Цемент, производство цемента, цена цемента. Железо цемент


дерево, железо, цемент или бетон?

Много воды утекло с той поры, как появились первые постройки из бетона. И вода, всегда бывшая самым опасным врагом камня, унесла с собой бесчисленное количество сооружений, построенных руками человека. Но нет худа без добра: неприятности, причиненные водой, пожалуй, больше, чем что-либо другое, научили людей многому.

Самый главный урок, который получили люди, заключался в том, что они хорошо поняли: от природы милости не дождешься. Поняв это, люди стали покорять ее. Борьба была очень долгой и трудной. И появление бетона, который люди научились делать еще в царстве Урарту и в древнем Китае, было одной из великих побед, одержанных человеком над природой.

Деревянные постройки боятся огня и воды, а бетонные — нет.

Если бы здания стали сооружать из железа, то они оказались бы в сто двадцать раз тяжелее бетонных.

Даже корабли делали из бетона.

Но почему бетону оказывают особый почет, называя его великой победой человека? Ведь сколько за эти тысячелетия люди узнали секретов производства новых материалов, а предпочтение отдается всё-таки бетону?

Потому, что именно бетон, пройдя за это время, как говорят, огонь и воду, оказался самым долговечным и больше, чем какой-нибудь другой материал, оправдал возлагавшиеся на него надежды.

Бетон не горит в огне. А дерево сгорает, да еще как быстро! И в этом у бетона неоспоримое преимущество перед деревом.

Мне могут сказать: «Но ведь и железо, и сталь, и многие другие металлы тоже не боятся огня». Оговоримся сразу: не боятся, однако вовсе не всякого. При высокой температуре металлы начинают плавиться. К тому же железо и сталь, а тем более медь или какой-нибудь другой цветной металл,— очень дорогие материалы. А бетон — дешевый.

Дерево не меньше огня боится воды. Да и для металлов вода вовсе не безвредна: они покрываются ржавчиной и быстро начинают разрушаться. А бетону вода теперь не страшна.

Из бетона строят мосты…

... И трибуны возводят из бетона.

Бетону, так же как и глине, можно легко придать любую форму.

К тому же нельзя забывать и еще одного очень важного обстоятельства: железо, да и другие металлы, легко отдают тепло. А это значит, что если бы дома стали строить из железа, стены их пришлось бы делать в сорок раз толще бетонных. Но так как вес бруска железа и без того втрое больше веса бетонного бруска такой же толщины, то железный дом вышел бы в сто двадцать раз тяжелее бетонного! Можно сказать с полной уверенностью, что такие постройки вряд ли долго удержались бы даже на хорошем грунте.

Наконец, даже в нашей стране с ее огромными лесными богатствами имеется не мало мест, где нет деревьев, годных для строительства. И еще больше таких мест, где не ведется добыча металлов. Сырье же, из которого можно приготовить бетон, есть почти всюду. Вот и выходит, что лучшего материала для строительства, чем бетон, нет.

Из бетона сооружают гигантские плотины гидроэлектростанций. Эти плотины перегораживают самые бурные и полноводные реки, заставляя их воду приводить в движение могучие турбины. Устои самых длинных в мире мостов сделаны также из бетона. И как бы сильно ни было течение реки, оно даже весной, когда плывут большие льдины, беспомощно разбивается об острые углы бетонных устоев.

Тоннели московского и ленинградского метрополитенов тоже теперь стали одевать В бетон. На него можно положиться. Он надежно охраняет от обвалов и затопления подземными водами.

Из бетона сделаны стены высотных зданий в Москве, а также многих домов в других городах нашей страны. И еще: могучие корпуса заводов, шлюзы каналов, автомобильные дороги, трибуны стадионов, опорные мачты электропередач на железных дорогах, мастерские МТС, силосные ямы,— да разве можно перечесть всё, что сооружено из бетона!

Прочность и долговечность, конечно, весьма важные качества бетона. Подумайте сами: сделанный из него небольшой кубик, каждая сторона которого имеет всего по пяти сантиметров, может выдержать нагрузку в десять, а то и в пятнадцать тонн. А ведь столько весят двести пятьдесят человек, если б всех их можно было уместить на таком маленьком кубике! Однако достоинства бетона не только в прочности.

Одно из самых замечательных его преимуществ перед другими материалами состоит в том, что из него, так же как из глиняного или цементного теста, можно делать всё, что угодно.

Бетон можно огромными ковшами наливать в простенок между вбитыми в землю в два ряда деревянными досками. Когда же он затвердеет и доски уберут, нашим глазам предстанет выросшая с волшебной быстротой ровная каменная стена. А сколько труда надо было бы положить, если бы такую же стену возводили из обыкновенного кирпича или из естественного камня, который надо сначала добыть, потом отделать, а затем доставить к месту строительства!

Или вот другой пример. При сооружении Куйбышевского гидроузла за день укладывали двадцать тысяч кубометров бетона. А за год одна плотина «съедала» столько бетона, сколько пошло на строительство всего Панамского канала в течение двадцати лет, пока его сооружали. Десятилетия тяжелого, изнурительного труда надо было бы затратить, прежде чем на берегу великой реки выросла гигантская электростанция, если бы вместо бетона строителям пришлось применять какой-нибудь другой материал. Бетон во много раз ускоряет и облегчает труд человека, — вся тяжесть работы ложится на плечи машин. А ими наша страна снабдила строителей в достатке.

Даже весной, когда по реке плывут большие льдины, они разбиваются об острые углы бетонных устоев мостов.

Вот какую нагрузку может выдержать маленький бетонный кубик.

Однако вот еще вопрос: зачем же нужен бетон, когда есть цемент? Ведь из цементного порошка можно приготовлять каменный клей. Затвердев же, он сам может превратиться в камень.

Но нет, с одним цементом далеко не уедешь. Во-первых, он всё еще довольно дорог. А во-вторых, сколько же понадобилось бы цемента, если бы искусственный камень делали из него одного! Цемент не может заменить бетон так же, как бетон не заменит цемент.

www.stroitelstvo-new.ru

Цементы с высоким содержанием железа III

    Железистый, или рудный, портландцемент (цемент Ферари) характеризуется пониженным содержанием глинозема и высоким содержанием окислов железа. [c.313]

    Недостаточная сульфатостойкость портланд-цементов, содержащих трехкальциевый алюминат , практически означает, что цементы с низким содержанием этого основного алюмината или совсем без него обладают значительно более высокой стойкостью к действию морской воды. Этим объясняется практическое преимущество рудных цементов, или цементов Феррари (см. D. Ill, 87 и ниже). Четырехкальциевый алюмоферрит, согласно экспериментам Тило , устойчив к действию сульфатных растворов то же относится и к ферритам кальция в рудных цементах. Когда молярное отношение окиси алюминия к окиси железа превышает [c.825]

    Проведенные на одном из уральских заводов работы по получению глиноземистого цемента из бокситов с невысоким отношением АЬОз 5102 и высоким содержанием железа показали, что можно получить спеканием во вращающейся печи глиноземистый цемент высокого качества. [c.356]

    Портланд-цемент с особо низким содержанием кремнезема, но с высоким содержанием глинозема и окиси железа был разработан Кюлем . Этот цемент может быть получен также из отходов бокситов или зол, богатых глиноземом, и промышленных шлаков ( бокситовый цемент ). Температура обжига — низкая, так как сырье, богатое окисью железа, легко спекается но вместе с тем это же свойство является и наиболее вредным потому, что во вращающейся печи спекающиеся материалы образуют весьма нежелательные кольца , а в шахтной печи — зависания, прочно припекшиеся к стенам. [c.801]

    За рубежом для футеровок, предназначенных для аппаратов с максимальной рабочей температурой 1650°, применяют глиноземистый цемент высокой чистоты с наполнителем из дробленого корунда. Содержание железа в этих материалах не должно превышать более 1% при содержании окиси алюминия до 70%. Вследствие низкого содержания железа цвет футеровки белый или почти белый. Во время длительного нагрева пластическая деформация бетона наблюдается прн температурах 1315—1370° плавление материала наступает при температурах свыше 1650°. [c.80]

    Способ спекания. Производство глиноземистого цемента способом спекания заключается в обжиге тонкоизмельченной однородной смеси боксита и известняка при температурах 1150—1250°, при которых материал подвергается лишь частичному плавлению. При этом способе производства все нелетучие соединения, входящие в состав сырьевых компонентов, переходят в состав цемента, поэтому к сырью должны предъявляться повышенные требования в части содержания в нем нежелательных примесей. Непригодны для обжига методом спекания, как уже отмечалось, бокситы с высоким содержанием окислов железа и кремнекислоты. Повышенное требование к сырью и ряд технологических трудностей производства привели к тому, что способ спекания не получил широкого распространения, несмотря на такие его положительные качества, как невысокий удельный расход тепла, получение легко размалываемого клинкера, возможность применения большинства печей силикатной промышленности и любого вида топлива. [c.520]

