ABLOY-FIRE.RU - Надежная автоматика для противопожарных дверей

Abloy
Главная
Продукция
Решения для одностворчатых дверей
Решения для двустворчатых дверей
Где купить


Новости

21.05.07 - Итоги семинара "Системы автоматического закрывания противопожарных дверей Abloy"

10.05.07 - Первый в России семинар: "Системы автоматического закрывания противопожарных дверей Abloy"

30.04.07 - Открыт новый сайт "Надежная автоматика для противопожарных дверей Abloy"

Основные сырьевые материалы для производства глиноземистого цемента


производство, свойства, применение. — Студопедия

Глиноземистыйцемент представляет собой гидравлическое быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое измельчением глиноземистого клинкера. Клинкер получают из обожженной до плавления или спекания смеси, состоящей из бокситов и известняков.

Глиноземистый цемент в строительстве применяют в чистом виде или в качестве компонента для изготовления расширяющихся, жаростойких и других вяжущих.

Химический состав глиноземистого цемента характеризуется содержанием в нем главных оксидов, %: алюминия (глинозем Al2O3)– 30–50, кальция (СаО) – 35–45, кремния (кремнезем SiO2) – 5–15, железа (Fe2O3) – 5–15; небольшого количества в виде примесей других оксидов: титана (TiO2) – 1,5–2,5, магния (MgO) – 0,5–1,5, серного ангидрида (SO3) – 0,1–1, щелочных металлов (Na2O + K2O) – до 1.

Минералогический состав глиноземистого цемента характеризуется содержанием в нем соединений однокальциевого алюмината СаО×Al2O3 (СА), однокальциевого двухалюмината СаО×2Al2O3 (СА2), пятикальциевого трехалюмината 5СаО×3Al2O35А3), геленита 2СаО×Al2O3×SiO22АS), двухкальциевого силиката b-2СаО×SiO2 (b-С2S).

Основным минералом глиноземистого цемента, определяющим его свойства, является СА. Он образует твердые растворы с однокальциевым ферритом до 15 % и оксидом железа – до 10 %. При твердении дает камень высокой прочности. Минерал С5А3 быстро схватывается и твердеет, СА2 медленно твердеет, но имеет высокую конечную прочность.


Сырьем для изготовления глиноземистого цемента являются известняки CaCO3 и бокситы Al2O3×nH2O. Могут применяться алюминиевые шлаки и обожженные высокоглиноземистые глины. Изготавливают глиноземистый цемент двумя способами: спеканием или плавлением сырьевой смеси.

По способу спекания во вращающихся или шахтных печах производится обжиг тонкоизмельченной сырьевой смеси боксита и известняка. При температуре около 1300 °С образуется глиноземистый клинкер.

По способу плавления в доменных печах одновременно получают чугун и глиноземистый шлак. Печь загружают железистым бокситом, известняком, металлическим ломом и коксом. Расплавленные чугун и шлак периодически выпускают. Температура шлака составляет 1600–1700 °С. Охлажденный шлак является клинкером глиноземистого цемента.

Истинная плотность глиноземистого цемента составляет 3,1–3,3 г/см3, насыпная плотность в рыхлонасыпанном состоянии – 1000–1300, в уплотненном – 1600–1800 кг/м3, водопотребность – 23–28 %. Начало схватывания должно наступать не ранее 45 мин, конец – не позже 12 ч. Ускорителями служат Ca(OH)2, Na2CO3, CaSO4, портландцемент, замедлителями – NaCl, CaCl2, KCl, винная кислота и др.


Этот цемент при твердении быстро набирает прочность. Через 10--15 ч она составляет 15–20 МПа, через сутки – 80--90 % от марочной. Марки цемента, определяемые в возрасте 3 суток, – 400, 500 и 600. Через 10–20 лет он приобретает прочность, превышающую марочную на 50–60 %.

Глиноземистый цемент интенсивно твердеет при пониженных температурах. Так, при 0 °С через трое суток прочность его составляет 50 % от марочной. Это объясняется повышенной экзотермией в начальный период. Пропаривание и автоклавная обработка понижают его прочность.

Бетоны на глиноземистом цементе по сравнению с бетонами на портландцементе имеют повышенную водостойкость. Жаростойкость их очень высокая и составляет 1200--1600 °С. Объясняется это отсутствием в цементном камне гидроксида кальция. Они также имеют более высокую водонепроницаемость, морозостойкость в связи с тем, что пористость цементного камня на глиноземистом цементе в 1,5 раза меньше пористости портландцементного камня.

Глиноземистый цемент рекомендуют применять для изготовления жаростойких, морозостойких и водонепроницаемых бетонов, при выполнении аварийных и ремонтных работ. Ограничивает его применение высокая стоимость, превышающая стоимость портландцемента в 5–6 раз.

Производство глиноземистого цемента.

Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и известняки. Известняки были уже описаны на странице о производстве цемента, поэтому здесь мы ограничимся рассмотрением бокситов.

Бокситы представляют собой смесь какого-либо гидрата окиси алюминия (бемита y-Аl2О32О; диаспора a-Аl2О32О или гидраргиллита y-Аl2O3 -3Н2О), являющегося главной составной частью, с глинистым веществом, кварцем, окислами железа и титана и т. д. Бокситы встречаются в ограниченном числе мест. Они служат также сырьем для производства глинозема, электрокорунда, огнеупоров.

По химическому составу бокситы неоднородны. Содержание в них отдельных окислов колеблется в довольно широких пределах; так, например, АI2О3 в них может быть 30-75%; SiO2 2-20%; Fе2O3 2-40%; TiO до 5% и связанной воды 10-25%. Для производства глиноземистого цемента необходимо, чтобы кремневый модуль или коэффициент качества (%Аl2О3/%SiO2) боксита был не меньше 2.

