«Байланыстырғыш заттар» пәні бойынша практикалық(семинар) сабақтарға арналған

1.Портландцемент өндірісіне қажетті шикізаттар

2. Портландцементтің құрылыстағы орны

Портландцементті клинкерді өндіруде шикізат ретінде әктасты тау жынысын, бал-шықты, сондай-ақ балшық пен әктастың (мергельдің) табиғи араласын пайдаланады. Әктастар, балшықтар, мергельдер — шөгінді тау жыныстары, олардың химиялық құрамы мен физи-калық қасиеттері әр түрлі болады.

Соңғы кездерде портландцемент өндірісінде балшықтың қолдануын шектеу мақсатымен, қышқыл мен негізгі домналы және фосфор шлактарын, олармен қатар глинозем өндірісінің нефелинді қалдықтарын қолдана бастады.

Балшық тез ылғалданатын және суда жүмсап кететін алю-мосиликаттар мен кварцтардың өте үсақ бөлшектерінен пайда болған.

Кальцийдің карбонаты табиғатта әктас, бор, әктасты туф, үлутасты жөне мөрмәр түрінде кездеседі. Мәрмәрдан басқа кар-бонатты тау жыныстарының барлығы портландцемент өндірісінде негізгі шикізат ретінде қолданылады.

Мергельдер өр түрлі қатынастағы балшық сияқты заттар мен кальцийлі карбонаттың өте майда бөлшектерінен түрады. Шамамен 65% СаС03 мен 25% балшықтан түратын мергель-дер, портландцемент өндірісіне керекті өте қүнды шикізат деп саналады. Мұндай мергельдер химиялық құрамдары жағынан тіпті ешқандай түзетулерді талап етпейді, оны қолданған жағ-дайда портландцементті өндіру технологиясы елеулі түрде жақ-сарады.

Клинкер өндірілетін шикізаттың химиялық құрамын түрақ-тандыру үшін, түзеткіш кремнеземді қоспаларды (трепел, опо-ка, диатомит), қүрамында темірі бар заттарды (күкіртті түқыл) қосады.

Шикізатты күйдіру үшін қатты, сүйық және газды отындар-ды қолданады. Салыстыра келгенде сұйық отын мен газ өте тиімді деп саналады, себебі олар жану кезінде күл пайда бол-майды, оның үстіне алынған клинкердің сапасы түрақты. Қатты отынды пайдалануда бөлінген күл клинкердің құрамын өзгертеді, сондықтан шикізаттық қоспаны есептеу кезінде, күлдің химиялық қүрамы мен оның бастапқы шикізатқа оты-рып араласатынын ескерген жөн.

Портландцемент өндірісінің технологиясы негізгі екі - өз- ; өзімен жүретін процестердің қортындысы бойынша бағала-нады:

— клинкерді күйдіру сапасына (портландцементтің жарты-лай фабрикаты);

— алынған портландцементтің үнтақтығымен сипатталатын клинкер мен қоспаны бірге диірменге тарту сапасы.

Клинкерді күйдіру - портландцемент өндірісіне жүмсалатын барлық қаражаттың 70—80% шығындайтын ең күрделі про-цесс.

Портландцемент өндірісі мына негізгі технологиялық кезеңдерден түрады:

— әктас пен балшықты қазып өндіру және жеткізу;

— шикізаттар мен отынды дайындау;

— шикізатты күйдіру;

— клинкерді қоспасымен бірге диірменге тарту;

— портландцементті қоймада сақтау.

Портландцементті өндірудің басты екі әдісі бар — кебу және ылғалды.

Кебу өдісінде шикізатты шихта күйінде, кебу үнтақтаған соң ғана күйдіреді. Кебу әдістің экономикалық көрсеткіштері әлдеқайда жақсы.

Кебу әдісімен цементті өндіру Жапонияда, Германияда және Италияда дамыған.

Ылғалды ; әдісте, шикізаттарды сумен араластырып, шлам пайда болғанша үнтақтайды, содан соң күйдіреді. Кебу әдісінің көптеген ; жетістіктеріне қарамастан, қазіргі уақытта Қазақстанда, басқа бірқатар елдерде, мәселен, Ресей, АҚШ-та ылғалды әдісті кеңінен қолданады.

