Получение смешанного цемента на основе малоэнергоемкого клинкера шахтных печей

Открытая пористость полученных образцов менялась в пределах 0,26-2,5 %. Оптимизация цирконийсодержащих составов проводилась с учетом комплекса основных свойств: природы кристаллических фаз, значений физико-химических свойств, а также температур деформации под собственным весом. Оптимальными оказались составы с содержанием ZrO2 15 - 20 %.

Таким образом, применение золь-гель метода позволяет значительно снизить температуру образования кристаллических фаз. Разработанные материалы могут быть использованы в качестве матрицы для керамоматричных композитов.

Список литературы

1. Westwood, M.E. Oxidation Protection of Ceramic Composites with Carbon Fibre Rein-forsment / M.E. Westwood, F.H. Hayes, R.J. Day, R.Taylor // J. Mater. Sci. - 1996. - V. 31.

- 1389 - Р.1397

2. Warrier, K.G. Densification and Mechanical Properties of Mullite-SiC Nanocomposites Synthesized Through Sol-gel Coated Precursors/ Warrier K.G., Kumar G.M., Ananthakumar S. // Bull. Mater. Sci. - 2001. - V. 24. - № 2. - 191 - Р. 195

3. Ferrasis, M. Cordierite-mullite Coating for SiC/SiC Composites/ Ferrasis M., Salvo M., Smeacetto F. // J. Eur. Ceram. Soc. - 2002. - V. 22. - № 13. - 2343 - Р. 2347

4 Webster, J. D. Oxidation Protection Coatings for C/SiC Based on Yttrium Silicate/ J. D. Webster, M. E. Westwood, F. H. Hayes a.o.// J. Eur. Ceram. Soc. - 1998. - V. 18. - 2345 - Р. 2350 5. Шека, И.А. Химия гафния/ И. А. Шека, К.Ф. Карлышева. - Киев: Наука думка - 1972.

- 455 с.

УДК 666.940

Н.Н. Мажарин

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Белгород, Россия

ПОЛУЧЕНИЕ СМЕШАННОГО ЦЕМЕНТА НА ОСНОВЕ МАЛОЭНЕРГОЕМКОГО КЛИНКЕРА ШАХТНЫХ ПЕЧЕЙ

In the article was shown the possibility of production of high-grade cement at the JSC Podgorensky cement on the base of mixture of clinker of shaft and rotary kilns.

В статье показана возможность получения высококачественного цемента на ОАО «Подгоренский цементник» путем смешения 40-60% клинкера шахтных печей с 60-40% клинкера вращающихся печей.

В настоящее время в результате роста темпов строительства в России возникает проблема дефицита цемента. В связи с этим задачи, направленные на увеличение его производства и обеспечения высокого качества с пониженными энергозатратами, являются весьма актуальными. Одним из способов рационального решения проблемы является нахождение способа повышения качества цемента при использовании малоактивного клинкера шахтных печей.

Шахтные печи, работающие на ОАО «Подгоренский цементник», потребляют на 25-30% меньше тепла, чем вращающиеся печи мокрого способа производства. Однако цемент, полученный из такого клинкера, обладает пониженной прочностью. Получение высококачественного цемента, согласно работам [1, 2], возможно при совместном использовании 2-х клинкеров с различными свойствами. В связи с этим целью исследова-

ний является разработка эффективных способов повышения качества цемента с использованием малоэнергоёмкого клинкера шахтных печей. Одним из вариантов решения данной задачи может быть получение смешанного цемента с использованием высокоактивного клинкера.

Для решения поставленных задач были приготовлены смешанные цементы из клинкеров шахтных и вращающихся печей (измельченных раздельно) в определенных соотношениях и изучались их физико-механические свойства. Проведенные ранее исследования дали положительный результат [3], и для подтверждения этих данных были проведены повторные испытания с использованием клинкеров вращающихся печей различных заводов (№1 - Мальцовского, №2 - Пикалевский).

Табл. 1. Характеристика цементного клинкера

Печи КН п Р Содержание, %

СаО СзБ С2Б С3А С4АБ

Шахтные 0,875 2,39 2,25 2,52 54,2 20 11,7 8

Вращающиеся №1 0,91 2,31 1,31 0,56 62 15 7 12

№2 0,91 2,67 1,24 0,82 63 15 6 11

Клинкера в основном отличаются содержанием минералов-плавней: у клинкера шахтных печей меньше - C4AF, но больше - С3Л (табл. 1). Кроме того, вследствие особенностей процесса обжига по «черному брикету» и возникающих локальных областей недожога, в нём содержится повышенное количество неусвоенной извести, и, следовательно, понижается КН клинкера. Результаты химического анализа подтверждаются рентгенофазовым анализом (рис.1).

Табл. 2. Размалывающая способность клинкера

Печи Время помола, мин Удельная поверхность, м2/кг Остаток на сите № 008,%

Шахтные 17 300±10 13

Вращающиеся №1 35 300±10 7

№2 30 300±10 10

По гранулометрическому составу клинкера шахтных и вращающихся печей практически не отличаются. Существенное различие между ними заключается в форме гранул. Так, у клинкера вращающихся печей гранулы имеют окатанную форму размером 5-20 мм. Клинкер шахтных печей имеет форму полуразрушенных цилиндров (брикетов), размер гранул составляет 5-40мм.