Известняк, используемый в производстве глиноземистого цемента, не должен содержать больше 1,5% SiO2 и 2% MgO.

Существуют два способа производства глиноземистого цемента. Первый из них основан на спекании сырьевой смеси, а второй — на ее плавлении. По первому способу тонкоизмельченная и тщательно перемешанная смесь боксита и известняка обжигается до спекания при температуре 1150-1250°С; полученный продукт обжига размалывается в тонкий порошок. Обжиг до спекания можно вести во вращающихся, шахтных, кольцевых, камерных, туннельных печах и на спекательной решетке. При обжиге не во вращающихся печах сырьевую шихту нужно брикетировать. Во вращающихся печах обжиг можно вести как по сухому, так и по мокрому способу производства. При обжиге шихты в печах, где возможна присадка золы, следует применять малозольное или беззольное топливо.

В процессе производства глиноземистого цемента методом спекания приходится сталкиваться с затруднениями, вызываемыми малым интервалом плавкости, т. е. малой разницей между температурами плавления и спекания. Чем больше этот интервал, тем удобнее вести обжиг сырьевой смеси до спекания, так как возможные местные перегревы в печи не вызывают расплавления или сваривания обжигаемого материала. Сырьевая смесь, содержащая повышенное количество окислов железа; имеет близкие температуры спекания и плавления (разница между ними не более 30-50 0С) и поэтому непригодна для получения глиноземистого цемента методом спекания. Следует отметить, что температура плавления цементного клинкера превышает температуру его спекания примерно на 300°С.

При обжиге глиноземистого цемента методом спекания требуются более чистые бокситы с небольшим содержанием кремнезема (до 8%) и окиси железа (до 10%). При получении глиноземистого цемента методом плавления можно, использовать сырье с большим количеством примесей и менее тонко размалывать сырьевую смесь. Указанные трудности препятствуют распространению метода спекания, несмотря на меньший расход топлива и более легкую размалываемость клинкера.

Глиноземистый цемент можно получать плавлением в вагранках, электрических, доменных печах, а также в конвертерах. Вагранки с водяным охлаждением применяют при небольшом объеме производства. Стенки ее сделаны из пустотелых металлических коробок, по которым циркулирует вода. На металлических стенках, с внутренней стороны, в процессе работы вагранки образуется обмазка, которая и служит огнеупорным футеровочным слоем. Сырьевую смесь подготавливают так же, как и при обжиге цемента в шахтных печах. Шихту в виде брикетов загружают через загрузочное отверстие вперемешку с коксом, откуда она поступает в цилиндрическую или коническую шахту. В нижнюю часть печи — горн — подается  необходимый для горения воздух. Расплавленная при 1500-1600°C шихта собирается на дне горна и через определенные промежутки времени выпускается из печи сквозь выпускное отверстие. В процессе плавки кокс восстанавливает железо, содержащееся в шихте в окисной форме, до FeO и частично до металлического железа, причем высокоглиноземистый шлак вследствие меньшего удельного веса собирается над восстановленным железом, которое стекает в нижние слои расплава и может удаляться. Кремнезем в вагранке не восстанавливается, поэтому для такого производства требуются высокосортные бокситы с небольшим содержанием примесей. Потребляет эта печь довольно большое количество малозольного топлива — кокса (35-40% от веса цемента). Все это ограничило сферу распространения печей такого типа.

В электрических печах используется теплота, развиваемая током, проходящим через расплавленную шихту. Шихта обычно состоит из боксита, извести, металлических добавок (железная стружка, скрап) и кокса. Кокс является восстановителем кремнезема и окислов железа, а металлические добавки вводятся для связывания образующегося кремния в ферросилиций. В этих печах можно плавить шихту в сильно восстановительных условиях.  Это необходимо при использовании сырья с высоким содержанием кремнезема. Восстановление кремнезема начинается при температуре 1150-1200°С и идет достаточно интенсивно при температуре 1800-2000 0С при избытке углерода. Часть кремния (до 15%) при этом улетучивается, а остальное его количество растворяется в расплаве так же восстановленного железа  и образует малокремнистый ферросилиций. Удельный вес его достигает 6,5, а удельный вес высокоглиноземистого шлака около 3,0.

При таком способе производства бокситы должны содержать не более 15-18% SiO2; 15-17% окислов железа, отношение АI2О3 к SiO2 должно быть не менее 3. В электрические печи сырье подают в виде кусков размером 20-40 мм, причем известняк обычно предварительно обжигают до удаления СО2, боксит же сушат, а иногда и обжигают для обезвоживания. При загрузке в электрическую печь влажного боксита и необожженного известняка, они, попадая сразу в зону с высокой температурой, вызывают бурление расплава, выбросы и взрывы, а выделяющаяся из известняка углекислота, кроме того, реагирует с углеродом электрода, ускоряя его обгорание.

В нижней части печи скопляется ферросилиций, а в верхней — глиноземистый цемент, очищенный от кремнезема, что улучшает качество цемента. Оба материала при температуре 1550-1650°С периодически выпускают через летки в изложницы. Электроплавка дает возможность получать из низкосортных бокситов высококачественный глиноземистый цемент.

В электрических печах можно получать глиноземистый цемент и в окислительных условиях. При этом в шихту не вводят восстановитель и она должна содержать небольшое количество кремнезема.