Шикізаттарды таспалы транспортерлермен тасымалдайды (егер қазба орны 1 км ал кейде 5-8 км дейінгі қашықтықта орналасса). Шикізатты тасымалдауға дайын жол болмаған жағдайда, аспалы сымды қанатты жолдарды қолданады. Шикізатты дайындауға жүмсалатын жалпы қаражаттың 50—60% шикізатты тасымалдауға шығындалады.

Әктастың ірі кесектері өлшемдері 100-200 мм дейінгі шекте , жақты үсақтағышта, екінші рет өлшемдері 10-30 мм шектегі балғалы және конусты үсақтағыштарда майдаланады. Ең соңғы кезеңде әктасты балшықпен, түзеткіш қоспалармен бірге шарлы диірмендерде үнтақтайды.

Әктасты, балшыкты, қоспаны сулы ортада бірге майдалау меншікті қыры үлкен шлам алуды елеулі түрде жеңілдетеді. Шлам дегеніміздің өзі - ылғалдығы 40% жететін суспензия. Шламдағы СаО, Sі02, А1203 Ғе203 мөлшері рентгенспектрометрмен түрақты бақыланады. Бір тонна портландцемент үшін 2,5-3,0 т шикізатты үнтақтауға тура келеді. Цемент өндірісіндегі жүмсалған жалпы электр энергиясының 60-80% үнтақтау процесіне шығындалады.

Шикізатты дайындау әдісіне байланыссыз (ылғалды немесе қүрғақ), оны ішкі қырлары отқа төзімді футеровкамен төселген айналмалы пештерде күйдіреді, қазіргі пештердің тәуліктік қуаттылығы 400-ден 1800 т дейін.

Айналмалы пештің үзындығы 185 м, диаметрі 5 м дейін. Пештің айналу жылдамдығы 0,5-тен - 1 айналым/мин дейін. Пештің көлбеулігі күйдірілетін клинкердің қозғалып бір бағытта қозғалуын қамтамасыз етеді. Күйдірілетін зат отқа қарсы қозғалады. Жоғарғы температу-раның әсерінен сүйық шлам біртіндеп кебеді, карбонизация-сызданады және жартылай балқиды. Сүйық балқымада (~1450°С) клинкердің пайда болуына қажетті физика-химия-лық реакциялар жүреді.

Цементті клинкердің салқыңдайтын аймағында, сүйық балқыма өлшемдері 20-30 мм берік тас түйіршіктеріне айналады.

Шлам суспензиясы пешке түскенде, жағылған отыннан бөлінген ыстық газдардың әсеріне кенеттен тап болады (бірінші аймақ - кептіру аймағы).

Шламдағы су шапшаң түрде булана бастайды. Мүндай жағдай да органикалық қоспалар күйіп кетеді. Химиялық қосылған суды жоғалтудың салдарынан балшық өзінің түтқырлығынан айырылады және шлам кебу үнтаққа айналады.
Практикалық сабақ №15

Портландцементтің қатаюы.
Сабақтың мақсаты: Портландцементтің қатаю мерзімі, технологиялық ерекшеліктерін білу, үйрену.

Портландцементтің қатаюы, қасиеттері мен қолданылуы) Цементті сумен араластырсақ, цемент қамыры пайда болады. Ол өз кезегінде қатайып, уақыт өтісімен цемент тасына айналады. Цемент тасының қасиеттері, портландцементті клинкер мен оған араластырылған қоспаның минерологиялық қүрамына, қатаю шартына бағынышты.

Портландцементті клинкердің қүрамы, %:

Алит С38*45-60

Белит С²8 *20-30

Алынған цемент қамырында жеткілікті иілгіштік және желімдеуші қасиет бар. Цемент қамыры толтырғыштардың қырларын бүркемелеп, олардың арасындағы үйкеліс күшін азайтады, осының нәтижесінде бетон қоспасы ақпалы және жайғасымдық қасиеттерге ие. Уақыт өтісімен цемент қамырын-дағы бос ылғалдың саны азаяды, коллоидты бөлшектер жақын-дасады, іріленеді және бір-бірімен желімделенеді. Мүндай жағ-дайда цемент қамыры өзінің иілгіштік қасиетін жоғалтады.

Кальцийдің сулы тотығы гидравликалық қоспалармен әрекеттесіп қосымша цементтейтін заттар түзеді, портландцементті тастың беріктігі артады және суға шыдамдылығы өседі, мүның өзі ерімейтін кальцийдің сулы силикатытның СаО • 8Ю₂ • пН₂0 пайда болуымен түсіндіріледі.

