, % | |
кальцит | доломит | |
Известняк | 95-100 | 0-5 |
Доломитистый известняк | 75-95 | 0-25 |
Доломитовый известняк | 50-75 | 25-50 |
Известковый доломит | 25-50 | 50-75 |
Известковистый доломит | 5-25 | 75-95 |
Доломит | 0-5 | 95-100 |
16.1. Карбонатные породы
Карбонатные породы, то есть образования, сложенные главным образом карбонатами кальция, магния и в меньшей степени железа, широко распространены в земной коре, составляя более 15% ее массы. Это в первую очередь различные известняки, мергели и мраморы, а также травертины, известковая гажа, жильные карбонатные породы, карбонатиты, карбонатные пески и другие образования. В их составе помимо собственно карбонатов в подчиненном количестве нередко присутствуют глинистые частицы, углистое вещество, кварц, полевые шпаты, сульфиды, сульфаты, хлорит, глауконит и многие другие образования. Породы характеризуются большим разнообразием структур и текстур; помимо господствующих осадочных образований среди них имеются представители метаморфического (мраморы), магматического (карбонатиты), гидротермального (карбонатные жилы выполнения, травертины) и гидротермально-метасоматического (доломиты) генезиса. Осадочные карбонатные породы могут быть образованы в морских, лагунных и озерных условиях хемогенным и кластогенным путем.
Наибольшее значение для цементной промышленности имеют самые распространенные карбонатные породы, входящие в состав двух рядов: известняк СаСО3 - доломит CaMg(CO3)2 и карбонатная порода - глина. В первом ряду между указанными крайними членами фиксируется большое количество переходных разновидностей, отличающихся содержанием MgO (табл. 25), во втором - наблюдается не менее широкое разнообразие сочетаний карбонатной и глинистой составляющих породы (табл. 26), причем карбонатная может быть представлена любыми членами ряда известняк - доломит, что приводит к появлению переходных между глинами, известняками и доломитами пород.
Таблица 26. Группировка карбонатно-глинистых | ||
Порода | Массовая доля, % | |
СаСО3 | CaO | |
Известняк | 100-95 | 56,0-53,2 |
Известняк мергелистый | 95-90 | 53,2-50,4 |
Мергель известковистый | 90-75 | 50,4-42,0 |
Мергель | 75-40 | 42,0-22,4 |
Мергель глинистый | 40-20 | 22,4-11,2 |
Глина мергелистая | 20-5 | 11,2-2,8 |
Глина | 5-0 | 2,8-0,0 |
Поскольку содержание оксида магния MgO в цементной шихте ограничено, доломиты и даже доломитовые известняки (табл. 25) мало пригодны в качестве цементного сырья, представляя больший интерес для металлургии как огнеупоры, тогда как известняки, в том числе и доломитистые, являются наиболее распространенным карбонатным компонентом этого сырья. Карбонатно-глинистые образования, объединяющие в себе оба главных компонента цементной шихты, представляются самым благоприятным сырьем для цементной промышленности. Особого внимания заслуживают мергели (см. табл. 26), химический состав которых может полностью соответствовать требуемой цементной шихте (мергели-натуралы).
Среди большого разнообразия месторождений карбонатного сырья для цементной промышленности выделяют три основных геолого-промышленных типа:
1). субгоризонтальные пласты, линзы и горизонты мела, мергелей, известняков и доломитов большого площадного распространения мощностью в метры - десятки метров в разрезах платформенных карбонатно-терригенных толщ пород различного возраста (Вольские и другие многочисленные месторождения Русской платформы, месторождения Сибирской и других платформ);
2). круто - и пологопадающие пласты, линзы и пачки ритмичного чередования мергелей, известняков и карбонатных глин мощностью в десятки метров в разрезах складчатых карбонатно-терригенных флишевых толщ большой мощности (Новороссийские месторождения);
3). слабо наклонные, быстро выклинивающиеся пластовые, линзовидные и сложной формы залежи доломитов и органогенных известняков с мелом и мергелями неравномерной, меняющейся мощности в десятки метров в составе карбонатных рифогенных, соленосных, терригенных и угленосных толщ краевых и межгорных прогибов и внутренних впадин (Еленовское месторождение в Донбассе, месторождения штатов Огайо, Индиана и Иллинойс в США).
|
Рис. 87. Структура аттапульгита (по П. В.Харбену и Р. Л.Бейтсу). |
16.2. Глинистые породы
К глинам принято относить тонкодисперсные горные породы с преобладающим пелитовым (до 1 мкм) размером частиц, сложенные преимущественно различными глинистыми минералами с подчиненным количеством обломков горных пород, кварца, полевых шпатов, амфиболов, пироксенов, слюд и других минералов, а также органического вещества и аутигенных зерен карбонатного, сульфатного, фосфатного состава и др.
Большинство глин являются пластичными, то есть способными образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее при высыхании приданную ему форму и становящееся камнеподобным после обжига. Однако существуют и неразмокающие, так называемые сухарные глины, или <флинтклей>, а также аргиллиты и глинистые сланцы, которые подобно глинам обладают тонкодисперсным строением, близким минеральным и химическим составом. Вместе с глинами они объединяются в глинистые породы. К последним принято относить также лессы и суглинки. Промежуточными образованиями между глинами и карбонатными породами являются мергели, содержащие 50-70% карбонатной составляющей (см. табл. 26).
По размерам слагающих породу частиц преобладающей фракции 5-1, 1-0,2 и менее 0,2 мкм различают крупно-, средне - и тонкозернистые (коллоидные) глины.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |
Основные порталы (построено редакторами)