При доменной плавке шихта состоит из железистого боксита, известняка, металлического лома и кокса. В доменной печи шихта подсушивается и декарбонизируется. Окислы железа восстанавливаются газами, содержащими СО, а также твердым углеродом. В горне печи образуется в верхней части высокоглиноземистый шлак, а в нижней чугун. Оба материала периодически выпускаются из домны, причем температура шлака составляет 1600-1700°C, а чугуна 1450-1550°С. Охлаждают высокоглиноземистый шлак в изложницах или же разливают его на площадках слоем 100-150 мм. Домна является агрегатом, производящим три ценных продукта: чугун, глиноземистый цемент и доменный газ. Содержание окислов железа при этом не ограничивается, так как они восстанавливаются и переходят в чугун. Кремнезем восстанавливается лишь в небольшой степени, и поэтому коэффициент качества (А12О3/SiО2) должен быть не менее 7.

Глиноземи

Производство глиноземистого цемента — Мегаобучалка

Определение и исторические сведения

Глиноземистым цементом называется быстро твердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем обжига-до сплавления или спекания материалов с большим содержанием глинозема (бокситов) вместе с известью или известняком и последующего тонкого помола продукта - обжига. Глиноземистый цемент иногда называют «бокситным» - по имени сырья опорной породы (боксита), из которого его изготовляют, или «алюминатным» - по тем соединениям, которые образуются в процессе обжига и твердения. Глиноземистый цемент характеризуется тем, что приготовленные на нем растворы и бетоны, в отличие от всех других видов цементов, по истечении одних суток твердения (т. е. через 24 часа), показывают уже большую механическую прочность. Это исключительное свойство глиноземистого цемента делает его чрезвычайно ценным материалом для военного, а также транспортного строительства. Глиноземистый цемент был изобретен в 1908 г. одновременно американцем Шпекманом в французом Бидом. До Первой мировой войны (1914 г.) этот вид цемента имел очень ограниченное применение во всех странах.

 

Сырье для глиноземистого цемента

В отличие от портландцемента, где преобладающими составными частями являются силикаты кальция, т. е. вещества, состоящие из извести и кремнекислоты, в глиноземистом цементе преобладает однокальциевый алюминат (Са/О.А120з). Соответственно этому сырьем для производства глиноземистого цемента служат известняк и богатые глиноземом вещества, главным образом бокситы. Боксит представляет собой физическую смесь коллоидных гидратов глинозема, окиси железа, кремнезема и двуокиси титана с адсорбированной водой. В противовес производству алюминия, где требуется чистая порода боксита, для производства глиноземистого цемента можно использовать бокситы с большим содержанием примесей. Это обстоятельство значительно расширяет сырьевую базу для производства глиноземистого цемента.

 

Глиноземистый цемент Lafarge

Производство глиноземистого цемента



При производстве глиноземистого цемента боксит и известь или известняк, взятые в определенных весовых соотношениях, подвергаются обжигу. Отношение в готовом продукте весового процентного содержания окиси кальция (СаО) к процентному содержанию кремнезема и глинозема (S1O2+AI2O3) должно быть меньше единицы. Различие в химическом составе между глиноземистым и портландским цементом видно из таблицы.

Химические элементы Глиноземистый цемент в % Портландский цемент в %
Окиси кальция 35—45 63-66
Кремнекислоты 5—10 22—23
Глинозема 35—50 6—7
Окиси железа 5—15 2—3

В зависимости от метода обжига различают два способа производства глиноземистого цемента: а) по методу спекания б) по методу плавления. При производстве по методу спекания подготовленная сырьевая смесь спекается в шахтных или вращающихся печах при температуре 1200—1300°С (т. е. при более низкой температуре, чем портландцемент). В результате обжига смеси получается цементный глиноземистый клинкер, который после охлаждения измельчается не меньше, чем высокосортный портландцемент. Но этот метод требует высокосортных бокситов, что является основной причиной малого распространения его в практике производства глиноземистого цемента. Наибольшее применение поэтому получил метод плавления. При производстве глиноземистого цемента по методу плавления применяют специальные шахтные печи, так называемые (ватержакетные, имеющие особый кожух с водяным охлаждением. Эти печи применяются обычно в цветной металлургии (медь и никель). Высота шахты 5—7 м. Производительность печей колеблется от 15 до 50 т в суши (при расходе топлива (кокса) от 400 до 550 <кг на тонну цемента. Расплавленная масса выпускается из печи каждые 45 минут. Однако большой расход топлива в ватержакетных печах побудил пользоваться для расплавления породы электрическим печами. Суточная производительность электрических печей колеблется;. от 20 до 60 т.

Клинкер глиноземистого цемента, полученный в электропечи, после соответствующего охлаждения измельчается до степени не меньшей, чем высокосортные портландцементы. Глиноземистый цемент, изготовленный по методу спекания, представляет собой порошок шоколадного цвета и имеет меньшую прочность, чем плавленый цемент. Плавленый цемент имеет темно-серый цвет. В отличие от глиноземистого цемента, получаемого методом спекания или сплавления, цемент, получаемый в доменной печи, называют доменным глиноземистым цементом. Свойства глиноземистого цемента Характерным свойством глиноземистого цемента является чрезвычайно быстрое нарастание механической прочности его, особенно в начальные сроки твердения. В дальнейшем же это нарастание идет так же, как и у портландцемента. Интересно отметить, что нарастание прочности глиноземистого цемента исчисляется не только сутками, но и часами.

Глиноземистый цемент является быстро твердеющим, но не быстро схватывающимся. Это значит, что после схватывания, наступающего в нормальные сроки, дальнейшее взаимодействие между водой и цементом протекает очень интенсивно, и это обусловливает быстрое твердение. Интенсивность происходящих реакций отвердения сопровождается большим выделением тепла в первые сроки твердения. Это свойство является весьма полезным при зимних бетонных работах. При летнем бетонировании выделяющееся тепло вызывает существенное повышение температуры внутри массива, что влечет за собой образование вредных напряжений и, следовательно, разрушение бетона. Поэтому в летнее время нужно принимать специальные меры к охлаждению бетона. Удельный вес глиноземистого цемента — 3,1. Объемный вес— 1000—1300 кг/ем3 в рыхлом и 1600—1800 <кг/м3 в уплотненном состоянии. Тонкость помола: остаток на сите 900 отв./см2 не более 1%, на сите 4900 отв./см2 — не более 15%. Практическая же тонкость помола нашего цемента выше и доходит до остатка не более 5—6% на сите © 4900 отв./см2. Начало схватывания должно наступать не ранее 30 минут, а конец— не позднее 12 часов от момента затворения. Глиноземистый цемент должен обладать равномерностью изменения объема при испытании в воде, а также при горячих пробах.