Стандарттың талаптары бойынша, портландцементтегі үста- 1 судың басталуы 45 мин ерте емес, ал үстасудың аяқталуы 12 сағаттан кеш емес болуы керек. Ерітінді мен бетон қоспала-рын, олардың бойындағы қозғалмалықты (жайғасымдықты) жо-ғалтпай түрып пайдаланған дүрыс, соған орай цементтің үстасу уақыттары оның маңызды сипаттамалық көрсеткіштері болып саналады. Температураның көтерілуіне байланысты үстасу мен қатаю процестері жылдамдайды.

Цементтің үстасу процесінде үшкальцийлі алюминаттың атқаратын міндеті өте маңызды.

Цементтің гидратациялануы кезіндегі жылудың бөлінуі де оның меншікті қыры мен минералогиялық қүрамына байланысты және цемент белсенділігінің жанамалы сипаттамасы болып табылады. Әсіресе, клинкер минералдарының арасында С₃А пен С₃8 гидратациялану кезінде жылу мол бөлінеді.

Цемент қүрамында осы екі минерал көп болса, ондай түтқырларды шомбалды бетон қүрылыстарында қолдануға болмайды, мыса-лы, гидротехникалық бөгеттерде, себебі бетонның ішкі және сыртқы қабаттарында пайда болған кернеулі күштер, темпера-тураның ауытқуына орай бетонның сызаттануына әкеп соқты-рады. Соңдықтан осындай бетондар үшін белитті цементті қол-дану үсынылады. Бетон қоспасы төселген соң, оның ішінде, қабаттардың шөгінуі мен физика-химиялық процестері қатар жүреді және жалпы бетон қоспасының көлемдік өзгеруіне себепші болады.

Толтырғыштар мен цементтің түйіршіктері ауырлық күштің әсерімен сулы суспензияда шөгінеді. Бастапқы кездерде ірілеу бөлшектері, ал кейіннен үсақтау бөлшектері түнбаға түседі. Осының нәтижесінде конструкция мен бүйымның биіктігі бо-йына бетон қоспасы қабаттанады. Осы процесс толтырғыш түйіршіктерінің астында су қабатшаларының пайда болуынан, цемент тасының толтырғышпен байланысын нашарлатады. Осыған орай бетон конструкциясының сапасы мен беріктігі едәуір түрде нашарлайды.

Қүрамында суы мол цемент қамырынан қатайған соң, қуысты цемент тасы алынады. Механикалық күш әсері арқылы сынау кезінде, бетонның жанасу аймағында байланыстары нашарлайды. Мүнан басқа, пайдалану кезінде су мен басқа сүйықтар цемент тасының қуыстары мен кеуектері арқылы еніп, бетонның беріктігі мен төзімділігін на-шарлатуы мүмкін. Бетон қоспасындағы қабаттану процесі арматураның бетонмен жабысу беріктігін де әлсіретеді.

Ауада қатаю кезінде цемент қамырының көлемі азаяды (шөгіну), ал суда керісінше өсе түседі (үлғаю). Қоршаған орта-ның ылғалдылығы өзгеруінен цемент қамырының да көлемі ауытқып түрады. Бір ай бойына қатайған цемент 0,5-0,6% үлғаюы немесе 0,15-0,6% шөгінуі мүмкін. Бетонда қайталанбайтын көлемдік деформацияның жинақталуы, ондағы деструктивті процестердің бар екенін растайды. Олар бетонды бүйымдарда, конструкцияларда орын алатын сызаттану процесіне әкеліп соқтырады. де, ұлғаю да тоқтайды, бірақ олардың қоршаған ортаның | әсерімен қайталануы мүмкін екендігін естен шығармаған жөн.*