    В современной промышленности освоена целая гамма оттенков искусственных железоокисных пигментов. Они обладают большой дисперсностью, интенсивностью окраски и укрывистостью, превосходя по этим свойствам разновидности природной окиси железа. Содержание в них РегОз колеблется между 90 и 99% они не должны содержать более 2% веществ, растворимых в воде, и должны быть нейтральными. Искусственные окиси высокого качества можно смешивать со всеми другими пигментам они находят применение главным образом в масляных красках, в известковых красках, для окраски цемента п т. Д. [c.355]

    Большое значение теплоты гидратации особенно сказывается при использовании портланд-цементов и родственных им цементов в массивных бетонных конструкциях, например при сооружении больших плотин . В таких крупных бетонных конструкциях могут возникать значительные внутренние натяжения и деформации, если с течением времени первоначальная высокая температура понизится в этом случае усадка может привести к образованию серьезных трещин. Многие работы специально посвящены решению этих проблем здесь можно сослаться лишь на Мустерле , Карлсона и Хельстрёма . Добавление доменного шлака имеет большое значение, так как он способствует уменьшению усадки вследствие более слабого выделения тепла при гидратации цемента. Цементы с высоким содержанием железа, о которых говорилось в 87 и ниже , или, со- [c.816]

    Применение цементных покрытий в трубах. Для вод, которые вызывают разрушение труб, особенно образование бугорков , весьма успешно применяются цементные покрытия. Характер защиты частично механический и частично основанный на щелочной реакции извести, выделяющейся во время накладывания цемента. Здесь, однако, может выявиться и отрицательная сторона применения цемента, выделяющего слишком много свободной извести, так как вымывание ее водой будет ослаблять покрытие. Прочие составные части цемента будут поддерживать величину pH на уровне, достаточно высоком, чтобы задерживать коррозию, производимую питьевой водой, или осаждать соединения железа в порах цемента, который становится благодаря этому более плотным. Таким образом цемент имеет тенденцию с течением времени становиться богаче железом и беднее кальцием, что увеличивает его стойкость. Чепел описал случаи, когда цементные покрытия в Новой Англии и в других местах дали превосходную защиту, служившую в некоторых случаях до 50 лет. Он рекомендует цемент с высоким содержанием железа и окиси кремния и довольно низким содержанием извести. Хорошее описание процесса производства цементных покрытий имеется у Спеллера Мори описывает другой пример полезности цементных покрытий. Некоторые магистрали в Норфольке (Виргиния) были проложены из незащищенных чугунных труб и из стальных труб с цементным покрытием. Спустя 20 лет службы в чугунных трубах было обнаружено большое количество ржавчины, которая сильно уменьшала пропускную способность труб, и питтинг почти до половины толщины стенки. Труба с цементным покрытием после такого же периода службы в одинаковых условиях не пострадала от коррозии и не обнаружила каких-либо других изменений. [c.308]

    В отсутствии влаги чистый металл химически стоек, не реагирует с кислородом, серой, галогенами, однако в высокодисперсном состоянии пирофорен. Техническое железо и его спла вы корродируют в атмосфере паров воды, оксида углерода (IV) и кислорода с образованием пористого слоя гидратированного оксида железа (II) ГеО пНаО. Не взаимодействует с щелочами. С углёродом при высоких температурах образует растворимый в металле карбид железа Feg (цементит) с содержанием угле-родаб,67% и температурой плавления 1550°С,атакже два типа твердых растворов. Железо так же образует многочисленные сплавы с другими металлами. [c.39]

    При охлаждении до 900 С цементит РезС разлагается на железо и углерод, причем углерод растворяется, как уже упоминалось, только в р-Ре. Поэтому, если нагретое железо с высоким содержанием углерода (наирнмер, получаемый в домнах чугун) медленно охладить до температуры, при которо-й устойчиво а-железо, то углерод выделяется в виде вкраплений в кристаллы а-Ре. Это и есть так называемый серый чугун, отличающийся большой хрупкостью (из-за вкраплений углерода, нарушающих целостность кристаллической структуры а-Ре). [c.117]

    Для изоляционных монолитных футеровок среднего веса, рекомендованных для аннаратов с максимальной рабочей температурой до 1230°, применяют обычный глиноземистый цемент с заполнителями из керамзита или дробленых изоляционных кирпичей. Содержание железа в таком бетоне находится в пределах 5—10%. При нагреве до температуры 1230° наблюдаются признаки начала пластической деформации. Под воздействием восстановительной среды с высоким содержанием окиси углерода (более 50%), а также метана при температурах 480—925° иногда наблюдается разрушение футеровки за счет углерода, отлагаю-ш егося в порах бетона. [c.80]

    Цементит — это карбид железа РезС, обладающий высокой твердостью и прочностью. При повышении в стали количества перлита и цементита увеличивается прочность и снижается пластичность стали. Сталь с 0,8% С имеет максимальную прочность с увеличением содержания углерода более 0,8% избыточный цементит [c.89]

    Содержанию в железе 6,67%(масс.) углерода отвечает химическое соединение— карбид железа, или цементит, РезС. Это вешестно имеет сложную кристаллическую структуру и характеризуется высокой твердостью (близка к твердости алмаза) п хрупкостью. При температуре около 1600 °С цементит плавится .  [c.674]

    Грюн и Кронсбейн (см. В. III, 189, сноску 43) путем широко поставленных экспериментов исследовали стойкость цементов на основе доменных шлаков по отношению к морской воде. Это свойство, имеющее практическое значение, зависит главным образом от количества подмешанного портланд-цементного клинкера и его состава. Когда содержание окиси железа в клинкере увеличивается и одновременно содержание глинозема уменьшается, происходит значительное повышение стойкости. Оказалось, что смешанные цементы с различным содержанием клинкера обладают более высокими качествами даже по сравнению с чистыми портланд-цементами, но, с другой стороны, свойства их сильно колеблются. Обычно добавление клинкера в количестве 40% служит той практической границей, выше которой стойкость по отношению к агрессивному действию магнезиальносульфатных растворов уже начинает понижаться. [c.833]

    Хромистые стали. Хром, в отличие от никеля, сужает область у твердого р-ра и расширяет область а-твердого р-ра. Предельное содержание Сг, при к-ром существует еще -твердый р-р, равно 13%. При малом содержании хрома наряду с а-твер-дым р-ром хрома в железе присутствует также легированный цементит (Ге, Сг)зС. При увеличении концентрации хрома образуется карбид (Сг, Ге),Сз, при содержании хрома более 10% — карбид (Сг, Ге). зС8 и нри содержании хрома более 28% — металлич. соединение ГеСг (а-фаза). Добавка хрома повышает твердость и прочность стали, не снижая пластичности. Однако увеличение содержания хрома выше 1,0— 1,5% снижает ударную вязкость. Увеличение содержания хрома до 4—5% наиболее резко повышает твердость закаленной стали, тогда как свойства отожженной стали изменяются незначительно. Следовательно, наиболее резкое воздействие на твердость и прочность стали оказывает хром, находящийся в мартенсите, а не в феррите или карбидах. Хром повышает коррозионную стойкость в атмосферных условиях и сопротивляемость стали газовой коррозии при высоких температурах. При больших концентрациях хрома на поверхности стали образуется тонкая окисная пленка (СГ2О3), препятствующая развитию процесса коррозии в атмосферных условиях, а также в кислотах, особенно в азотной. [c.14]

chem21.info

Химический состав цемента

Цемент участвует при постройке практически всех конструкций зданий, он является незаменимым материалом, со временем лишь увеличивающим свою популярность и распространенность.

Из цемента изготавливаются различные виды бетона: тяжелые и легкие, керамзитобетон, ячеистый бетон, фибробетон, полистиролбетон, опилкобетон, декоративный бетон, бетон для фундамента, и даже прозрачный бетон. Свойства цемента определяются его химическим составом.

Химический состав цемента может варьироваться в зависимости от химического состава сырья, из которого происходит изготовление цемента, а также от технологии производства цемента, и этот момент является определяющим фактором качества цемента. Цемент в основном состоит из оксидов железа, магния, алюминия, кремния, кальция. При производстве цемента во время обжига в печи происходят различные химические реакции, благодаря которым и получается цемент. Различные вариации соотношений исходных материалов влияют на свойства цемента и его цвет.

Оксид железа в составе цемента

Оксид железа является очень важным элементом, он оказывает огромное влияние на качество химического состава железа. При содержании в цементе 10% оксидов железа качество цемента наибольшее, ведь при таком количестве оксиды железа оказывают наиболее благоприятное влияние на образование минералов. Но чем больше оксидов железа используется, тем ниже становится качество цемента. Верхней планкой содержания оксида железа в химическом составе цемента является 25%. А при создании жаростойких конструкций оксид железа в составе цемента вообще не используется.

Интересный момент: например, если снизить количество железа в цементе — он станет светлее. Это так называемый белый цемент, который используется в основном в декоративных целях и стоит до трех раз дороже обычного цемента. А повышение содержания железа в химическом составе цемента сделает его серым.

Оксид алюминия в составе цемента

Так же в химический состав цемента, как писалось выше, входит оксид алюминия. У качественных цементов содержания оксида алюминия не должно быть меньше 60%, увеличение количества оксида алюминия повышает огнеупорность цемента.

