Производство шлакопортландцемента

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

По дисциплине: вяжущие  вещества

Тема: производство шлакопортландцемента

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание № 36

 

Быстро твердеющий шлакопортландцемент  М 400

Состав: 65:30:5 (клинкер: шлак: гипс)

Производительность: 250 тысяч тонн в год

Дополнительные указания:

• Клинкер (размер 10-20мм) Кузнецкого цементного завода.
• Доменный гранулированный шлак Новокузнецкого металлургического завода М_о=0.89 влажностью 18%.
• Гипсовый камень с влажностью до 2% и размером кусков до 200мм.

 

Рекомендуемые пособия:

1. А.В. Волженский. Минеральные вяжущие вещества. М. Стройиздат 1986.
2. Справочник по производству цементных заводов. С.И. Данюшевского.
3. Ф.Г. Банит. Механическое оборудование цементных заводов.1975.
4. ГОСТ 1078-76Портландцемент и шлакопортландцемент. Технологические условия.
5. ГОСТ 23464-79Цементы. Классификация.

 

 

Введение.

Для осуществления грандиозных  объемов работ по промышленному, жилищно-гражданскому и сельскохозяйственному  строительству, требуется большое  количество разнообразных строительных материалов, в том числе вяжущих веществ и бетонов.

В строительстве имеется много  работ, при которых технологически возможно и экономически целесообразно  использование бесклинкерных и  малоклинкерных цементов, способствующих экономии высококачественных портландцементов и даже шлакопортландцементов обычного состава, т. е. с содержанием шлака не более 60%. Одним из распространенных видов местного сырья для производства бесклинкерных и малоклинкерных вяжущих веществ являются отходы металлургии и энергетики в виде шлаков и зол. Широкое применение в СССР изделий и конструкций заводского изготовления обусловило необходимость интенсификации процессов твердения вяжущих веществ с помощью водо-тепловой обработки - пропаривание в камерах при атмосферном давлении и запаривания в автоклавах при избыточном давлении 9-16 атм.

Исследования МИСИ и других организаций  показали возможность (для многих видов) получения бетонов с прочностью при сжатии (после пропаривания) до 20 кг/см² и более на вяжущих из добавленных гранулированных шлаков в условиях изотерического пропаривания при 95°С в течение 4-8 часов.

Важно также, отметить и новые возможности, открытые в последние годы в МИСИ и других исследовательских организациях по изготовлению шлакопортладцементов не только из традиционно применяемых  доменных шлаков (гранулированных), но и из таких, как кислые-топливные, а также шлаки электротермической воронки фосфора, обычно получаемые в гранулированном виде.

Значительно должно повысится технико-экономическая  конкурентоспособность шлаковых и  зольных материалов в качестве различных заполнителей бетонов в связи с увеличением цен на керамзита и аглопорит. Необходимо учитывать, что шлаки и золы являются необременительными отходами, а ценными продуктами, полученными в результате гигантского развития металлургии и энергетики в нашей стране и требующими рачительного отношения и разумного использования в народном хозяйстве.

Производство сборных изделий  и деталей для многих видов  строительства может целиком  базироваться на бетонах марок 100-300 из извести, шлаков, золы и различных песков и т. п. с отказом от использования портландцемента, кондиционных песков и фракционированного щебня.

 

Стоимость вяжущих веществ в  современных бетонах составляет 40-50% общей стоимости всех материалов, идущих на изготовление бетона. В связи с этим возникает вопрос о выборе и применении вяжущих веществ как более эффективных в технико-экономическом отношении.

Наиболее экономическими по затратам сырья, топлива и электроэнергии являются шлаковые и зольные вяжущие  вещества, получаемые из отходов металлургической, энергетической, фосфорной промышленности.

Простая технология производства шлаковых вяжущих веществ, сводящаяся в основном к дроблению (при пусковых материалах), сушке и помолу входящих компонентов, позволяет быстро организовать сушильно-помольные установки с минимальными капиталовложениями и строительными объемами зданий. Таким образом, для удешевления бетонных и железобетонных изделий необходимо максимально использовать местные вяжущие и в первую очередь шлаковые цементы.

Рациональное использование шлаковых отходов выгодно еще и потому, что на их удаление с территории металлургических предприятий и электростанций затрачиваются значительные материальные и трудовые ресурсы, а стоимость транспортирования в отвалы достигает 0, 3-0, 5 руб/т.