Клинкера имеют различную размолоспособность (табл. 2). Удельная поверхность цементов, равная 300±10 м /кг, достигается при помоле клинкера вращающейся печи ОАО «Мальцовский портландцемент» - за 35 минут, ЗАО «Пикалевский цемент» - за 30 минут, а шахтной печи - за 17 минут. При этом остаток на сите 008 составляет соответственно 7, 10 и 13%. Это связано с тем, что в результате особенностей обжига клинкер шахтных печей обладает повышенной пористостью, и поэтому размалывается легче.

Гранулометрический состав исследуемых цементов определялся на лазерном анализаторе частиц. Характерной особенностью цементов является различный грансостав, хотя условия помола были одинаковы (рис.2). Так, в цементе из клинкера шахтных печей количество частиц размером до 5 мкм составляет 26%, а в цементах из клинкеров

вращающихся печей №1 и №2 - 17,5 и 19%. Также наблюдаются различия в содержании частиц цемента размером 10-80 мкм.

Для изучения прочностных свойств смешанных цементов в возрасте 1, 2, 3, 7 и 28 суток были изготовлены образцы с размером ребра 1,41 см, при нормальной густоте цементного теста НГ = 27%.

Рис. 1. Рентгенограмма клинкера Рис. 2. Гранулометрический состав цементов

шахтных (1) и вращающихся (2) из клинкеров шахтных (1) и вращающихся

печей. (2,1 и 2,2) печей.

Результаты испытаний прочности цементов на основе клинкеров шахтной и вращающихся печей №1 приведены на рис. 3. Полученные данные свидетельствуют о возможности получения цемента высокого качества из клинкера шахтных печей, пониженной активности, равной 38 МПа. При вводе его от 20 до 60% после 2-х суток твердения образцы из полученных цементов равномерно набирают прочность, практически сравнимую с активностью клинкера вращающихся печей. К 28-ми суткам твердения прочность цемента с содержанием 20.. .60% клинкера шахтных печей значительно возрастает и даже на 10,5.13,5 МПа выше активности клинкера вращающихся печей. Практически такие же результаты получаются при испытании цементов на основе клинкера шахтных и вращающихся печей №2 (рис. 4). Образцы интенсивно набирают прочность в первые двое суток, далее гидратация цемента немного тормозится, но уже к 7-ми суткам твердения наблюдается значительный прирост прочности. К 28-ми суткам твердения наибольшую прочность показывают образцы с содержанием клинкера шахтных печей 40-50%. Наивысшую прочность, равную 70 МПа, показал цемент, содержащий 40% клинкера шахтных печей, что на 3,5 МПа больше, чем прочность цемента из клинкера вращающихся печей №2.

Высокая прочность цементов, при вводе 40-50% клинкера шахтных печей обеспечивается за счет оптимального соотношения клинкерных минералов С3А и С3Б, обеспечивающего увеличение скорости гидратации, прирост прочности в ранние сроки твердения и повышение прочности к 28-ми суткам твердения соответственно.

На повышение прочности цементов влияет их гранулометрический состав, а именно наличие частиц размером до 5 мкм, которые гидратируют быстрее в ранние сроки твердения. В цементах с содержанием 40-60% клинкера шахтных печей количество частиц размером до 5 мкм равно 20-23%.

Также повышение прочности можно объяснить и различной микроструктурой клинкеров. Зерна алита и белита в клинкере шахтных печей, имея мелкую нечеткую кристаллизацию, начинают гидратировать быстрее и активируют гидратацию более крупных кристаллов клинкера вращающихся печей.

Рис. 3. Влияние содержания клинкера шахтных печей на прочностные свойства цемента при использовании клинкера вращающейся печи №1.

Рис. 4. Влияние содержания клинкера шахтных печей на прочностные свойства цемента при использовании клинкера вращающейся печи №2.

Выводы: 1. Клинкер шахтных печей вследствие особенностей процесса обжига по «черному брикету» имеет повышенную пористость и, следовательно, обладает высокой размолоспособностью, в сравнении с мокрым способом, расходует на обжиг на 25-30% меньше топлива, однако обладает пониженной активностью. 2. Наличие в цементе частиц размером до 5 мкм в количестве 20-25% обеспечивает быстрый набор прочности в ранние сроки твердения. 3. Прочностные свойства смешанного цемента при соотношении клинкеров шахтных и вращающихся печей, равном 40:60, достигают максимального значения и могут превосходить активность клинкера вращающихся печей на 13,5 МПа. 4. Внедрение результатов исследований на ОАО «Подгоренский цементник» позволило обеспечить выпуск цемента марки 500.

Список литературы

1. Борисов, И.Н. Получение высокоактивного смешанного цемента с использованием белитового клинкера / И.Н. Борисов, А.Н. Классен, В.Ф. Гусев // Тезисы докладов Международной конференции «Ресурсо- и энергосбережение технологии строительных материалов, изделий и конструкций». - Белгород, 1995. - Ч.1.- С. 14-15.

2. Журавлев, П.В. Синтез низкоосновного малоэнергоемкого клинкера с использованием шлаков и получение высококачественного смешанного цемента / П.В. Журавлев // Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., Белгород, 1999.

3. Мажарин, Н.Н. Способы повышения качества цемента при использовании малоэнергоемкого клинкера шахтных печей / Н.Н. Мажарин, В.К. Классен // Международная научно-практическая конференция «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии», Белгород, 2007. - Ч. 2. - С. 176-179.