Сульфатостойкий портландцемент на сырье Норильского месторождения. 1954 год
Центральная лаборатория Управления предприятий строительных материалов
Отчет по теме № 46/54
«Сульфатостойкий портландцемент на сырье Норильского месторождения»
Главный инженер Управления предприятий стройматериалов Алфименко
Начальник Центральной лаборатории Финогенова
Руководитель научно-исследовательской Якубович
Работа начата: 1953 год
Работа окончена: 1954 год
Норильск
ВВЕДЕНИЕ
Цель темы – получение сульфатостойкого портландцемента на местном сырье.
Получение сульфатостойкого портландцемента имеет большое значение для строительства при возведении сооружений (фундаментов, перекрытий и прочих железобетонных и бетонных конструкций), призванных служить в условиях высокой сульфатной агрессии.
Сульфатостойкий портландцемент по своим качествам обладает свойствами сопротивления химической агрессии сульфатных вод и физическим факторам “агрессии”,что очень важно для таких бетонных сооружений, которые находятся на переменном уровне воды, где бетон одновременно подвергается также постоянному многократному увлажнению и высыханию, многократному замерзанию и оттаиванию.
Отличительными показателями сульфатостойкого портландцементного клинкера являются: минимальное содержание (с точки зрений технологии производства) трехкальциевого алюмината и максимальное содержание силикатов, так как длительное наблюдение за бетонами, подверженными действию сульфатных сред, показали, что портландцементу, богатые глиноземом, отличаются меньшей устойчивостью к химическим агрессивным воздействиям, чем портландцемента с низким содержанием глинозема; также было установлено, что портландцемента, богатые кремнеземом, обладают стойкостью к воздействию агрессивной среды.
В результате многолетних изучений в области получения cульфатостойкий портландцементов, главным образом, учеными Советского Союза (проф. З. Я. Юнг и др.), а также работ Гипроцемента Механическим управлением МШМ СССР были приняты и утверждены следующие технические условия, которым должен удовлетворять сульфатостойкий портландцементный клинкер:
Содержание Al2O3 не более 5,0%.
- Fe2O3 не более 6,0%.
- C3O не более 5,0%.
- глиноземистый модуль не менее 0,7%
- коэффициент начисления не более 0,85.
Цемент должен содержать 10-15% гидравлических добавок. Как видно из приведенных норм на сульфатостойкий портландцемент, для его получения требуется подбор исходных сырьевых мате риалов, обеспечивающих получение портландцементного клинкера с заданным содержанием окислов алюминия и железа и с максимальным содержанием трехкальциевого и двухкальциевого силикатов, сумма которых должна быть доведена до 76-81% при максимальном содержании трехкальциевого силиката.
II. ПОДБОР СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
В качестве основного сырья для сульфатостойкого портландцемента нами была принята сырьевая 2-компонентная смесь – известняки рудника Каларгон и аркоэовый песчаник рудника 2/4.Возможный второй вариант компонентов шихты для сульфатостойкого портландцемента: кварцевый дудинский песок, хвосты МОФ и известняки, отпал, так как запасы дудинского песка кончились.
III. РАСЧЕТ СЫРЬЕВОЙ 2-КОМПОНЕНТНОЙ СМЕСИ (известняки Коларгона + песчаник рудника 2/4)
- Химсостав компонентов:
Лабораторные работы
Лабораторные испытания заключались в определении спекаемости клинкера в зависимости от помола сырьевой смеси при температуре обжига близкой к производственным условиям Цементного завода = 1450°С и пробных обжигов клинкера при температуре = 1430°, 1450°, 1475°С.
а) Приготовление брикетов размером Ø 25 мм l = 35 мм из сырьевой смеси
Компоненты смеси – известняк, аркозовый песчаник, шлак и окалина в соотношениях по расчету измельчались в шаровой лабораторной мельнице. Всего было сделано 3 помола и изготовлены брикеты, которые обожжены в криптоловой печи при температуре 1450°С.
Таблица 1
Результаты пробного обжига (см. таблицу № 1) показали, что при температуре в 1450°С полное спекание клинкера получается при тонком помоле сырьевой смеси до 0,8% остатка на сите 270 меш. (9300 отв./см2).
Пробный обжиг клинкера на лабораторных образцах в криптоловой печи при резких температурах дал следующий результат (см. таблицу № 2).
Свободной СаО – нет.
Полученный лабораторным способом клинкер при температурах 1430-1450°С по внешнему виду хорошего качества.