Шлаки привлекают к себе все возрастающее внимание и во многих зарубежных странах. Следует учесть возможность получения  шлакопортландцементов высокой  активности с помощью тонкого  помола до удельной поверхности 4000-5000 см²/г и выпуска их марки не ниже 400. При этом возможно применение также и повторного помола портландцементного порошка с гранулированным шлаком. Кроме того, организацию производства высокомарочных шлакопортландцементов следует провести на базе наиболее активных шлаков металлургических заводов.

Номенклатура продукции.

Шлакопортландцемент (ГОСТ 10178-62) является гидравлическим вяжущим веществом, получаемым путем совместного, тонкого  измельчения портландцементного клинкера и вяжущего гранулированного доменного  или электротермофосфорного шлака  с добавлением 3-6% двуводного гипса;

шлакопортландцемент можно изготовить тщательным сливанием тех же материалов, измельченных раздельно.

По ГОСТ 10178-76 доменного шлака  в этом цементе должно быть не менее 21% не более 10% массы цемента; часть  шлака можно заменить активной минеральной добавкой (треплом) не более 10% массы цемента, что способствует улучшению технических свойств вяжущего. Наиболее быстрое твердение происходит при 30-40% шлака.

 

 

 

 

 

Гипс вводят в шлакопортландцемент  для регулирования сроков схватывания, а также в качестве активизатора твердения шлака. Дозировку гипса нужно устанавливать экспериментально.

Содержание S0з в клинкере должно быть не менее 1, 0% не более 4, 0% по массе. Отличительной его способностью является повышенная прочность при изгибе (возр. 28 суток) 5, 9    и при сжатии (возр. 28 суток) 49 МПа. В отличии от пуццолановых портландцементов ШПЦ не вызывает повышения водопотребности растворов и бетонных смесей. При несколько замедленном росте прочности в первой, после затворения период, он интенсивно наращивает] ее в последующем. За срок от 7 суток до одного года прочность у ШПЦ – в нормальных температурно-влажностных условиях возрастает примерно в 2.5  раза.

Твердение ШПЦ на основе доменного  шлака при обычной температуре  сопровождается связыванием воды, не испаряющейся при 105°С, в количестве 15% массы вяжущего. При этом возникают конструкционные поры, суммарный объем которых равен 0, 4-0, 5 см/г связанной воды, не испаряющейся при 105°С. Пористость при твердении портландцементов достигает в среднем 0, 28 см/г неиспаряющейся воды.

Истинная плотность ШПЦ колеблется в пределах 2, 8-3, 0 г/см³, уменьшаясь с увеличением содержания в цементе гранулированного доменного шлака. Плотность в рыхло-насыпном состоянии 900-1200 кг/м³, а в уплотненном -1400-1700 кг/м³.

Водопотребность ШПЦ существенно  не отличается от водопотребности обычных  портландцементов. В ряде случаев  при ровной удобообрабатываемости  в растворные или бетонные смеси  на ШПЦ-е нужно добавлять воды меньше, чем при использовании  портландцемента. Водоотделением из теста, полученного затворением ШПЦ-та, несколько больше, чем из теста портландцемента. С увеличением тонкости помола его водоудерживающая способность значительно возрастает.

Для повышения активности ШПЦ-ов применяется  мокрый помол шлаков и последующее слепление шлакового шлама в бетономешалке с портландцементом. Было установлено, что выделение тепла при твердении ШПЦ-та понизилось, что особенно ценно для массового бетона. ШПЦ при твердении обычно отмечается равномерным изменением объема.

Тепловыделение  при твердении ШПЦ меньше, чем  у ПЦ, причем тем меньше, чем больше в нем шлака, и тем значительнее, чем выше его удельная поверхность.

Жаростойкость ШПЦ значительно превосходит  жароспособность ПЦ. ШПЦ способен без снижения прочности выдержать длительное воздействие высоких температур (600-800°С). Это объясняется, главным образом, пониженным содержанием свободного Са (ОН)₂.

 

 

 

 

Положительной особенностью ШПЦ, в отличие от пуццолановых, является сравнительная воздухоспособность, обеспечивающая нормальное твердение бетона наземных сооружений. ШПЦ не оказывает коррозирующего действия на заложенную в бетон стальную арматуру и достаточно прочно сцепляется с ней.

Морозостойкость уменьшается с увеличением содержания шлака. Этой объясняется несколько меньшей плотностью и повышенной водопроницаемостью бетонов на ШПЦ. Бетоны на ШПЦ обычно выдерживают 50-100 циклов замораживания и оттаивания. Поэтому его не рекомендуют для изделий и конструкций, работающих в особо суровых условиях, например в плитах-оболочках гидротехнических сооружений, размещаемых в зоне меняющегося уровня воды и систематически замерзающих и оттаивающих в водо-насыщенном состоянии.