Оксид кальция в составе цемента

Еще один важнейший оксид — оксид кальция. Оксид кальция содержится практически во всех исходных материалах и используется в любой технологии производства цемента. Этот оксид определяет прочность готового цементного камня. В зависимости от объема оксида кальция, содержащегося в цементе, цемент разделяется на высокоизвестковый и низкоизвестковый. В первом случае содержание оксида кальция более 40%, во втором менее 40%.

Оксиды магния и кремния в цементе

В химический состав цемента в малых количествах входит оксид магния и оксид кремния. Оксид магния эффективен, если его содержание не превышает 2%, содержание в составе цемента оксида кремния не должно превышать 10%.

А вот от оксида хрома вообще производители стараются избавляться, он в любых количествах отрицательно сказывается на возможности цемента вступать в химические реакции.

Применение асбеста

При создании разных строительных материалов с цементом может использоваться асбест. Цемент свяжет асбест и предотвратит появления асбестовой пыли, что сделает строительные материалы абсолютно безопасными для человека.

При этом качество материала существенно улучшится, ведь добавление асбеста помогает выдерживать растяжение, с чем простой бетон справляется не очень хорошо.

Также будет интересным почитать:

на Ваш сайт.

goshara.ru

Железистые и сульфожелезистые цементы - Специальные цементы

stroy-server.ru

Железистые и сульфожелезистые цементы

В системе СаО — РегОз в зависимости от соотношения компонентов и условий синтеза образуются C2F, CF или CF2, из которых наиболее важное значение для технологии цемента имеют C2F и CF. Двухкальциевый феррит характеризуется орто-ромбической псевдотригональной структурой. Вдоль оси «Ь» слои октаэдров Fe06 чередуются со слоями тетраэдров FeO.

Атомы кальция координированы нерегулярно девятью атомами кислорода, один из которых находится на расстоянии 0,33 нм. Сила связи Fe —О в октаэдрических позициях ниже, чем в тетраэдрических, и составляет соответственно 0,36 и 0,62. Структура C2F характеризуется следующими параметрами: а — 0,532 нм; Ъ — 0,146 нм; с — 0,558 нм. Кристаллы двухкальцие-вого феррита имеют черную или красновато-коричневую окраску, показатели светопреломления кристаллов Ng=2,29, N0=2,22, Np = 2,20. C2F плавится при 1530 °С без разложения, с СаО он образует эвтектику при 1525 °С.

В монокальциевом феррите железо координировано октаэд-рально, расстояние Fe —О равно 0,198—0,209 нм. Кальций находится в центре треугольной призмы, образованной атомами кислорода. Четыре связи Са — О направлены к углам одной поверхности призмы (0,237—0,238 нм), две—к противоположным углам (0,251 нм), три других атома кислорода находятся в той же плоскости, что и атом кальция, на расстоянии 0,253; 0,258; 0,341 нм. Кристаллы CF представлены черными, реже —темно-красными просвечивающими иглами и призмами с показателями светопреломления Л/„=2,46; Np = 2,34. CF разлагается при 1216 °С с образованием C2F и жидкости.

В системе СаО — AI2Q3 —Fe203 ферриты кальция образуют твердые растворы с алюминатами кальция — алюмоферриты, общая формула которых—Ca2(Al/;Fei_/?)205, гдер = 0-г-0,7. В алю-моферрите состава C4AF около 1/4 атомов алюминия замещены 1/4 октаэдрально координированными и 3/4 тетраэдрально координированными атомами железа. В алюмоферритах координация ионов Fe3 + по мере уменьшения глиноземного модуля стремится к октаэдричеекой. При превращении C4AF в СбАР2 происходит переход ионов Fe3+ из позиций с четверной координацией в позиции с шестерной координацией с соответствующим замещением ионов А13 + , находящихся в октаэдричеекой координации.

При образовании алюмоферритной фазы ионы алюминия распределяются как между тетраэдрическими, так и между ок-таэдрическими позициями, при этом сначала алюминий замещает железо только в тетраэдрических положениях, а затем и в октаэдрических. Возможна и другая схема замещения: при образовании алюмоферрита ионы А13 + вначале распределяются в решетке C2F статистически, т. е. равномерно замещая железо в тетраэдрических и октаэдрических позициях; в дальнейшем при тепловой обработке ионы А13+ постепенно перемещаются в тетраэдрические положения; замещение алюминием железа в тетраэдральных полях позволяет тетраэдрам сжиматься относительно октаэдрального слоя и переходить в положение с более высокой симметрией (рис. 3.7). При образовании твердого раствора связи (Al, Fe) —О примерно на 10% короче связей Fe —О в структуре C2F. Атомы алюминия в алюмоферрите C2ApFi_p при значении р больше 0,33, когда тетраэдральные слои наполовину замещены, распределяются почти равномерно между тетраэдрическими и октаэдрическими позициями. Предельным составом в высокожелезистой области системы CaO —AI2O3-— Fe203 является C2F, в высокоалюминатной — C6A2F или, по другим данным,—C8A3F.

Двухкальциевый феррит при взаимодействии с водой при 20 °С образует гидроферриты кальция, коллоидные агрегаты Fe(OH)3 и Са(ОН)2, которые со временем подвергаются карбонизации. При гидратации C2F в первые сутки происходит образование C2FH5 твердения, а по истечении 7 сут— C4Fh23. Реакции протекают по схемам:C2F+5h30-*C2FH5,2C2FH5 + 6h30 -* C4Fh23 + 2Fe(OH)3.

С повышением температуры до 180 °С продукты гидратации феррита кальция представлены C4Fh23 и C3FH6.

Существенного различия в составе продуктов, образующихся при гидратации ферритов и алюмоферритов кальция в воде и в присутствии Са(ОН)2, не наблюдается. Формируются также гидроксид железа, гидроферриты кальция и смешанные гидраты состава C2(A,F)H8, C4(A,F)Hi3. Возможность замещения алюминия железом в кубическом гидроалюминате выше, чем в гексагональном. Железо в структуре Сз(А,Р)Нб замещается алюминием с образованием СзАНб, C3FH6 и Са(ОН)2.

Гидроферрит C3FH6 относится к псевдокубической сингонии. Показатели светопреломления минерала: Ng = l,66; N„ = 1,61. Дегидратируется C3FH6 ступенчато при 330 °С и 500—520 °С. Гидроферрит C4Fh23 представлен гексагональными пластинами с Ng= 1,539; Л= 1,524, дегидратируется при 170—180 °С.

При гидратации ферритов и алюмоферритов кальция в присутствии гипса образуются, соответственно, высокосульфатные

формы гидросульфоферрита и сульфоалюмоферрита кальция общей формулы Сз(А,Р)3 CaOS04 • ЗШ2О. После того, как гипс полностью прореагирует, трехсульфатная фаза переходит в моносульфатную состава Сз(А,Р) • CaSC>4 • 12Н2О. Гидросульфоферрит 3 СаО • РезОз • 3 CaS04 * 31 Н26 характеризуется игольчатыми кристаллами с показателями светопреломления N„= 1,492, Np = 1,486. Дегидратируется гидросульфоферрит при 150—160 °С с образованием моносульфатной формы, которая кристаллизуется в виде гексагональных пластинок (N„=1,686; Np= 1,682) и дегидратируется ступенчато в интервалах 100—120, 150, 190-220, 300-320 °С.

Гидратационная активность железосодержащих фаз относительно невысока, что затрудняет получение на их основе высокоактивных цементов. Одним из реальных путей повышения скорости гидратации ферритов кальция является модифицирование их структуры при образовании твердых растворов алю-моферритов и сульфоферритов кальция. Гидратация алюмо-ферритов кальция протекает интенсивно и через 5—10 мин наблюдается образование гексагональных пластинок гидроалю-моферритов, образуются также трехкальциевый гидроалюминат, гель однокальциевого феррита и Са(ОН)2. Теплота гидратации C4AF составляет 410 кДж/моль, она значительно выше, чем у C2S (260 кДж/моль). Степень гидратации C4AF через 3 сут достигает 50—70%. Процесс протекает по схеме:C4AF+13 Н20 » C4(A,F)Hi3, C4AF+10h3O>C3(A,F)H6 + Ca(OH)2 + Fe2O3 * 3h30.

Гидравлические свойства железосодержащих минералов послужили основой для разработки различных составов железосодержащих цементов.

Цементы с высоким содержанием Fe203 относятся к специальным цементам, например рудные цементы или цемент Феррари. Рудные цементы, при изготовлении которых глина частично или полностью заменяется рудой, практически не содержат алюминатов кальция. Такие цементы более стойки к воздействию сульфатных сред и характеризуются повышенной кислотостойкостью, но отличаются замедленным твердением. Цемент Феррари близок к рудным цементам, в нем содержится одинаковое количество РегОз и AI2O3, т. е. присутствует преимущественно C4AF, a SiC>2 связан в C3S. Этот цемент характеризуется пониженными усадочными деформациями. Сульфатостойкость ферритных цементов зависит не только от состава, но и от режима обжига. Кристаллический C4AF более сульфа-тостоек, чем высокожелезистое стекло, что обусловливает применение медленного охлаждения клинкера для полной кристаллизации АФ-фазы.