Портландцементтің беріктігі өлшемдері 4x4x16 см үлгі арқалықтарды статикалық майыстыру, ал үлгінің жартысын қысу үшін сынақтан өткізу арқылы анықталады. Үлгілерді 1:3 (цемент: стандартты қүм) қүрамдағы кәдімгі қоюлықтағы цемент-қүм ерітіндісінен дайындайды. Үлгілердің 28 тәуліктен кейін сыналғандағы қысуға беріктігі цементтің белсенділігі деп аталады. Цементтің маркасы осы көрсеткіш арқылы анықталады. Мысалы, қысқандағы беріктігі бойынша цемент белсеңділігі 52,6 МПа болса, онда маркасы 500 болғаны. Портландцемент 300, $ 400, 500, 550 және 600 деген маркаларға бөлінеді. Портландцементті үлгілердің 3 тәулік қатаюдан кейінгі қысқандағы беріктігі әдетте 30—40% жетеді, ал 7 тәуліктен кейін маркалы беріктігінің 70% қүрайды. Портлаңдцементті үлгілердің статикалық майыстыруға беріктігі, оның қысқандағы беріктігімен салыстырғанда, тым төмен болады.

Цементтің беріктік алу жылдамдығы клинкердің минералогиялық қүрамына бағынышты. Басқа минералға қарағанда үшкальцийлі силикаттың С38 белсенділігі жоғары. Бір ай қатайғаннан кейін алитты цементтің беріктікті өсуі, елеулі түрде баяулайды және бір жылдық уақытта беріктіктің өсуі, оның маркалы беріктігінің 10—15% қүрайды. Екікальцийлі силикат (С38) 28 төуліктік уақытқа дейін, үшкальцийлі силикатпен са-лыстырғанда, беріктіктің баяу өсуімен сипатталады, бірақ 28 тәуліктен кейін оның қатаю процесі тоқталмайды жене беріктігінің өсуі жеткілікті түрде қарқыңды жүреді.

Тез қатаятын жоғарғы берікті бетонды алу үшін қүрамында үшкальцийлі силикаты бар алитті портлаңдцементті қолданады.

Егер бетон конструкциясыңдағы беріктік баяу өсіп, жылу боліну аз молшерде отсін десек, онда белитті цементті қолдану үсынылады.

С3А беріктігі, С38 мен С28 салыстырғанда, едәуір төмен. Қүрамында үлкен мөлшерде алюминаттары бар портландцемент қолданылған бетондар, салыстырмалы төменгі деңгейді керсетеді, сонымен қатар аязға тезімділігі аз болады.

Цемент қатаю процесі кезінде, цемент қамырын, ерітіндісін және бетонды дайындауға керекті мөлшерден, әруақытта кем мөлшердегі сумен байланысады. Химиялық байланысқан судың мөлшерімен анықталатын цементтің гидратациялану дәрежесі,цементтің минерологиялық қүрамы мен меншікті қырына байланысты және іс жүзінде 15—20% жетеді (9.4.3-кесте).

Судың булануы нөтижесінде пайда болған қуыстар мен кеуектер, қолайлы жағдайда агрессивті газдар, сүйықтармен толтырылып, бетон бүйымдары мен конструкцияларының коррозияға берілуін оңайлатады. Судың шығынын азайту мен қолайлы жайғасымды бетон қос-паларын алу мақсатында, сонымен қатар берік және шьгдамды бетон бүйымдарын көптеп өндіру үшін, әр түрлі пластификациялайтын қоспаларды бетон жүмыстарында жиі қолданады. Бетон беріктігінің есуіне қол жеткізу үшін, ол ылғалды жағ-дайда қатаюы керек. Портландцемент негізіңдегі бетон әр түрлі температуралық жағдайда қатаюы мүмкін: көдімгі температура 15-20°С жағдайында, қаныққан су буы бар температурасы 100°С дейінгі және жоғарғы қысым мен температура (170°С жөне жо-ғарғы) бар жағдайда, сондай-ақ теріс температурада (аязға қарсы түратын қоспалармен).

7.1.1 Бисенов Қ,А. Құрылыс материалдары мен бұйымдары: Оқу құралы. – Алматы: «ИздатМаркет», 2007.-224 бет.

7.1.2 Б.С.Сатеков. Табиғи және жасанды құрылыс материалдары мен бұйымдары. М.Х.Дулати атындағы Тарази мемлекеттік университеті. 2 том 267-295 б.

7.1.3 Хамзин С.Қ. Құрылыс материалдары (зертханалық-практикалық жұмыстар): Оқу құралы.-Астана: Фолиант,2007.-140б

7.1.4 Үдербаев С.Н Құрылыс материалдары мен бұйымдары. Алматы: 2006, 169 б.

7.2 Қосымша әдебиеттер