Глиноземистый цемент, производство и применение глиноземистого цемента.

Глиноземистый цемент (ГОСТ 969-77) – быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, являющееся продуктом тонкого помола обожженной до сплавления или спекания сырьевой смеси, богатой глиноземом и окисью кальция. Глиноземистый цемент содержит преимущественно низкоосновные алюминаты кальция. Глиноземистый цемент быстротвердеющий, но не быстросхватывающийся.

Начало его схватывания должно наступать не ранее 45 минут, а конец – не позднее 12 часов. Вводя различные добавки в глиноземистый цемент, регулируют сроки его схватывания. При введении гидратов окиси кальция и натрия, карбоната натрия, двуугекислой соды, сульфатов натрия, кальция и железа, цемента схватывания глиноземистого цемента ускоряют, а при введении хлористых натрия, калия, бария, азотнокислого натрия, соляной кислоты, глицирина, сахара, уксуснокислого натрия, буры – схватывание замедляют. При твердении глиноземистого цемента в короткий промежуток времени выделяется большое количество тепла (за первые сутки 70-80% всего тепла), что приводит к значительному повышению температуры в первые сроки твердения. Это свойство цемента используют при низких температурах для зимних работ. Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600.

Прочность глиноземистого цемента характеризуется спадами и подъемами в различные периоды твердения. Чем быстрее идет процесс гидратации, тем чаще наблюдается падение прочности. Бетон на глиноземистом цементе более плотный и водонепроницаемый, а коррозийная стойкость выше, чем бетона на цементе. Бетоны и растворы на глиноземистом цементе достаточно морозостойки. Несмотря на хороший показатели свойств, глиноземистый цемент не получил такого широкого распространения, как цемент, так как сырья для его производства значительно меньше и стоимость намного выше.

Глиноземистый цемент применяют для получения быстротвердеющих строительных и жаростойких растворов и бетонов, используемых при скоростном строительстве, аварийных работах, зимнем бетонировании, при строительстве сооружений, подвергающихся действию минерализированных вод и сернистых газов.

Глиноземистый цемент — быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, являющееся продуктом тонкого помола обожженной до сплавления или спекания сырьевой смеси, состоящей из бокситов и извести (или известняка). Состав смеси таков, что в готовом продукте преобладают низко-основные алюминаты кальция.

Химический состав глиноземистого цемента следующий: Аl2О3 — 30-50%; CaO — 35-45%; SiO2 — 5-15%; Fе2O3 – 5-15 %.

Минералогический его состав может существенно меняться в зависимости от химического состава сырьевой смеси и способа производства.

Наиболее важными соединениями являются алюминаты кальция: СаО*Аl2О3(СА), 5СаО*3Аl2О35AЗ) и СаО*2АI2О3(СА2).

В глиноземистом цементе всегда присутствует одно кальциевый алюминат. Он является основным его компонентом. Глиноземистые цементы делятся на высокоизвестковые, содержащие более 40% СаО, и малоизвестковые, в которых СаО менее 40%. В высокоизвестковых цементах наряду с однокальциевым алюминатом присутствует С5А3, а в малоизвестковых – СA2.

Однокальциевый алюминат может образоваться в результате реакций в твердой фазе или путем кристаллизации из расплава. В зависимости от состава и условий образования СА форма его кристаллов бывает различной (призматическая, дендритная, скелетная). Однокальциевый алюминат часто образует твердые растворы с ферритом, хромитом и другими составляющими систему компонентами. Это соединение в чистом виде характеризуется нормальными сроками схватывания и высокой прочностью В ранние сроки твердения, не падающей и в дальнейшем. Пятикальциевый трехаалюминат встречается в виде двух модификаций: устойчивой А-формы и неустойчивой А-формы. Состав этого минерала выражается также формулой 12СаО*7АI20З(СI2А7). В А-С5А3 могут растворяться различные окислы глиноземистого цемента. Ряд исследователей считают, что в действительности он является соединением 6СаО*4Аl2О3*FеО*SiO2, в котором FеО может замещаться MgO, а SiO2 — ТiO2. В глиноземистых цементах С5А3 встречается главным образом в устойчивой модификации. В чистом виде С5А3 быстро ,схватывается и дает в первые сроки твердения довольно высокую прочность, понижающуюся, однако, в дальнейшем.

Однокальциевый двухалюминат также встречается в виде двух модификаций: устойчивой и неустойчивой. Состав этого минерала выражали ранее формулой 3СаО*5Аl2О33А5). В глиноземистом цементе обнаружена устойчивая форма СА2. Она образует крупные игольчатые призматические кристаллы. Отдельно взятый СА2 гидратируется и схватывается медленнее других алюминатов кальция, но отличается сравнительно высокой прочностью через длительное время.