Сульфатостойкость цементов на основе C4AF объясняется тем, что при гидратации алюмоферрита образуется значительное количество геля гидроксида железа FeO(OH), осаждающегося на поверхности частиц цемента и бетона и препятствующего их коррозии в присутствии растворов, содержащих ионы С1—, SO1.

Предложенные составы высокожелезистых цементов отличаются содержанием минералов и составом алюмоферритной фазы. Так, большинство клинкеров содержит 15—65% C4AF, до 66% двухкальциевого феррита, до 50% C2S, возможно образование твердого СбАБг с 20% SiC>2. При введении в сырьевую смесь гипса образуется до 20% сульфоалюмината кальция. Обжиг высокожелезистых клинкеров протекает при пониженных температурах (1150—1280 °С), вследствие высокой минерализующей способности оксида железа. Однако, процесс характеризуется низкой стабильностью, обусловленной легкоплавкостью шихты, что затрудняет управление вращающейся печью и получение качественного клинкера с постоянными фазовым составом и свойствами.

Наличие в цементе большого количества железосодержащих соединений существенно изменяет его свойства. Например, бе-литоалюмоферритные цементы, содержащие белит и алюмофер-риты, по сравнению с портландцементом характеризуются большей продолжительностью схватывания и медленным твердением. Тепловыделение белитоалюмоферритных цементов после 28 сут твердения составляет 524,2 Дж/г, а портландцемента — 1315,5 Дж/г. К 180 сут твердения значения прочности белито-алюмоферритного цемента и портландцемента выравниваются. С возрастанием активности алюмоферритов (по мере увеличения в них содержания AI2O3) чувствительность цемента к сульфатам повышается, а прочность образцов снижается.

Особый интерес представляет производство расширяющихся и напрягающих цементов на основе железосодержащих минералов. Предложен ряд составов расширяющихся цементов, содержащих ферриты и алюмоферриты кальция. Однако, медленное образование гидросульфоферрита и гидросульфоалюмината кальция при гидратации этих минералов не позволяет получать цементы высокого качества. Модифицирование структуры фер-ритных фаз сульфт-ионом, участвующим в последующем формировании сульфатированных гидратных соединений, позволяет существенно изменять свойства минералов и цементов.В системе СаО — F2O3 — CaS04 термодинамически возможно образование ферритов и сульфоферритов кальция различной основности (рис. 3.8, табл. 3.22). Предпочтительность в системе того или иного соединения как устойчивой фазы зависит от соотношения оксидов и температуры синтеза. При пониженной основности шихты вероятнее образование монокальциевого феррита, при повышенной — C2F. Сравнение величин энергии Гиббса реакций синтеза ферритов и сульфоферритов кальция показывает, что при температурах до 1000 °С более вероятно появление ферритов, а при повышении температуры —сульфоферритов кальция. Реакции формирования ферритов и сульфоферритов кальция с участием гидратов, гидроксидов, соединений двухвалентного железа характеризуются более низкими значениями энергии Гиббса.

В присутствии оксидов кремния и алюминия вероятно образование как низкоосновных минералов —CS, CA, CF, так и более основных — C2S, C3S, C3A, C2F. Величина энергии Гиббса реакций синтеза минералов уменьшается в ряду алюминаты — ферриты — силикаты; в этой же последовательности повышается термодинамическая устойчивость минералов. Сульфоферритные минералы термически более устойчивы, чем сульфат кальция. Оксид кремния, связывая СаО, затрудняет образование железосодержащих фаз, поэтому является нежелательной примесью. На основе глинозема формируются высокоактивные (СА, С12А7) и сульфатированные фазы, поэтому в его присутствии свойства системы не ухудшаются.

Минералообразование в системе СаО — РегОз — CaS04 начинается при 700 °С с появлением в качестве первичной фазы CF. С повышением температуры синтеза и при снижении основности смеси степень связывания СаО и CaS04 возрастает (рис. 3.9). Формирование CF завершается при 1050 °С, синтез C2F протекает в интервале температур 1200—1300 °С. Взаимодействие CaS04 с CF с низкой скоростью протекает при повышении температуры в пределах 800—1000 °С, а затем резко ускоряется; максимальная степень связывания для 3 CF • CS наблюдается при 1200 °С, а для C2F • CS — при 1400 °С. Повышение температуры более 1230 °С вызывает инконгруэитиое плавление твердого раствора, для высокоосновного состава образование расплава наблюдается при 1440 °С. Процесс образования сульфоферритов кальция состоит из ряда последовательно

Рис. 3.8. Значение энергии Гиббса о® реакций синтеза минералов в системе СаО— Fe203 — CaS04а – системы СаО – Fe203 – CaS04; 2CaO – Fe203 -CaSC>4; б — системы с различными соединениями кальция и железа (цифры соответствуют обозначениям реакций в табл. 3.24)

При использовании других исходных компонентов (гидроксиды и др.) с меньшей энергией связи последовательность реакций сохраняется, но наблюдается снижение температуры появления первичных фаз. Так, в системе Са(ОН)2 — Fe(OH)3 — CaS04 фаза CF обнаруживается при 500 °С, однако образование сульфатированных минералов протекает в тех же температурных интервалах, что и в присутствии оксидов кальция и железа.

Кинетика процессов минералообразования удовлетворительно описывается уравнением Таммана — Фишбека, что свидетельствует о переходном характере реакции, скорость которой лимитируется диффузией и взаимодействием компонентов. Энергия активации синтеза сульфоферритов кальция составляет 195—220 кДж/моль и существенно меньше, чем для C^F (438 кДж/моль), что свидетельствует о более высокой минерализующей способности сульфат-иона по сравнению с оксидом алюминия.

Сульфоферриты кальция представляют собой твердые растворы CaS04 в соответствующих ферритных фазах. С повышением концентрации сульфата кальция в структуре минералов изменяются параметры их кристаллических решеток (табл. 3.23]^ но предельными составами являются соответственно 3CF • CS и C2F • CS. Для монокальциевого сульфоферрита характерно увеличение параметров решетки. Это обусловлено внедрением ионов серы в структуру CF, поскольку замещение октаэдров [РеОб]9- на тетраэдры SO|~ маловероятно. В структуре C2F, как отмечалось ранее, наряду с октаэдрами присутствуют и тет-раэдрические группировки [Fe04]5~, размер которых незначительно (на 12%) отличается от размера ионов SOl~, что обусловливает возможность ионного обмена. Размер железистого комплекса превышает радиус сульфат-иона и это приводит к сжатию решетки, при этом в структуре уменьшается количество [FeC>4]5~ с ростом содержания SO.

При образовании твердых растворов снижается и энергия связи Са —О (табл. 3.23). После достижения насыщения дополнительное введение сульфата кальция не оказывает влияние на структуру сульфоферрита кальция. Различный тип твердых растворов, образующихся на основе CF (внедрение) и C2F (замещение) приводит к тому, что значение предельной концентрации сульфата в высокоосновном минерале в 3 раза превышает его содержание в низкоосновном в расчете на один моль феррита кальция. Это различие оказывает определяющее влияние на свойства твердых растворов.

Характер влияния ферритных фаз на структуру и физико-механические свойства цементного камня определяется в основном двумя факторами: кинетикой гидратации и составом образующихся гидратных фаз. Результаты расчетов изобарного потенциала реакций гидратации железосодержащих минералов, протекающих с образованием Fe(OH)3, гидроферритов (C3FH6, C4Fh23) и гидросульфоферрита кальция (C3F • • CS • Н12, C3F • 3CS • Н31), позволяют отметить некоторые особенности влияния состава исходных соединений на процесс гид-ратообразования.

Реакции гидратации высокоосновных феррита и сульфоферрита кальция характеризуются более низкой, чем у низкоосновных фаз, величиной изобарного потенциала, что свидетельствует о меньшей гидравлической активности минералов, имеющих соотношение C/F= 1. Скорость реакции гидратации возрастает в следующей последовательности: CF -» 3CF • CS -* C2F -» C2F ■ CS. Гидратация CF и 3CF • CS протекает в щелочной среде, а C2F • CS — при непосредственном их взаимодействии с водой. При гидратации C2F • CS в присутствии гипса образуются гид-росульфоферриты кальция; для их появления при гидратации CF, C2F и 3CF • CS необходимо присутствие гидроксида кальция в растворе. Более вероятно образование гидросульфоферритов кальция при гидратации сульфатированных фаз и наименьшее значение^Ag наблюдается для C2F • CS. Высокосульфатная форма C3F • 3CSh41 более устойчива, чем моносульфатная C3FCSh22.

Монокальциевый феррит гидратируется медленно и из него в незначительном количестве экстрагируются ионы Са2 + (табл. 3.25). Структура минерала практически не изменяется, количество связанной воды в период от 1 до 28 сут составляет 0,6—2 мас.. Это свидетельствует о низкой активности CF и согласуется с данными термодинамического анализа.

При взаимодействии C2F с водой происходит экстрагирование из структуры ионов кальция практически при отсутствии в растворе ионов железа (см. табл. 3.25). На кривых ДТА (рис. 3.10) гидратированного C2F имеются несколько эндотермических пиков: в интервалах температур до 195, 195—280, 280—555, 555— 900 °С. Это обусловлено выделением Н2О из структуры гидратированного минерала, разложением Са(ОН)2 и СаСОз, который мог образоваться при карбонизации Са(ОН)2 в растворе.

