Строительное материаловедение

    Так, піщані домішки, представлені в основному |3-кварцом, піддаються модифікаційним перетворенням: при температурі 575°С |3-кварц переходить у а-кварц, який при 1050°С трансформується у а-кристобаліт. Ці процеси супроводжуються збільшенням об'єму, величина якого зростає з підвищенням температури.

    При наступному охолодженні новоутворені модифікації кварцу переходять у р- форму також зі зміною об'єму, що може викликати розтріскування черепка. Крім того, при охолодженні відбувається перехід матеріалу з піро- пластичного стану до твердого і спостерігається деякий перепад температур в об'ємі виробу. Тому при випалюванні і наступному охолодженні (особливо в інтервалах 800...780°С, 650...500°С, 300...200°С) необхідно зменшувати швидкість зниження температури для локалізації напружень, що виникають внаслідок модифікаційних перетворень кварцу і переходу матеріалу в каменеподіб- ний стан.

    Карбонатні  домішки (СаС0₃, MgC0₃) при 700...800°С починають розкладатись з виділенням С0₂. Цей процес закінчується при 950...1000°С і супроводжується збільшенням пористості виробів. Оксиди CaO, MgO, що утворюються при цьому, взаємодіють з іншими складовими глинистої сировини, утворюючи легкоплавкі стекла, які знижують інтервал спікання, погіршують умови випалювання і можуть викликати деформацію виробів.

    Залізисті домішки при випалюванні в окиснювальному середовищі істотно не впливають на якість виробів, а у відновлювальному — оксид феруму Fe20₃ відновлюється до FeO, утворюючи легкоплавкі залізисті стекла, які сприяють ущільненню керамічного черепка.

    Відновлювальне  газове середовище розширює температурний  інтервал спікання та сприяє зниженню температури спікання виробів на Ю0...150°С, не викликаючи розвитку деформацій усадки. Тому для одержання якісних  виробів з високою міцністю й морозостійкістю рекомендується випалювання виконувати за комбінованим режимом: при низьких температурах (до 500...600°С) — в окиснювальному середовищі, при високих (600...900°С) - у відновлювальному, а в зоні витримки при максимальній температурі — знову в окиснювальному середовищі.

    Процес  випалювання поділяють умовно на три етапи: нагрівання до максимальної температури, ізотермічна витримка та охолодження. Режим випалювання для кожного температурного інтервалу й виду виробів визначають роз- рахунково-експериментальним методом.

    Для випалювання керамічних виробів  використовують спеціальні печі: кільцеві, тунельні, щілинні, роликові тощо. За принципом дії печі можуть бути неперервної та періодичної дії. У печах періодичної дії (кільцевих) процес випалювання відбувається періодично: випалювальну камеру завантажують сирцем, підігрівають, потім випалюють сирець, охолоджують і вивантажують готові вироби. Такі печі використовують тільки на невеликих підприємствах для виготовлення малотиражних або унікальних виробів, хімічно стійкої апаратури тощо. У цих печах палива витрачається у 2...З рази більше, ніж у печах постійної дії, де всі процеси випалювання відбуваються одночасно, не припиняючись у період завантаження й розвантаження.

    Найбільшого поширення набули тунельні печі безперервної дії, в яких зона випалювання нерухома, а відформовані вироби пересуваються на вагонетках, стрічкових або роликових конвеєрах назустріч теплоносію. Тунельні печі бувають одно- і багатоканальними, щілинними. Нагрівання виробів може відбуватися безпосередньо відкритим полум'ям, за допомогою екранів—муфелів або електричним струмом.

    Тунельна  піч має три зони: підігрівання, випалювання та охолодження. Режим  випалювання в тунельних печах  призначають залежно від виду, форми, розмірів виробів і виду теплоносія.

    Використання  тунельної печі дає змогу механізувати та автоматизувати процес випалювання, забезпечує кращі санітарно-гігієнічні умови праці та вищу продуктивність порівняно з кільцевими печами.