В глиноземистом цементе содержатся также 2СаO* SiO2 и геленит — 2СаО*SiO2*АI2О3. Двухкальциевый силикат обычно встречается в зернах круглой формы. Часто наблюдаются двойники. Отличаясь медленным твердением, двухкальциевый силикат понижает прочность глиноземистых цементов в первые сроки. Геленит кристаллизуется в виде таблиц, призм; чаще он дает в глиноземистых цементах крестообразные формы или тонкоструктурные прорастания с СА. Геленит — практически неактивный компонент глиноземистого цемента. В насыщенном известково-гипсовом растворе его активность несколько повышается. Вяжущие свойства геленита в стеклообразном и мелкокристаллическом состоянии выше, чем в крупнокристаллическом. На образование геленита затрачивается глинозем. Это уменьшает содержание наиболее активных компонентов — алюминатов кальция. Таким образом, следует стремиться к тому, чтобы в глиноземистых цементах содержалось возможно меньше SiO2. Присутствие лишь небольшого его количества (до 4-5%) действует благоприятно, по-видимому, из-за способности СА растворять такое количество в своей кристаллической решетке.

Железосодержащие составляющие встречаются в глиноземистых цементах в виде твердых растворов в пределах составов С6А2F-С2F. Возможно также присутствие 2СаО*Fе2O3, СаО*Fе2О3, Fе3O4 и FеО.

Наличие MgO в глиноземистом цементе вызывает образование магнезиальной шпинели — MgO . АI2О3. Она может также присутствовать в виде периклаза (MgO), окерманита (2СаО* MgO*2SiO2) и четверного соединения 6CaO*4Аl2O3*MgO*SiO2. Связывая глинозем и малоактивные соединения, окись магния ухудшает свойства глиноземистого цемента.

В бокситах содержиться некоторое количество окиси титана, которая может образовывать первскит — CaO*TiO2, также не гидратирующийся при воздействии воды. В глиноземистых цементах возможно присутст

Глиноземистый цемент - что это?

Глиноземистый цемент представляет собой быстродействующую гидравлическую смесь, основной отличительной особенностью которой является способность быстро твердеть в воде и на воздухе. Такой тип цемента удается получить в процессе измельчения обожженного сырья, которое обогащено глиноземом. В качестве первичного сырья в процессе производства используют бокситы, известняк или породы с высоким содержанием оксида алюминия (поэтому вещество часто называют еще алюминатным цементом).

Цемент ГЦ может использоваться для приготовления особого жаростойкого бетона. Цемент отличается чрезвычайно высоким уровнем огнестойкости – согласно утверждениям специалистов, монолиты из такого раствора можно эксплуатировать при температуре до +1700 С. Часто смесь применяют в тандеме с шамотом или магнезитом, что дает возможность делать огнестойкие растворы, способные застывать в воде.

Несмотря на специфические свойства, цемент глиноземный используется как в индивидуальном строительстве, так и в промышленном. Современные производители предлагают два основных типа смеси – созданной в процессе плавления или запекания.

Выбор конкретного метода производства зависит от специфики состава бокситов, объема содержания в элементах различных включений и т.д.

Область применения

Прежде, чем более подробно рассматривать глиноземистый цемент, его свойства и области применения, необходимо понять, где и почему он актуален. Данный тип смеси больше востребован, все же, в промышленной сфере, так как в быту огнестойкость на уровне тысяч градусов не нужна, а приобретать столь дорогое сырье из-за его способности ускоренного твердения не актуально.

Применение глиноземистого цемента в промышленной сфере:

  • Ремонт и реконструкция мостов
  • Ускоренное строительство конструкций с высоким уровнем устойчивости – все работы занимают до 3 дней
  • Случаи, когда важно обеспечить монолиту стойкость к сульфатам
  • Фиксация и крепление анкерных болтов
  • Создание тары для эксплуатации с агрессивными веществами
  • Обустройство нефтяных скважин
  • Цемент глиноземистый ГЦ40 может использоваться как ускоритесь для схватывания бетона, компонент для огнеупорной смеси
  • Осуществление ремонта морских судов
  • Строительство железобетонных конструкций, подверженных особо серьезным нагрузкам
  • Сооружение морских и подземных конструкций
  • Введение в состав клеевых растворов, предназначенных для эксплуатации в области строительной химии
  • ГЦ 40 цемент является основным компонентом при приготовлении расширяющихся и водостойких растворов
  • Производство гидроизоляционной штукатурки также может осуществляться с использованием глиноземистого цемента – материал применяют в отделке водопроводных линий, метрополитенов, в стыках трубопроводов и т.д.

Применение глиноземистого цемента в индивидуальном строительстве:

  • Обустройство стяжки пола (в некоторых случаях, где есть особые требования к бетону)
  • Подготовительный этап работ с подоконниками
  • Строительство подвалов, цоколей зданий (редко)
  • Ремонт/реконструкция систем вентиляции, дымоходов в частных домах.
  • Часто при сооружении каминов и топок в домах, иных видов отопительных устройств используют именно цемент ГЦ 40, характеристики которого позволяют обеспечить нужные свойства конструкции

Особенности изготовления

Глиноземистый цемент, свойства которого достаточно специфичны, изготавливается из чистых бокситов или известняков, с добавлением других элементов для придания нужных характеристик смеси. Основных способов производства цемента два – плавление и спекание. Выбор метода зависит от: состава бокситов, качества кокса, показателя объемного содержания в них оксидов железа, и в дополнение кремниевой кислоты.

Плавление

Для метода плавления используют бокситы высокого качества, к ним домешивают известняк и кокс. Эту смесь отправляют в ватержакетные печи с водяным типом охлаждения и плавят благодаря подаче через фурмы воздуха, до нужной температуры предварительно нагретого в рекуператорах. Потом массу пропускают через летку, в изложницах печи охлаждают и отправляют в дробилку для измельчения. В дробилках стоят многокамерные мельницы. Печи работают за счет пылевидного топлива.