Рентгенограммы исходного C2F и гидратированного в различные сроки минерала показывают, что уже после 1 сут гидратации наблюдаются уменьшение пиков, относящихся к C2F, и появление дополнительных пиков (d=0,802; 0,385; 0,294 нм), соответствующих гидратным фазам C4Fh23, Fe(OH)3, C2FH8. На ИК-спектрах монокальциевого феррита, гидратированного в течение 28 сут, не обнаруживаются полосы, характерные для групп ОН-, в то же время на ИК-спектрах C2F уже при гидратации в течение 1 сут наблюдаются полосы поглощения в области 800—1000 см, характерные для деформационных колебаний ОН-групп, а также полосы поглощения в области 3700—3000 и 1700—1600 см, указывающие на наличие в образцах кристаллизационной воды.

Преобладающим компонентом фильтратов суспензий сульфоферритов кальция является СаО, в несколько меньшем количестве присутствует SO3, содержание РегОз в жидкой фазе невелико.

Количество СаО в жидкой фазе зависит от основности сульфатированного минерала. При гидратации C2F • CS концентрация СаО поддерживается на более высоком уровне, чем при гидратации 3(CF) • CS. В течение первого часа взаимодействия C2F • CS с водой содержание СаО в жидкой фазе достигает 446 мг/л и повышается в течение 7 ч до 514 мг/л, затем снижается, причем особенно резко по истечении 24 ч взаимодействия. В этот же период значительно уменьшается количество SO3 по сравнению с максимально достигнутой за 7 ч гидратации. Состав продуктов гидратации C2F • CS представлен C3F • 3CS • Н31, C4Fh23, Fe(OH)3, фиксируемыми на кривых ДТА по эндотермическим эффектам при 140—160 °С, 750—770 °С и по экзотермическому эффекту — при 330 °С. На рентгенограммах гидратированного C2F • CS имеются дифракционные максимумы C3F • CSh41 (d=0,985; 0,747; 0,246 нм) и C4Fh2J (У =0,802; 0,395; 0,294 нм), интенсивность которых повышается по мере увеличения времени гидратации до 3 сут. Дальнейшая гидратация в течение 7—28 сут сопровождается незначительным изменением интенсивности аналитических линий гидроферритов и гидросульфоферритов кальция (рис. 3.11).

По интенсивности гидратации 3(CF) • CS уступает C2F • CS: потери массы образцов гидратированного C2F • CS возрастают от 14 до 32 (соответственно для 1 сут и для 28 сут), а образцов 3(CF) • CS составляют лишь 4,5—19% (табл. 3.26). При гидратации моносульфоферрита в течение 3 сут в цементном камне образуются: гидратные соединения типа гексагонального гидроферрита кальция C4Fh23, характеризующегося межплоскостными расстояниями 0,802; 0,395; 0,292; 0,238 нм и имеющего форму пластинок с показателями преломления Ng = l,54; N„ = 1,52’, гид-росульфоферрит кальция трехсульфатной формы (а = 0,98; 0,56; 0,481 нм), дифракционные максимумы которого отличаются некоторой размытостью, что свидетельствует о наличии мелкокристаллической фазы: двуводиый гипс в виде призм (tf=0,757; 0,424; 0,306 нм) с Ng = l,58; Np = l,51. В ачительном количестве присутствует безводный сульфоферрит кальция (d = 0,268; 0,255; 0,184; 0,152 нм), зерна которого окружены хлопьевыми гидратами оксида железа желтого цвета.

С увеличением продолжительности твердения содержание сульфоферрита кальция в гидратирующейся системе непрерывно снижается, что обусловлено протеканием процесса гидратации и подтверждается снижением интенсивности характерного пика (0,268 нм). Результаты ДТА свидетельствуют о появлении в гидратирующейся системе C3F • CSh22 (эндоэффект в области 190—220 °С), который не фиксируется реитгенофа-зовым анализом, вследствие наложения на линии этого минерала пиков C4Fh23. Экзоэффект в области 300—320 °С подтверждает образование в гидратирующейся системе гидроксида железа.

Степень гидратации а железистых минералов наиболее интенсивно возрастает до 3 сут твердения, затем наблюдается замедленный период реакции, обусловленный образованием на исходных частицах слоя гидратных новообразований, затрудняющих проникновение жидкой фазы к непрореагировавшей части зерен. Величина а для CF через 28 сут твердения достигает лишь 8%. Для сульфатированной фазы через 3 суток степень гидратации составляет 40%, к 28 сут она возрастает до 50,5% и к 180 сут достигает 65%. С ростом основности минералов скорость их гидратации повышается и для C2F • CS: через 28 сут значение а достигает 83%. Ускорению гидратации ферритных фаз способствуют образование твердых растворов с CaS04, увеличение степени замещения FeC>4 на SO4 до образования предельного состава и повышение основности минерала. Это согласуется с уменьшением энергии связи в их структуре. Кинетика гидратации удовлетворительно описывается уравнением Р. Кондо, что свидетельствует о диффузионном характерепроцесса.

Появление игольчатых кристаллов C3F3CSh41 при гидратации C2F • CS наблюдается уже через 30 с взаимодействия с водой, а для низкоосновного сульфоферрита — только после 1 сут твердения. В дальнейшем этот процесс активизируется, особенно для образцов на основе C2F • CS.

Образующиеся на начальной стадии гидратации C2F гексагональные кристаллы C4Fh23 позднее перекристаллизовываются в C3FH6. В образцах на основе 3CF • CS образуются игольчатые кристаллы железистого эттрингита, пронизывающие гелеобраз-ную массу Fe(OH)3- Через 7 сут твердения железистый эттрингит перекристаллизовываетсд в пластинчатые кристаллы C3F • CSh22, что способствует снижению деформации структуры цементного камня. В образцах на основе C2F • CS гидросульфоферрит кальция трехсульфатной формы устойчив во все сроки твердения, и с увеличением продолжительности гидратации наблюдается рост его кристаллов. Это вызывает расширение и самоиапряжение цементного камня в процессе твердения.

Результаты исследования процесса гидратации ферритов кальция и их твердых растворов с CaS04 свидетельствуют о значительно большей гидратационной активности модифицированных минералов и различной последовательности реакций гидратообразования в системах на основе 3CF • CS и C2F • CS.

Реакция начинается с экстрагирования ионов Са2+ и SC>4— из структуры железистых фаз с последующим переходом в раствор FeOHJ, который образует гель Fe(OH)3, обволакивающий исходные частицы. Взаимодействие ионов кальция, железа и серы в растворе приводит к образованию гидроферритов и гидросульфоферритов кальция. Они образуются также при диффузии ионов Са2+ и S04- в массу геля Fe(OH)3, что сопровождается армированием системы.При гидратации низкоосновного сульфоферрита кальция формируется повышенное количество Fe(OH)3, блокирующего непрореагировавшие частицы. Вследствие этого снижается концентрация ионов кальция и серы в растворе и набл

юдается перекристаллизация образовавшихся ранее кристаллов C3F3CSh41 в гидромоносульфоферрит кальция. Тонкодисперсный гель гид-роксида железа заполняет поровое пространство твердеющей системы, способствуя повышению плотности цементного камня. Образующиеся в процессе гидратации кристаллы гидросульфо-феррита кальция пронизывают гидроксидный гель, вызывая самоармирование формирующейся структуры. Самоармирующиеся композиции, как это показано В. В. Тимашевым для гидросиликатов и Т. В. Кузнецовой для гидроалюминатов, характеризуются повышенной прочностью, особенно при изгибающих нагрузках. Эта аналогия свидетельствует о возможности повышения прочности цементного камня путем введения в состав исходного вяжущего низкоосновной сульфоферритной фазы.

При гидратации C2F • CS образуется меньшее количество экранирующего Fe(OH)3, наблюдаются высокие концентрации ионов Са2+ и S04- в растворе. Это в совокупности активизирует реакцию и обусловливает устойчивый рост кристаллов железистого эттрингита, что обеспечивает возможность получения напрягающих цементов, расширяющимся компонентом которых являются высокоосновные сульфоферриты кальция.

Технология сульфоферритсодержащих цементов включает две наиболее важные стадии: получение сульфоферритного клинкера заданного состава и совместное его измельчение с порт-ландцементным клинкером и гипсом в соотношении, обеспечивающем требуемые свойства цементного камня.

В качестве сырьевых материалов при получении сульфоферритсодержащих клинкеров используются: известняк, мел или отходы различных предприятий, содержащие карбонат или гид-роксид кальция; железосодержащие материалы — пиритные огарки, колошниковая пыль и др.; серосодержащие отходы производства (фосфогипс, борогипс) или природный гипс.