Основные  назначения ШПЦ: для бетонных и железобетонных сборных изделий, подвергаемых пропарке, монолитных «массивных» бетонных и железобетонных надземных, подземных и подводных конструкций при  действии пресных и минеральных вод. Он особенно эффективен в крупных гидротехнических сооружениях. ШПЦ был широко использован для строительства предприятий черной металлургии и других отраслей тяжелой индустрии в Донбассе, Сибири, Закавказье и др.

Стоимость ШПЦ на 15-20% ниже стоимости портландцемента. Сейчас примерно около 25% всего выпускаемого в нашей стране цемента приходится на долю шлакопортландцемента. В значительных количествах издавна выпускается он и во Франции, Германии, США, Англии и других странах.

 

 

Технологическая часть

Выбор способа и технологической  схемы производства

Технологический процесс получения  шлакопортландцемента на заводах ( полным производственным циклом (включая получения клинкера) состоит из следующих основных операций:

1. Изготовление  портландцементного клинкера;

2. Подготовка  гранулированного шлака;

3. Получение шлакопортландцемента  совместным помолом этих двух  материалов и гипса.

Помол клинкера может проектироваться  как по открытому, так и по замкнутому циклу в сравнении с помолом  по открытому циклу эффективнее  в тех случаях, когда необходимо получить цемент с высокой удельной поверхностью или цементы различной  тонкости помола, а также когда измельченные компоненты сильно отличаются по размолоспособности. Цементы с удельной поверхностью выше 3500 см/г получать помолом по открытому циклу неэффективно. Расстояние между соседними мельницами принимается 12, 18, 24 и 30 м в зависимости от размеров мельниц и общего компоновочного решения.

Достоинством помола в замкнутом  цикле является возможность увеличивать  загрузку мельницы мелющими телами до 30%, что повышает ее производительность при одновременном увеличении удельной поверхности готового продукта. Кроме того, уменьшается износ мелющих тел и броне футеровки, повышается активность цемента и потребителю отгружают продукт с несколько пониженной температурой. А это означает, что могут ни понадобиться специальные холодильники для охлаждения готового цемента.

Технология производства шлакопортландцемента отличается тем, что гранулированный  доменный шлак подвергается сушке при  температурах, исключающих возможность  его рекристаллизации, и в высушенном виде подается в цементные мельницы. При помоле ШПЦ-та производительность многокамерных трубных мельниц понижается, что объясняется, по-видимому низкой средней плотностью шлака, ограничивающей возможность    достаточного заполнения по массе объема мельниц.

 

 

 

 

 

 

Для получения каждого компонента с наиболее приемлемой для него тонкостью помола следует размалывать клинкер и шлак раздельно. В зависимости от сравнительной сопротивляемости клинкера и шлака измельчению принимают две схемы помола. По первой клинкер предварительно измельчают в первой мельнице, а затем уже во второй совместно со шлаком. Такая схема рекомендована Южшпроцементом для получения быстро-отвердевающего ШГЦ. Она рациональна при более низкой размалываемости шлака, чем клинкера. В этом случае достигается особо тонкий помол клинкера, что ускоряет твердение ШПЦ. Вторая схема предусматривает обычный совместный помол шлака и клинкера при примерно одинаковой их размалываемости. В этом случае измельченные компоненты еще дополнительно истирают друг друга. Высокая тонкость помола - развитая удельная поверхность - особенно важна для клинкерной части цемента.

Технология быстро-твердеющего  ШПЦ была разработана Южшпроцементом для основных шлаков и НИИцементом - для кислых. По схеме Южшпроцемента  помол ШПЦ осуществляется по двустадийной схеме; в начале на одной мельнице измельчается только клинкер, который затем направляется во вторую мельницу для совместного тонкого измельчения со шлаком и гипсом. В результате получается клинкерный компонент с большой удельной поверхностью, обеспечивающей высокую интенсивность твердения ШПЦ-та.

Степень гидравлической активности шлаков по аналогии с ПЦ. клинкером может быть в некоторой мере охарактеризована модулем основности и модулем активности. Модуль основности Мо доменного шлака представляет собой отношение содержащихся в нем основных оксидов (%) к сумме кислотных оксидов:

Мо= (СаО+ MgO) / (SО₂+ Аl₂Оз). В зависимости от численного значения этого модуля различают шлаки основные, модуль основности которых равен или больше единицы, и кислые с модулем основности меньше единицы.