Получение опытной партии сульфатостойкого портландцементного клинкера полузаводским способом
Для получения опытной партии сульфатостойкого портландцемента было использовано нижеследующее оборудование:
а) Для дробления и помола компонентов – щековая дробилка и однокамерная шаровая мельница.
Для обжига брикетов сырьевой смеси – полугазовая печь. Топливо – уголь норильского месторождения.
Расчет загрузки шаровой мельницы на 400 кг сырьевой смеси и приготовление брикетов
1) Известняк – 97,40 х 400/130,24 = 38960/130,24 = примерно 298,45 кг.
2) Аркозовый песчаник – 28.22 х 400/130,24 = примерно 86,67 кг.
3) Шлак 4,62 х 400/130.24 = 14,18 кг
Итого: 399,30 кг
плюс 1% железа от намола в шаровой мельнице: 399,30 + 393,3 x 4/100 = 403,3 кг
В мельницу было загружено 403 кг смеси и 1 тонна шаров. Помол мокрый. Продолжительность помола 13 часов.
Ситовой анализ помола дал остаток на сите 270 меш – 0,79%.
Из полученного шлама, отфильтрованного на фильтрпрессе, были сформованы 125 штук брикетов размером 65 х 120 х 250 мм.
Брикеты были высушены в сушилке, после чего поступили на обжиг в печь.
Химсостав сырьевой смеси из расчета на прокаленное вещество приведен в таблице № 3.
ТАБЛИЦА № 3
Обжиг брикетов сырьевой смеси
Обжиг брикетов производился в печи в капселях из хромомагнезитового кирпича. Всего в печь было загружено 125 штук брикетов. Схема расположения брикетов в печи
Режим обжига клинкера в печи
1) Подъем температуры до 900° по 30°/час = 30 час.
2) “ ” от 900° до 1200 ” 20°/час = 15 час.
3) “ и 1200 до 1450° по 10°/час = 35 час.
4) Выдержка при 1450° = 2 час.
Всего: = 82 часа
По окончании обжига клинкер был выгружен из печи и взвешен. Всего было получено 125 кг клинкера. По внешнему виду клинкер хорошо спекшийся.
Химсостав полученного клинкера следующий:
ТАБЛИЦА №-4
Коэффициент насыщения:
Кн = с – (1,65 х А + 0,35 х F)/2.8 = 62 – (1.65 х 4,13 + 0,35 х 4,67)/2,8 х 24,92 = 0,77
Глиноземистый модуль:
Al2O3/Fe2O3 = 4,13/4,67 = 0,88
Силикатный модуль:
SO2/ Al2O3+ Fe2O3 = 24,92/4,13 + 4,67 = 2,83
Минералогический состав полученного клинкера
1) C3S = 3,8 х SiO2 (3КН – 2) = 3,8 х 24,92 (3 х 0,77-2) = 29,36%.
2) C2S = 2,87 х SiO2 (3 – 3 КН) = 2,87 х 24,92 (3x3x0,77) = 49,35%
3) C3А = 2,65 х (Al2O3 – 0,64 x Fe2O3) = 2,65 х (4,13 – 0,64 x 4,67) = 3,02%
4) С4 АF = 3,04 х Fe2O3 = 3,04 х 4,67 = 14,20%
Результаты химического анализа полученного клинкера и минералогический состав его показывают, что:
1) Содержание Al2O3 = 4,13/5 и Fe2O3 = 4,67% – находятся в пределах нормы для сульфатостойкого портландцемента.
2) Глиноземистый модуль = 0,88 – в пределах нормы.
3) Содержание С3А = 3,02% – в пределах нормы.
4) Коэффициент насыщения = 0,77 – в пределах нормы.
Судя по минералогическому составу полученного сульфатостойкого портландцементного клинкера и принимая во внимание полученные результаты исследований Гипроцемента (канд. техн. наук Л.С.Коган), по сульфатостойкому портландцементу можно сделать следующее заключение: лучший результат по сульфатостойкости, согласно исследованиям Гипроцемента, дали клинкера с содержанием трехкальциетного алюмината (С3А) в пределах от 3 до 5%.
Полученный в Центральной лаборатории клинкер содержит С3А = 3,02%,что дает право говорить о хорошем качестве полученного клинкера по его сульфатостойкости.
Получение сульфатостойкого портландцемента пo техническим условиям на сульфатостойкий портландцемент он должен содержать 10% гидравлических добавок.