В некоторых случаях используется электроплавка, в процессе которой выплавляется ферросилиций, за счет чего смесь очищается от кремниевой кислоты. Иногда применяют способ дуговой плавки с использованием специальных печей переменного тока с целью производства глиноземистого цемента особенно высокого качества. Сначала готовят сырье: измельчают, смешивают компоненты, делают из них гранулы или брикеты. Известняк заранее кальцинируют, а вот бокситы подвергают прокаливанию, шихту используют коксосодержащую.

В современных электродуговых печах уровень температуры может доходить до очень высоких показателей, именно из-за этого кремнезем в шихте восстанавливается до кремния, а он, в свою очередь, входит в реакцию с железом – так получается ферросилиций.

В производстве глиноземистого цемента могут использоваться и доменные печи, но материал получается не очень прочным на первых этапах твердения.

Спекание

Данный метод производства предполагает использование сравнительно невысоких температур в обычных печах. Сначала смесь медленно охлаждают, чтобы кристаллизовался геленит и приобрел стеклообразную форму. Тут важно, чтобы в процессе спекания температура не оказалась ниже оптимальной, так как это приводит к кристаллизации алюминатов кальция. В итоговом составе стекла появиться не должно, для чего создают системы очень быстрого охлаждения (чтобы не создались кристаллы геленита).

На этапе выхода из печи смесь превращают в гранулы паровоздушные потоки. Полученный данным методом глиноземистый цемент демонстрирует прекрасные показатели прочности в сравнении с веществом, которое охлаждалось более медленно.

Состав и свойства

Чтобы лучше понять, что такие глиноземистый цемент, стоит рассмотреть его состав. Основной компонент смеси – низкоосновной однокальциевый алюминат (обозначается как СаО-А12О3), который в процессе твердения трансформируется в двухкальциевый гидроалюминат. Цемент данного типа бывает малоизвестковым (с СаО меньше 40%) и высокоизвестковым (СаО больше 40%).

Состав глиноземистого цемента (указаны химические элементы):

  • Оксид железа – от 5% до 15%
  • Оксид кремния – от 5% до 15%
  • Оксид кальция – от 35% до 45%
  • Оксид алюминия – от 30% до 50%

Также в смесь вводят алюминаты, двухкальциевый силикат (призван замедлить твердение), геленит в качестве балластной примеси.

Особые свойства глиноземистого цемента:

1) Из-за наличия в составе смеси алюминатов кальция цемент обладает прекрасными вяжущими свойствами, высокой прочностью после полного твердения. Но сам процесс затвердевания глиноземистого цемента, хоть и схож с аналогичным поведением портландцемента, проходит с выделением тепла: в течение первых суток выходит около 70% тепла, а это опасно. Если температура воздуха будет выше +30 градусов, бетон будет демонстрировать стойкость, в 2-3 раза меньшую нормативной.

2) Глиноземный цемент создает более плотный искусственный камень (если сравнивать с портландцементом), демонстрирует высокую прочность, великолепную стойкость к агрессивным средам. Но такой монолит быстро деформируется в щелочной среде, поэтому его запрещено самостоятельно смешивать с гипсом, портландцементом, известью.

3) Скорость твердения бетонных растворов данного типа высокая: смесь начинает твердеть через полчаса, завершается процесс уже в течение 12 часов. Схватывается глиноземистый цемент так же, как и портландцемент, но нормативную прочность выдает уже через 72 часа, (а не по прошествии 28 суток).

Свойства глиноземистого цемента:

  • Стойкость к газообразным средам, агрессивным жидкостям
  • Возможность проводить работы при минусе
  • Быстрый набор прочности
  • Высокая плотность создаваемого монолита
  • Высокий уровень термической устойчивости, что позволяет получать огнеупорные растворы

Структура и виды

В зависимости от того, какой объем примесей в веществе, цемент данного типа делится на два основных вида: обычный состав и высокоглиноземистый. Определение марки цемента осуществляется по прошествии 72 часов. Состав обычно завозится в Москву и область, другие регионы в небольших объемах, продается в специальных мешках или контейнерах по 40-50 килограммов. В зависимости от объема железа в общем составе и показателя окисления компонентов, глиноземистый цемент может быть зеленым, желтым, коричневым, черным по цвету.

Маркируется продукция ГОСТом. Выделяют три основных вида глиноземистого цемента, которые отличаются по способности выдерживать нагрузки на сжатие: марок ГЦ-40, ГЦ-50 и ГЦ-60. По прошествии 72 часов после заливки смесь ГЦ-40 набирает прочность с 22.5 (МПа через сутки) до 40 МПа. Это самая ходовая марка, актуальная для разных строительных работ. Показатель прочности ГЦ-50 достигает 50 МПа, соответственно, цемент используется в сфера топлива и энергетики. Прочность ГЦ-60 доходит до 60 МПа, данную смесь эксплуатируют в оборонной сфере и металлургии.

Цемент глиноземистый – это материал, который требует правильной эксплуатации. Работать со смесью желательно поручать мастерам. Цемент обладает высокой вязкостью, труднее и дольше перемешивается (если сравнивать с обычным портландцементом, к примеру), но от правильности смешивания зависят однородность и показатель стойкости бетона.

Смесь обычно готовится небольшими порциями, так как замедлить процесс твердения не удастся, а быстро использовать большие объемы бетона практически невозможно. Когда же состав начинает схватываться сразу по приготовлению, работать с ним очень трудно, да и на качестве итоговой конструкции это может сказаться.

Глиноземистый цемент нередко используется для приготовления разных типов расширяющихся смесей, быстротвердеющих составов. Для любого такого раствора соотношение компонентов и состав вычитываются отдельно. Обычно смесь при твердении увеличивается в объеме, балансируя усадку, а также самоуплотняется. Чтобы получить данные смеси, глиноземистый цемент смешивают с разными добавками.