   Для виготовлення керамічних виробів з малочутливої до сушіння глинистої сировини краще застосовувати теплові установки, в яких відбувається сушіння і випалювання в одному агрегаті. Це дозволяє знизити трудові витрати на 35%, витрати палива на 20...25%, собівартість виробів на 25...30%, повністю автоматизувати виробництво.

 4. ДАТИ ПОРІВНЯЛЬНУ ОЦІНКУ ВЛАСТИВОСТЕЙ І ВИКОРИСТАННЯ ПУЦОЛАНОВОГО І ЗВИЧАЙНОГО ПОРТЛАНДЦЕМЕНТІВ.

   Портландцемент - гідравлічна в'яжуча речовина, яку виготовляють спільним тонким подрібненням клінкеру з гіпсом або іншими добавками.

   Перший  патент на спосіб виробництва штучного каменю під назвою портландський  цемент було отримано у 1824 році Джозефом Аспдіном. За минулі роки поліпшилась якість портландцементу, його середня міцність виросла майже у 10 разів, що є результатом не тільки модернізації технології, але й зміни складу шихти для отримання клінкеру. У практиці світового будівництва портландцемент є головним матеріалом для виробництва бетону, залізобетону та будівельних розчинів. Світове виробництво цементу перевищує 1,5 млрд.т і за обережними оцінками у 2005 р. досягне приблизно 1,8 млрд.т.

   Портландцементний клінкер отримують випалюванням до спікання (при температурі приблизно 1450°С) сировинної суміші певного складу, що забезпечує синтез переважно високоосновних силікатів кальцію. Гіпс до складу портландцементу вводять для регулювання строків тужавлення й підвищення міцності

   Сировиною для виготовлення портландцементного клінкеру можуть бути карбонатні породи (приблизно 75%) в суміші з алюмосилікатними речовинами (25%). Як карбонатні породи використовують вапняки, крейду, вапняки-чере- пашники, вапнякові туфи, а як алюмосилікатний компонент — глини, але при відповідному економічному обґрунтуванні можна застосовувати суглинки, леси, аргіліти та глинисті сланці. Також як сировину використовують природні суміші вапняків із глинами - мергелі.

До найпоширеніших побічних продуктів, придатних для  виробництва портландцементного клінкеру, відносять доменні гранульовані шлаки, які завдяки хімічному складу (Si0₂ - 38...40%, СаО - 43...44%, А1₂0₃ - 5... 14%) іноді використовуються замість частини глинистого або карбонатного компонентів.

З метою  коригування складу шихти також  застосовують електротермофос- форні  шлаки, паливні золи, відходи вуглезбагачення та різні шлами, в тому числі нефеліновий (белітовий), монокальцієвий і червоний.

    Пуцоланові  цементи одержують спільним помелом клінкеру, двоводного гіпсу (3...5%) та активної мінеральної добавки (21...55%).

    Активними мінеральними добавками називають  природні або штучні силікатні матеріали, які в тонкоподрібненому вигляді під час замішування з водою самостійно не тверднуть, але під час гідратації цементу здатні зв'язувати гідроксид кальцію у практично нерозчинні гідросилікати кальцію, що істотно підвищує стійкість цементу до корозії, пов'язаної з вилуговуванням Са(ОН)₂.

    Природні  добавки представлені породами осадового та вулканічного походження. До добавок вулканічного походження (відомих як пуцолани) належать вулканічний попіл, вулканічний туф, трас, пемза, які за мінералогічним складом представлені скловидною фазою з кристалічними включеннями.

    Добавки штучного походження представлені кислими золами і паливними шлаками. Паливні золи і шлаки є мінеральними відходами спалювання кам'яного і бурого вугілля, сланців, торфу, що переважно представлені склокристалічними фазами алюмосилікатного складу.

    Шлаки — це спечені відходи з розміром зерен понад 0,3...0,5 мм. Дисперсні матеріали з частинками, меншими за 0,3 мм, називають золами. Зола-винесення утворюється під час спалювання пиловидного палива й уловлюється електрофільтрами. Вона відрізняється високою дисперсністю і може бути застосована без додаткового помелу.

    Процес  виробництва пуцоланового портландцементу  складається із сушіння мінеральної добавки і дозування її в млини для спільного помелу з портландцементом.