Местных гидравлических добавок, отвечающие требованиям ГОСТа, не имеется.
Для опытной партии сульфатостойкого портландцемента наш была использована в качестве добавки диатомитовая глина с активностью на 1 грамм добавки поглощено 70 мг CaO.
Клинкер в количестве 120 кг, предварительно пропущенный через щековую дробилку, был загружен в шаровую мельницу периодического действия. Туда же была загружена добавка – диатомитовая глина в количестве 9,6 кг и гипс 3% – 3,6 кг.
Помол цемента в мельнице производился до тонкости помола:
- остаток на сите 900 отв./см2 – 2,1 %
- прошло через сито 6200 отв./см2 – 84,8%
Испытание полученной партии сульфатостойкого цемента
а) Физико-механические испытания
1) Водопроцентное отношение теста нормальной густоты – 22%.
2) Сроки схватывания:
а) начало – 1 ч. 13 мин. б) конец – 2 ч. 25 мин.
3) постоянство объема – выдержал.
4) предел прочности при сжатии:
7-дневного возраста – 286 кг/см2
28-дневного возраста – 330 кг/см2
5) Предел прочности при растяжении:
- 7-дневного возраста – 17,8 кг/см2
- 28-дневного возраста – 21,7 кг/см2
6) Марка сульфатостойкого портландцемента – “300″.
б) Химический анализ сульфатостойкого портландцементе:
Таблица № 5
Рассматривая результаты испытаний сульфатостойкого портландцемента на механическую прочность и химсостав, можно сделать следующее заключение:
1) Полученная опытная партия сульфатостойкого портландцемента не местном сырье (известняк + аркозовый песчаник) при соблюдении принятой Центральной лабораторией технологии производства гарантирует выпуск сульфатостойкого портландцемента марки не ниже «300».
2) Все показатели химсостава портландцемента соответствуют ГОСТу на портландцемент и техническим условиям на сульфатостойкий портландцемент.
3) Разрешенная по техническим условиям гидравлическая добавка в количестве 10 % для условий Норильска может и не применяться, так как экономически выгодно выпускать сульфатостойкий портландцемент на местном сырье, не прибегая к привозкам с материка гидравлических добавок. В этом случае (баз гидравлических добавок) показатели механической срочности цемента будут выше, а также улучшатся его показатели по сульфатостойкости.
в) Испытания сульфатостойкого портландцемента методом изменения прочности при погружении образцов в агрессивные растворы
Для испытания цемента на стойкость в агрессивных средах был применен метод погружения образцов, изготовленных из смеси 1 : 3 (цемент – песок; фракция песка от 0,385 до 0,49 мм) размером 10 х 10 х 30 мм в 5% раствор Na2SO4, 1% раствор MgSO4 и 0,2% раствор CaSO4 и водопроводную воду.
Для наблюдения процесса коррозии образцов были изготовлены 60 штук образцов и погружены в растворы. Предварительно все образцы были выдержаны 28 дней твердения в воде. Пробы брались через 3 месяца, 6 месяцев, 9 месяцев, 12 месяцев и 24 месяца.
Начало испытания на коррозию – с марта месяца 1954 г.
В результате 9-месячного испытания на коррозию в агрессивных водах выявилось, что:
1) На образцах, находящихся в 1% растворе MgSO4 изменений нет.
2) На образцах, находящихся в 0,2% растворе CaSO4 изменений нет.
3) На образцах, находящихся в 5 % растворе Na2SO4 частичное изменение – кромки местами выкрошились.
Одновременно для испытания сульфатостойкого цемента в бетонах в условиях службы бетона в агрессивных водах, партия цемента в количестве 50 кг была передана стройлаборатории для проверки и дачи заключения.
ВЫВОДЫ
1. Для производства сульфатостойкого портландцемента пригодно местное сырье – известняки рудника Каларгон и аркозовый песчаник рудника 2/4.
2. Выпуск сульфатостойкого портландцемента возможен на Цементном заводе УПСМ при условии соблюдения технологического процесса получения цемента, примененного Центральной лабораторией, и тщательного контроля со стороны лаборатории завода как поступаемого сырья, так и отдельных процессов производства.
3. Для окончательного решения вопроса производства в Норильске сульфатостойкого портландцемента на местном сырье необходимо выпустить опытную партию цемента в 300 – 400 тонн на цементном заводе Управления предприятий стройматериалов.