Особые виды ГЦ:

  • Расширяющийся цемент с гипсом и дробленым шлаком – схватывается быстро, расширяется в воде.
  • Водонепроницаемая смесь с минимальной усадкой – в цемент добавляют полугидрат гипса и гашеную известь, что позволяет получать материал, актуальный для эксплуатации в гидроизоляционных работах.
  • Расширяющийся водонепроницаемый цемент – быстро набирает прочность, используется для гидроизоляции судоходных шлюзов, туннелей, трубопроводов, бассейнов и т.д.

Технические характеристики

  • Быстрое твердение – начинается через 30-45 минут, заканчивается по прошествии трех суток.
  • Выделение больших объемов тепла в процессе твердения, благодаря чему глиноземистый цемент можно использовать при температуре до -10С.
  • Повышенные характеристики стойкости как к низким, так и к высоким температурам.
  • Огнеупорность – до +1300-1700 С.
  • Высокий уровень плотности (мало пор в структуре).
  • Очень высокая прочность.
  • Стойкость к газообразным и жидким средам, коррозии, сернистым соединениям магния и кальция, хлоридам щелочных металлов.

Маркировка

Основное обозначение на упаковке смеси – это ее марка: МЦ-40 (что соответствует показателю прочности марки М400 – 40МПа), МЦ-50 и МЦ-60 (самый прочный – 60МПа). Кроме того, существуют высокоглиноземистые цементы первой-третьей категорий, которые обозначаются ВГЦ I, ВГЦ II и, соответственно, ВГЦ III. Маркировка может дополняться цифрами, обозначающими прочность – маркировка может быть такой: ВГЦ I-35, ВГЦ II-25, ВГЦ II-35, ВГЦ III-25. Также на упаковке часто указывают процент содержания алюминия в смеси – чем он выше, тем раствор будет прочнее.

Глиноземистый цемент – качественный и дорогой материал с особыми характеристиками, который нужно уметь выбирать и правильно использовать. Приобретать смесь лучше у проверенных поставщиков, а перед приготовлением и эксплуатацией тщательно изучить всю информацию и правила работы с раствором. В таком случае удастся создать прочную и долговечную конструкцию с нужными характеристиками и корректно выполнить любую поставленную задачу.

Глиноземистый цемент - Огнеупорные материалы

Цемент является одним из важнейших и необходимых в строительстве материалов. Его применяют для производства бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Цемент - это общее название группы гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления.

Одним из видов цемента является глиноземистый цемент. Глиноземистый цемент представляет собой быстро твердеющее в воде и на воздухе высокопрочное вяжущее вещество, предназначенное для изготовления строительных и жаростойких растворов и бетонов.

Глиноземистый цемент получают путем тонкого измельчения обожженной до спекания или сплавления богатой глиноземом сырьевой смеси. В настоящее время обжиг проводится чаще всего до плавления в доменных или электродуговых печах. При этом не требуется тонкого измельчения сырьевых компонентов и создаются условия для удаления железа и кремнезема.

Сырьем для глиноземистого цемента служат бокситы и чистые известняки. Бокситы — горная порода, состоящая из гидратов глинозема (А12О3 • nН2О) и примесей (в основном Fe2O3, SiO2, СаО и др.). Бокситы широко используются в различных отраслях промышленности: для получения алюминия, абразивов, огнеупоров, адсорбентов и т.п., а месторождений с высоким содержанием А12О3 очень немного.

Химический состав глиноземистого цемента, получаемого разными методами, находится в следующих пределах: СаО – 35 - 45 %; А12О3 – 30 - 50 %; Fe2O3 – 0 - 15 %; SiO2 – 5 - 15 %. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает однокальциевый алюминат СаО • А12О3 (СА), определяющий основные свойства вяжущего вещества. Кроме того, в нем присутствуют алюминаты — СА2, С12А7; двухкальциевый силикат C2S, отличающийся, как известно, медленным твердением, и в качестве неизбежной балластной примеси — геленит - 2СаО • А12О3 • 2SiO2.

При затворении водой глиноземистого цемента однокальциевый алюминат гидратируется. Образующееся при этом соединение служит главной составной частью затвердевшего материала. Начало схватывания  глиноземистого цемента не ранее 45 минут, конец схватывания не позднее 10 часов. Сроки схватывания могут быть изменены введением  замедлителей (борной кислоты, буры, хлористого кальция) или ускорителей  (известь, портландцемент, гипс и др.).

Внешние параметры глиноземистого цемента - это тонкий порошок серо-зеленого, коричневого или черного цвета. Глиноземистый цемент фасуют в мешки по 50 кг и в контейнеры.

Наиболее ценным свойством глиноземистого цемента является способность быстрого затвердения при затворении водой.

Его объемный вес в рыхлом состоянии 1000-1400 кг/м3; при этом от портландцемента он отличается тонкостью помола, у глиноземистого цемента этот показатель значительно выше - остаток на сите № 008 составляет не более 10%.

Глиноземистый цемент характеризуется пониженной способностью к деформации в связи с крупнокристаллической структурой формирующегося цементного камня. Кроме того, из-за наличия кубического гидратированного моноалюмината при формировании цементного камня происходит потеря массы.

Для глиноземистого цемента характерно выделение большого количества тепла до до 376 кДж/кг (90 к кал/кг) тепла, при этом энергичное выделение тепла полностью происходит в первые часы схватывания и твердения цементного теста. Это свойство глиноземистого цемента, с одной стороны, ограничивает использование его для бетонирования массивных конструкций, с другой — может оказать положительное влияние на производство бетонных работ при отрицательных температурах до -10 градусов без подогрева.