    Твердіння пуцоланового цементу відбувається внаслідок процесів гідратації мінералів  цементного клінкеру і взаємодії  новоутворень з активними компонентами добавок. Склад новоутворень залежить від виду використаної пуцоланової добавки: замість високоосновних гідросилікатів типу C₂SH₂ утворюються низькоосновні типу CSH (І), а також синтезуються гідроалюмінати кальцію (C₄AH]3-C₂AHg), гідрогеленіт (C₂ASH₈) або гідрогранати (при обробці гарячою парою).

    Пуцоланові  цементи випускають марок МЗОО і  М400. Істинна густина цих цементів нижча за густину звичайного портландцементу  і становить 2,7...2,9 г/см³ (залежно від виду добавки).

    Водопотреба пуцоланових цементів з добавками  осадового походження значно вища (до 35%), а портландцементів з добавками вулканічного походження мало відрізняється від водопотреби звичайних портландцементів.

    Пуцолановий портландцемент характеризується меншим тепловиділенням, ніж звичайний, тому його використовують при масивному, в тому числі гідротехнічному, бетонуванні.

    Для отримання сульфатостійкого пуцоланового портландцементу в складі клінкеру обмежують кількість С₃А (не більше 8%). Випускають сульфатостійкі пуцоланові портландцементи марок МЗОО та М400.

    До  негативних властивостей пуцоланових портландцементів належать їх відносно низькі морозостійкість та стійкість в умовах навперемінного зволожування і висушування. Пуцоланові цементи з добавками осадового походження відрізняються низькою повітростійкістю.

    Пуцолановий портландцемент рекомендується застосовувати для бетонних і залізобетонних конструкцій, підводних і підземних частин споруд, особливо якщо потрібна підвищена стійкість проти дії м'яких і сульфатних вод, а також водонепроникність. Краще використовувати пуцолановий портландцемент для наземних конструкцій, що перебувають в умовах підвищеної вологості, але не зазнають частого заморожування.

Не рекомендується застосовувати пуцолановий портландцемент у районах із сухим кліматом, при  спорудженні об'єктів, що підлягають систематичному заморожуванню і відтаванню, зволоженню і висушуванню, а також використовувати при температурах нижче 10°С без штучного обігрівання. 
 

СПИСОК  ЛІТЕРАТУРИ 

Волженский  А.В., Ферронская А.В. Гипсовьіе вяжущие  и изделия. - М.: Стройиздат, 1974. - 200 с.

Венюа М. Цементьі и бетоньї в строительстве. - М.: Стройиздат, 1980. — 415 с.

Волженский  А.В. Минеральньїе вяжущие вещества. — М.: Вьісш. шк., 1986.— 386 с.

Рояк  С.М., Рояк Г.С. Специальньїе цементи. - М.: 1993. - 411 с.

Теория  цемента /Под ред А.А. Пащенко - К.: Будівельник, 1991. - 168 с.

Вяжущие и композиционньїе матеральї  контактного твердения / В.Д. Глухов- ский, Р.Ф. Рунова, С.Е. Максунов. - К.: Вища пік., 1991. - 243 с.

Кривенко  П.В. Специальньїе шлакощелочньїе цементн. - К.: Будівельник, 1992. - 192 с.

Lu P. Yong I.F. Slag-Portland Cement Based DSP Paste. J. Am. Ceram. Soc., vol. 76, ¹5, 1993. - S. 1329 -1334.

Пащенко О.О., Сербін В.П., Старчевська О.О. В'яжучі  матеріали. - К.: Вища шк., 1995. - 416 с.

29, 1995. - S.127 -135.

Тейлор Х.Ф.У. Химия цемента. - M., 1998. - 600 с.

ШубинВ.И., Юдович Б.З., Дмитриев A.M., Зубехин C.A. Новьіе и перспек- тивньїе видьі цементов для строительного комплекса //Цемент и его приме- нение. - 2001, июль-август. - С.13 - 21.

УфимцевВ.М., Пьячев В.А. Производство вяжущих вчера, сегодня, завтра //Цемент и его применение, 2001, январь-февраль. - С.15 - 17.