Поскольку в природных и техногенных сырьевых материалах помимо основных оксидов (СаО, БегОз, SO3) содержатся различные примеси (SiC>2, MgO, AI2O3 и т. д.), минералогический состав СФ-клинкера будет представлен, наряду с сульфоферритиой фазой, силикатами кальция и другими фазами, содержащими указанные примеси. Образование этих фаз снижает содержание в составе клинкера основной фазы —сульфоферритов кальция, тем самым ухудшает качество получаемого материала, что учитывается в требованиях, предъявляемых к сырьевым материалам.Наличие в сырьевых материалах оксида кремния отрицательно влияет на качество СФ-кликера, поскольку Si02 связывает оксиды кальция и железа, а также сульфат кальция в малоактивные и инертные минералы (C2S, CS, C2FS). В присутствии CaS04 оксид кремния может образовывать сульфосиликат 2C2S • CS, который практически не обладает гидравлическими свойствами. В присутствии Si02 ускоряется разложение сульфатов, что затрудняет образование сульфоферритов кальция. В связи с этим при получении СФ-клинкеров необходимо применять материалы с возможно меньшим содержанием кремнезема. Концентрация Si02 в сырьевой смеси для получения сульфоферритного клинкера не должна превышать 11%.

Оксид алюминия не снижает качество СФ-клинкера, так как образует с оксидом и сульфатом кальция активные минералы (алюминаты и сульфоалюминаты кальция), при гидратации которых формируется дополнительное количество эттрингита. Образующиеся алюмоферриты кальция в присутствии сульфата кальция разлагаются с появлением сульфоалюмината кальция, поэтому даже при 10%-ном содержании глинозема в системе СаО — ЁегОз — CaS04 алюмоферриты кальция формируются в незначительном количестве. Поскольку в сырьевых материалах, используемых для производства сульфоферритного клинкера, оксид алюминия содержится в небольшом количестве, то общее его количество сырьевой смеси не превышает 10%.

Оксид магния, присутствующий в сырьевых материалах, при небольшом его количестве может распределяться в силикатах, алюмоферритах, ферритах кальция, что повышает активность этих минералов. Вместе с тем, при высоком содержании MgO способен связывать оксиды железа и алюминия в инертные соединения—шпинели MgO • РегОз и MgO • АЬОз, возможно также образование самостоятельной фазы — периклаза. Поэтому содержание MgO в клинкере не должно превышать 5%.

Микропримеси, содержащиеся в сырьевых материалах (оксиды Na20, K2O, ТЮ2 и др.), хотя и не образуют самостоятельных фаз, могут существенно влиять на свойства сульфоферритного клинкера. В присутствии Р2О5, Мп2Оз, ТЮг снижается вязкость расплава и ускоряются процессы минера-лообразования. Обратное явление происходит при наличии сильно основных ионов К+, Na + , Ba + . Микропримеси уменьшают температуры появления микрорасплавов, что также обеспечивает ускорение процесса минералообразования. Внедрение ионов Mn2 + , Cr3 + , Ti4+ в решетку минералов клинкера способствует повышению активности последних. Хотя влияние примесных оксидов на процесс минералообразования различное, наличие их в тех количествах, в которых они присутствуют в природных материалах, является допустимым для получения сульфоферритного клинкера.

Таким образом, для производства СФ-клинкера в качестве кальцийсодержащего компонента могут использоваться известняк, мел, гидроксид и оксид кальция; в качестве железосодержащего компонента — пиритные огарки, колошниковая пыль, железистые бокситы, красные шламы, сернокислое железо. Причем наличие в материалах двухвалентного железа ускоряет процесс минералообразования. В качестве сульфатного компонента более предпочтительно использование фосфогипса, ангидрита, двуводного гипса, но можно применять и другие сульфатные материалы. Не пригодны для производства сульфоферритные клинкера материалы с повышенным содержанием SiC>2, MgO и щелочных оксидов. В связи с этим в технологии СФ-клинкера не могут использоваться доломитизированные известняки, металлургические шлаки, глинистые материалы.

Соотношение главных составляющих (CaO, FO, CaSC4) в сырьевой смеси в значительной мере определяет фазовый состав и свойства СФ-клинкера, поэтому расчет сырьевой смеси является одним из важнейших этапов технологии. Из предложенных методов расчета составов сырьевых смесей наиболее удобным является способ расчета портландцементной смеси по значениям коэффициента насыщения и модулям. При расчете составов СФ-смесей применяются другие модульные характеристики — ферритный и сульфатный модули, последовательность вычислений сохраняется.

В зависимости от планируемого состава СФ-клинкеров изменяется температура их обжига, обеспечивающая полноту синтеза минералов и исключающая возможность разложения низкоосновных сульфоферритов кальция._При синтезе клинкеров, содержащих преимущественно C2F • CS, температура обжига составляет 1250±25 °С, а при получении низкоосновных составов —1200±25 °С. Повышение основности СФ-клинкеров обусловливает необходимость увеличения температуры обжига в указанных пределах.

Важнейшими технологическими факторами при получении сульфоферритсодержащих цементов являются: фазовый состав сульфоферритного и портландцементного клинкеров, компонентный состав и дисперсность цемента.

С повышением содержания в СФ-клинкере низкоосновного сульфоферрита кальция уменьшается расширение и самонапряжение цементного камня при увеличении его прочностных характеристик, что согласуется с особенностями процессов гидратации сульфоферритов кальция. Наибольшая прочность цементного камня при минимальной его деформации наблюдается в случае использования низкоосновного СФ-клин-кера, содержащего 3CFCS. Максимальное значение самонапряжения достигается для составов, содержащих высокоосновный сульфоферрит кальция.

Состав и свойства портландцементиого клинкера во многом определяют прочностные и деформативные свойства цементного камня. Повышение содержания C3S в пределах 55—65% и СзА в диапазоне 3—10% способствует увеличению самонапряжения и прочности системы. При низких концентрациях СзА (3—5%) даже при использовании высокоосновных СФ-клинкеров самонапряжение цементного камня не превышает 2 МПа. Увеличение концентрации трехкальциевого алюмината, вследствие образования дополнительного количества эттрингита, обусловливает увеличение расширения и самонапряжения цементного камня. Для низкоалитовых СФ-це-ментов характерно снижение прочностных показателей и самонапряжения цементного камня при увеличении его расширения.

Свойства СФ-цементов также зависят от соотношения компонентов. Повышение содержания в цементах сульфоферритного клинкера до 10—15% и гипса до 8—12% способствует росту расширения и самонапряжения, однако при этом прочность системы изменяется в зависимости от основности СФ-клинкеров. Введение 5—8 мас.% низкоосновного состава способствует увеличению прочности цементного камня на 5—10 МПа, при большем содержании наблюдается снижение его прочностных показателей. В присутствии более 3% клинкеров, содержащих C2F • CS, прочность системы уменьшается.

Сроки схватывания СФ-цементов определяются показателями портландцементной составляющей. Нормальная густота таких цементов снижается на 2—3%, а коррозионная стойкость возрастает, особенно при введении низкоосиовных сульфофер-ритов кальция, что объясняется повышением плотности цементного камня и экранирующим воздействием гидрооксида железа.

Читать далее:Кислотостойкие материалыЗубные цементыПрименение связующих в производстве огнеупорных и жаростойких бетонов и массПрименение связующих в электродно-флюсовом производствеПрименение связующих в литейном производствеЗащитно-декоративные покрытия на основе неорганических связующихСвязующие для укрепления грунтовСвязующие для безобжигового окускования руд и рудных концентратовЗоли кремнеземаСухие щелочные силикатные связки (порошки)

Области применения железа и его соединений: в строительстве, в быту

Железо как материал стало известно с 3–4 тыс. до н. э. Поначалу в поле зрения человека попало метеоритное железо, так что в те времена оно ценилось выше золота. Затем хетты освоили разработку осадочных месторождений, а римляне научились плавить чугун.

С тех пор область использования металла только расширялась. И поэтому сегодня мы поговорим о применении железа и его соединений в жизни человека: в быту, народном хозяйстве, промышленности и об использовании металла в иных сферах.

Области применения железа и его сплавов

Итак, давайте узнаем, почему железо получило наибольшее применение в металлургии.

Под железом зачастую подразумевают вовсе не вещество как таковое, а низкоуглеродистую электротехническую сталь – так называется сплав металла по ГОСТ. Действительно чистое железо получить непросто, и используется оно исключительно для производства магнитных материалов.

Железо является ферромагнетиком, то есть, намагничивается в присутствии магнитного поля. Однако это его свойство сильно зависит от примесей и структуры металла. Магнитные свойства абсолютного чистого железа в 100–200 раз превышают аналогичные показатели технической стали. То же самое можно сказать о величине зерна: чем крупнее зерно, тем лучше магнитные свойства вещества. Имеет значение и механическая обработка, хотя ее влияние и не столь впечатляющее. Только такое железо применяют для получения всех магнитных материалов для электротехники и магнитоприводов.

Во всех остальных областях народного хозяйства находит свое применение сталь и чугун, так что, говоря о применении железа, говорят об использовании стали.

