Время чтения статьи, примерно 7 мин.

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)

1. 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 Al₂O_{3 =} 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.

---

Скачать (PDF, 4.1MB)