Про способы применения сплавов железа расскажет видеоролик ниже:

Соединения

Все металлы, используемые в производстве, делят на цветные и черные. Черные – это сплавы железа, в частности, сталь и чугун, остальные – медные, никелевые, серебряные, относятся к цветным. Соответственно, производство, занимающееся выплавкой чугуна и стали, называется черной металлургией, а всех остальных – цветной. На долю черной металлургии приходится 95% всех металлургических процессов. Разделяются черные сплавы таким образом:

  • сталь – сплав железа с углеродом и другими ингредиентами, чья массовая доля не превышает 2,14%. Углерод придает стали пластичность и твердость. В состав могут входить также марганец, фосфор, сера и так далее;
  • чугун – сплав с углеродом, где допускается большее содержание элемента – до 4,3%. Причем чугуны отличаются по своим свойствам в зависимости от того, в каком виде сплав содержит углерод: если вещество вступило в реакцию с железом, получают белый чугун, если включено в виде графита – серый;
  • феррит – железо с минимальной примесью углерода и других элементов – 0,04%. Собственно, это и есть химически чистое железо;
  • перлит – не сплав, а механическая смесь карбида железа и феррита. Свойства его заметно отличаются от свойств металла;
  • аустенит – раствор углерода в железе с долей первого до 0,8%. Аустенит отличается пластичностью, магнитными свойствами не обладает.

Про методы применения железа в виде стали читайте ниже.

Стали

Конечно, наибольшее применение находят сталь и чугун, а их использование зависит от доли углерода в составе. По этому признаку различают углеродистые и легированные стали. В первом случае примеси носят постоянный характер, то есть, попадают в сплав из-за особенностей процесса выплавки. В легированные добавки вводят специально для придания материалу особых свойств. В качестве легирующих элементов применяют ванадий, титан, хром, никель и так далее.

Углеродистые стали разделяются на 3 группы:

  • малоуглеродистые – доля элемента менее 0,25%, наиболее ковкие и пластичные;
  • среднеуглеродистые – с долей углерода до 0,6%;
  • высокоуглеродистые – содержание элемента превышает 0,6%.

Легированные стали тоже составляют собой 3 группы:

  • низколегированные – массовая доля всех компонентов составляет 2,5%:
  • среднелегированные – здесь суммарное содержание может достигать 10%;
  • высоколегированные – доля легирующих элементов превышает 10%.

Легированные стали обычно являются материалом для инструментов и машинных узлов, так как введение дополнительных ингредиентов повышает прочность сплава, придает ему жаростойкость или коррозионную стойкость. Углеродистые, в основном, применяют для каркасных сооружений, изготовления водопровода и так далее.

Все стали можно разделить по назначению:

  • строительные – в основном это высоко- или среднеуглеродистые стали. Сплавы применяются для всех строительных работ: от сооружения металлических каркасов до изготовления предметов быта и кровельного листа;
  • конструкционные – низкоуглеродистые стали с долей элемента до 0,75%. Это материал для всех отраслей машиностроения – от велосипедов до морских судов;
  • инструментальная – низкоуглеродистая, но отличается от конструкционной еще и очень низким содержанием марганца – не более 0,4%. Это основа измерительного, штампованного, режущего инструмента;
  • специальные стали – разделяются на 2 подвида: с особыми физическими качествами – электротехническая сталь с заданными магнитными свойствами, и с особыми химическими – жаропрочная, нержавеющая и так далее.

Применение легированных сталей определяется их качествами.

  • Так, нержавеющая сталь используется в строительстве и машиностроении, где требуется более высокая, чем обычно стойкость к коррозии.
  • Жаропрочные сплавы «работают» в условиях высоких температур – турбины, магистрали отопления. Жаростойкие – не окисляются при высоких температурах, что важно для многих рабочих узлов в теплотехнике.

Еще одно разделение сплавов – по качеству. Этот параметр определяет содержание фосфора и серы – вредных примесей, которые уменьшают прочность сплава. Различают 4 вида:

  • сталь обыкновенного качества включает до 0,06% серы и 0,07% фосфора. Это обычные строительные материалы, применяемые при изготовлении труб, швеллеров, уголков, профилей и другого металлопроката;
  • качественная – допускает долю серы до 0,035% и такую же долю фосфора. Также применяется в производстве металлопроката, корпусов, деталей машин и некоторых марок инструментальной стали;
  • высококачественная – доля серы и фосфора не превышает 0,025%, соответственно. К этой категории относят инструментальные и конструкционные стали, применяемые в условиях высокой нагрузки;
  • особовысококачественная – содержание серы менее 0,015%, фосфора – менее 0,025%. Этот материал отличается максимальной стойкостью к износу. Некоторые марки выделяются в особую категорию и маркируются соответствующим образом, например, шарикоподшипниковая сталь, или быстрорежущая – незаменимый элемент качественного режущего инструмента.

О применении чугуна и стали расскажет видео ниже:

Чугун

Применение чугуна не намного меньше, поскольку его механические качества вполне сопоставимы со многими марками стали. В соответствии с категорией чугуна различается и применение:

  • серый чугун – углерод в железе находится в виде графитовых пластинок. Отличается хорошими литьевыми свойствами и малой усадкой. Но наиболее примечательное его качество – стойкость к переменным нагрузкам. Серый чугун используют при изготовлении прокатных станков, станин, подшипников, маховиков, поршневых колец, деталей тракторных и автомобильных двигателей, корпусов и так далее;
  • белый чугун – углерод связан с железом. Почти целиком используется для получения стали;
  • высокопрочный чугун – углерод находится в виде включений шаровидной формы. Такая форма обеспечивает высокую стойкость к нагрузке на растяжение и изгиб. Из чугуна изготавливают детали турбин, коленчатые валы тракторов и автомобилей, шестерни, изложницы и так далее.

Чугун также можно легировать и получать сплав с самыми разными свойствами.

  • Износостойкий чугун применяется для изготовления насосных деталей, тормозов, дисков сцепления.
  • Жаростойкий применяется при сооружении доменных, мартеновских, термических печей.
  • Жаропрочный используется при сооружении газовых печей, при изготовлении компрессорного оборудования, дизельных двигателей.

Далее рассмотрено практическое применение железа на основе его физических свойств в строительной сфере.

Использование в строительстве

Сталь и чугун уникальным образом сочетают прочность, эксплуатационную долговечность и доступную стоимость. Поэтому заменить его каким-либо другим конструкционным материалом не представляется возможным. В строительстве продукция металлопроката является базовой наряду с бетоном и кирпичом.

Капитальное строительство

Металлу можно придать любую форму: от самой простой – прут, до причудливой сложной – кованое железо. В строительстве находят применение для всех вариантов.

Кроме того, что сталь сама по себе отличается прочностью, тем более после специальной обработки, в этой области активно применяется и еще одна особенность. Дело в том, что профильные изделия из металла ничем не уступают по прочности цельной детали таких же размеров и формы. А это значительно уменьшает материалоемкость строительных элементов, уменьшает их стоимость, снижает вес и так далее. В строительстве такое сочетание исключительно важно.

Применяемый металлопрокат разделяют на 3 основные группы.

  • Фасонный – швеллеры, двутавры, угловой и обычный профиль, а также перфорированный. Сюда же относят и специальный профиль, применяемый, например, в шахтных выработках. Фасонный металлопрокат применяют при возведении всех типов каркасов для любого сооружения – от зданий до мостов и плотин. Его же используют при необходимости усилить конструкцию.
  • Сортовой – арматура, балки, трубы, круги и прочее. Эти элементы используются едва ли не чаще, чем фасонный и очень многообразны:
    • арматура – стальные прутья разного диаметра, гладкие и с ребрами. Арматура предназначена для повышения прочности здания, причем показателем является не только стойкость к стационарной нагрузке, но и повышение прочности при нагрузке на растяжение и изгиб. Арматуру используют при возведении фундамента, перекрытий, железобетонных плит, усиления стен, а также при упрочнении кирпичной кладки и других конструктивных узлов – лестниц, например;
    • трубы – причем используются и круглые, и профильные. Предпочтительнее трубы прямоугольного квадратного сечения, поскольку их сварка и крепление более проста, чем в случае круглых, а стойкость к нагрузкам такая же;
    • балка – вариант цельнолитого изделия, когда требуется прочность при самых высоких нагрузках.
  • Листовой прокат – листы горячего и холодного проката с покрытием и без. Это кровельные листы, профнастил, металлочерепица и так далее. Профнастил применяют не только для устройства кровли, но и при сооружении разнообразных ограждений, поскольку материал соединяет относительную легкость с высокой прочностью и стойкостью к перепадам температур.
В строительстве чаще используют листы с покрытием – оцинкованные, например, или с полимерным защитным слоем. Такой вариант намного долговечнее, так как не подвержен коррозии.

Нержавеющие стали для листового проката применяют редко, поскольку стоимость сплава выше.

Отделочные работы

Основой их часто выступают металлические изделия – и трубы, и профиль, и листовое железо.

  • Трубы необычных форм активно применяют в современных интерьерах. Из них сооружают спальные блоки, перекрытия и перегородки в комнате, ограждения как лестничные, так и уличные, используют даже в производстве мебели. Здесь трубы, конечно, подбирают с красивым покрытием – никель, хром, хотя встречаются и окрашенные изделия.
  • Профиль – ниши и декоративные выступы, колонны и потолки, отделка стен и каминов и прочее и прочее. Все, что обшивается и облицовывается гипсокартоном, пленкой, плиткой, вагонкой, панелями – абсолютно все имеет каркас из металлического профиля. В изготовлении мебели – шкафов-купе, например, также применяется специализированный профиль. Стальной по сравнению с алюминиевым отличается куда большей прочностью и долговечностью.
  • Металл может выступать не только каркасом, но отделочным материалом. Реечные, кассетные, панельные потолки исключительно разнообразны, интересны и долговечны. И рейки, и панели могут изготавливаться из алюминия, но если требуется долговечное и прочное решение – например, для отделки потолка железнодорожного вокзала, где требуется стойкость к вибрациям, используется, конечно же, сталь.
  • Двери – к отделочным работам уже не относятся, а выступают, скорее, элементом системы защиты. Входные двери из стали достаточной толщины являются самым популярным и надежным способом предупредить взлом жилища. То же самое можно сказать о гаражных воротах, например, или воротах во двор.
  • Лестничные конструкции – металлические лестницы очень разнообразны: от приставной или складной мансардной, до капитального сооружения на 2 этаж. Такой вариант прочен и надежен, при этом может быть очень красив. Современные модульные лестницы комбинируются со стеклом, прозрачным пластиком или даже деревом, а каменную лестницу могут украсить кованые перила.

Коммуникации

Несмотря на то что стальной трубопровод активно вытесняет пластиковые и металлопластиковые, до полной сдачи позиций еще чрезвычайно далеко. Причина проста: с прочностью и стойкостью стали мало что сравнится.

  • Водопровод и канализация – если для обслуживания частного дома или квартиры можно подключать пластиковые изделия, то о магистрали и даже трубопроводе, обслуживающем многоквартирный дом этого сказать нельзя. Допускаются только железные трубы, причем соответствующие твердо установленным стандартам.
  • Газопровод – вариантов нет, используется только сталь.
  • Системы отопления – в здании система может включать пластиковые трубы. Городские и районные магистрали, не говоря уже о трубопроводе, непосредственно обслуживающем котельную, могут быть только железными. Начальная температура нагретой воды намного выше той, которую может выдержать пластиковые водоводы, не говоря уж о давлении.
  • Батареи и радиаторы, как правило, тоже используются железные или чугунные – у чугуна выше теплоемкость и стойкость к гидроударам. Какими бы современными вариантами отопители не заменялись, сталь в конструкции все равно наличествует. Электрические радиаторы – конвекторные, масляные, всегда изготавливаются из стали, поскольку последняя, обладая высокой теплопроводностью, моментально отдает тепло воздуху.
  • Кабели – проводку в доме чаще всего прячут в пластиковые короба. Однако силовые кабели с большим сечением защищаются металлическими трубами.
  • Дымоходы – стальные трубы являются вариантом самым простым, доступным и легким. Для их изготовления применяют специальную жаростойкую сталь, причем устойчивую к коррозии.

Оборудование и предметы быта

Любая техника, устанавливаемая в доме, производится из стали.

  • Отопительные котлы – на каком бы топливе аппараты не работали, корпуса их всегда изготавливаются из стали. В твердотопливных печах есть чугунные детали.
  • Кухонное оборудование – плиты, духовки, микроволновки, пароварки и так далее имеют стальные корпуса и детали. На кухне сталь является и востребованным отделочным материалом: рабочие столешницы, например, отделка фартука. Сталь – материал очень декоративный и лишь кажется простым.
  • Стиральные машины, сушилки и посудомойки также не обходятся без железа.
  • Сантехника из стали применяется редко – из-за высокой теплопроводности, а вот чугунные ванны и умывальники устанавливают до сих пор. Материал лучше хранит тепло и очень долговечен.
  • Посуда и столовые приборы, подставки и вазы, держатели и фурнитура, электрооборудование и мелкие аксессуары – места, где железо не используется, на пальцах можно пересчитать.
  • Кованое железо – декоративные предметы такого рода являются настоящим произведением искусства, особенно когда речь идет о горячей ковке, при которой каждое изделие, каждая деталь изготавливается вручную и только один раз. Кованые решетки, перила, камины, ограждения украшают дворцы и современные павильоны, и, конечно, жилые квартиры.

Железо – главный конструкционный материал. В строительстве сталь и чугун являются базовыми материалами наряду со строительным камнем. Применение и разнообразие сплавов не поддается описанию.

Еще больше полезной информации по вопросу применения железа содержится в этом видео:

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями в социальных сетях:

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

И подписывайтесь на обновления сайта в Контакте, Одноклассниках, Facebook, Google Plus или Twitter.

stroyres.net

Все о цементе от компании «АЛЬФА-СПК»

Цемент – связующее вещество при производстве бетонного раствора и других строительных смесей.

Многие люди путают понятия цемента и бетона.

Цемент это мелкий серый порошок, применяемый для производства бетона. Он также является компонентом раствора, который каменщики используют при укладке кирпича и камня, так же он входит в состав того цемента, материалы которого используются при строительстве дамб, мощения дорог, укладки водоемов и т.д.  

Производство цемента.

Процесс производства цемента начинается в известняковом карьере. Известняк расположенный близко к поверхности, имеет высокое содержание минералов, таких как: окись алюминия, кремний и железо, чем глубже известняк, тем он чище, в нем содержится меньше минералов и больше углекислого кальция. На заводах по производству цемента используют оба типа породы, что бы меняя пропорции, делать разные марки цемента.

Работники бурят отверстие в стене и закладывают в него мощное взрывчатое вещество. Для безопасности они отходят за пределы взрывной зоны, на расстояние более 50 метров. После произведенного взрыва, подъезжают автомобильные погрузчики, которые  загружают известняковую породу в грузовые самосвалы, отвозя руду на ближайшей завод по производству цемента.

Прибывшие на завод машины выгружают породу в первичную дробилку, которая  разбивает большие куски породы, на более мелкие кусочки. В такой дробилке постоянно разбрызгивается вода, для того, что бы, пыль не поднималась и не оседала и на желоб. Оттуда раздробленные камни по конвейеру поступают во вторичную дробилку. В ней они еще больше дробятся, уменьшаясь в размерах. Камни с высоким и низким содержанием углекислого кальция дробятся отдельно.

Далее наступает время перемешивания камней, соотношение которых, зависит от марки производимого цемента. Специальный перегружатель формирует кучки в необходимых пропорциях. Затем погрузчик загружает эту смесь в шлифовальную машину - вальцовую мельницу. В зависимости от минералов уже изначально имеющихся в пере дробленой породе на заводе еще добавляют такие минералы как кремний и железо. Для некоторых марок цемента нужна окись алюминия. Роллер равномерно смешивает и размельчает ингредиенты, образуя сухой порошок из камня, называемы каменной мукой. Далее этот порошок идет в подогреватель. На входе температура порошка 80 градусов Цельсия, за 40 секунд она достигает 800 градусов. Начинается процесс соединения минералов и превращения их в материал, затвердевающий при добавлении воды. В подогревателе имеется мгновенный кольценатор. Примерно через 5 секунд с помощью химической реакции он убирает из порошка 95% двуокиси углерода. Отделяется известь, которая является наиважнейшим элементом цемента. Оттуда порок направляется во вращающуюся печь – огромную цилиндрическую топку. Она установлена под углом, позволяющим порошку перемещаться сверху вниз на расстоянии 49 метров. Печь вращается со скоростью два оборота в минуту, чтобы материал двигался с нужной скоростью. Газовое пламя на дне топки нагревается до огромной температуры – 1700 градусов Цельсия. Когда температура порошка достигает 1500 градусов, он сплавляется в куски размером со стеклянные шарики – они называются клинкерами. При выходе клинкера из обжиговой печи, он охлаждается большими вентиляторами до 60-80 градусов Цельсия. Важно быстро остудить его, чтобы получить качественный цемент. Отсюда клинкер попадает в накопитель.

Последняя ступень производства цемента называется окончательным дроблением. В клинкер добавляется немного гипса. Точное количество зависит от марки производимого цемента. Гипс, замедляет время застывания цемента, поэтому до затвердения с ним можно работать около двух часов. Цементные дробилки или шаровые мельницы, называются так из-за находящихся в них металлических шариков. В самых крупных дробилках их около 150 тонн. При вращении дробилки, шары разбивают и измельчают клинкер и гипс до мелкого порошка. После всех произведенных процессов, получается готовый к применению цемент.

Доставка цемента осуществляется при помощи автомобилей-цементовозов (цементовозный прицеп) или железнодорожными платформами (вагон-цистерна) для перевозки цемента. Это позволяет сберечь от внешних воздействий качество и свойства цемента, а так же транспортировать его на большие расстояния.

Цена и стоимость цемента определяется исходя из нескольких составляющих. Во-первых, она зависит от марки или класса цемента, которые обозначают предел прочности на сжатие (простыми словами – прочность при сжатии). Чем выше марка или класс, тем выше прочность готового изделия. Во-вторых, цена так же зависит от сезона – в зимний период цена выше, так как производство цемента более энергозатратно. Так же зимой необходимо повышать морозостойкость цемента путем введения различных добавок, которые, несомненно, повлияют на стоимость продукции. И, в-третьих, цена зависит от конъюнктуры рынка – удаленности завода-производителя, сезонности, специфики региона, уровня его развития и прочих факторов.

alfaspk.ru


Смотрите также