Глиноземистый цемент является одним из самых огнестойких цементов (его огнестойкость выше, чем у портландцемента). Он не теряет своих основных характеристик даже при эксплуатации в температурном режиме до 1700C°. В смеси с огнеупорными наполнителями, такими как магнезит, хромитовая руда, шамот глиноземистый цемент используют для получения гидравлически твердеющих огнеупорных растворов и бетонов. Кроме того, данный цемент имеет повышенную плотность цементного камня, что определяет большую устойчивость бетона против кислых и промышленных вод, морской воды, органических кислот, растительных масел.

По сравнению с портландцементом глинозёмистый цемент обеспечивает получение бетонов и растворов большей плотности и водонепроницаемости. Однако глиноземистый цемент быстро разрушается даже слабыми растворами солей аммония и щелочей. Его нельзя применять в щелочных средах и смешивать с известью или портландцементом.

Существуют два способа производства глиноземистого цемента: метод плавления сырьевой шихты и обжиг до спекания.

Способ производства глиноземистого цемента методом плавления включает в себя подготовку зернистой шихты из цементного сырья, плавление, охлаждение полученного шлака, дробление и тонкое измельчение.

Способ спекания характеризуется тем, что исходные компоненты цементного сырья просушивают, тонко измельчают и перемешивают до достижения полной гомогенизации, после чего порошкообразную или гранулированную цементную шихту направляют в печь и выполняют обжиг цементного клинкера в различных печах. Далее цементный клинкер охлаждают, подвергают помолу и получают глиноземистый цемент.

При твердении глиноземистого цемента основное соединение — однокальциевый алюминат, подвергается гидратации, в результате чего образуется двухкальциевый гидроалюминат. При взаимодействии глиноземистого цемента с водой не образуется гидрата окиси кальция, благодаря чему цементный камень, бетоны и растворы на глиноземистом цементе значительно лучше противостоят действию минерализованных вод; отсутствие трехкальциевого гидроалюмината повышает стойкость к сульфатной коррозии. Однако бетоны па глиноземистом цементе корродируют в кислых агрессивных средах, концентрированных растворах сернокислого магния и в щелочных средах при концентрации щелочей более 1%. С повышением температуры твердения глиноземистого цемента сверх 25—30° С прочность цементного камня понижается, вследствие перекристаллизации двухкальциевого гидроалюмината в трех-кальциевый. Поэтому пропаривание и автоклавную обработку изделий на глиноземистом цементе не производят.

При пониженных положительных температурах твердение происходит менее интенсивно, но все же значительно быстрей, чем портландцемента.

При охлаждении массы цемента (бетона) ниже -2 °С твердение его с водой практически прекращается, поэтому для твердения необходимо обеспечить оптимальные температурные условия.

Различают 2 вида глиноземистого цемента:

  • обычный глиноземистый цемент (содержит  73—75% глинозема, до 1% кремнекислоты и менее 0,5% оксида железа, состоит в основном из диалюмината кальция — СА2 и небольшого количества геленита и моноалюмината, температура плавления сырья 1450-1480С)
  • высокоглинозёмистый цемент (при наличии 60—65% глинозема содержит 2—3 % кремнекислоты, температура плавления сырья  - 1700-1750С)

Глиноземистый цемент выпускается по ГОСТ 969-91 трех марок: ГЦ-40, ГЦ-50, ГЦ-60. Марку цемента определяют в возрасте трех суток после изготовления образцов.

 

 

п/п

Физико-механические показатели

Значение для марки цемента

1

Предел прочности при сжатии, МПа, не менее в возрасте:

40

50

60

 

1 сут.

22,5

27,4

32,4

 

3 сут.

40

50

60

2

Тонкость помола:

 

Остаток на сите с сеткой № 008 по ГОСТ 6613, % не более

10

10

10

3

Сроки схватывания:

 

начало, мин., не ранее

45

45

45

 

конец, час., не позднее

10

10

10

Учитывая дефицитность сырья (бокситов) и значительную стоимость глиноземистого цемента, его выпускают в сравнительно небольших количествах (менее 1 % от общего выпуска цемента).

Применяют данный вид цемента для изготовления бетонных и железобетонных сооружений, когда расчетная прочность бетона должна быть достигнута в течение 1-х, 2-х, или 7 суток; для строительства морских и подземных сооружений, где требуется повышенная сульфатостойкость; для тампонирования холодных нефтяных скважин, тампонирования трещин в породах при большом дебите воды; для заделки пробоин в судах морского транспорта; для быстрого устройства фундаментов под машины, заливки анкерных болтов, восстановления поврежденных зданий и мостов; для изготовления сборных железобетонных изделий на заводах ЖБИ и строительных площадках, где глиноземистый цемент играет роль ускорителя твердения бетона; для изготовления емкостей и других сооружений, где глиноземистый цемент придает повышенную стойкость против органических кислот, соединений серы, серной кислоты, молочной кислоты, соляного раствора, крахмала и для изготовления огнеупорных бетонов и штучных изделий с огнеупорностью до 1700 °C.

Кроме того, на основе глиноземистого цемента в смеси с жаростойкими заполнителями изготовляют бетоны, которые хорошо сопротивляются действию высоких температур (1000°С и выше). Глиноземистый цемент используют также для получения расширяющихся цементов: водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ), водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ), гипсоглиноземистый расширяющийся цемент(ГГРЦ).

Ведущим дистрибьютором глиноземистого цемента, а так же других огнеупорных материалов является ООО "ОгнеупорЭнергоХолдинг" - тел. (495) 617-01-74.

В компании представлен широкий ассортимент огнеупорных материалов различных  видов и марок по приемлемым ценам, с которыми Вы можете ознакомиться на сайте OGNEYPOR.RU

Сырье для производства SrAC

1. Сырье и обработка сырья

Для синтеза алюминатного цемента стронция необходимо найти надлежащий источник стронция (SrO) и оксида алюминия (Al 2 O 3 ).

Два основных минерала стронция - это его карбонат, стронцианит (SrCO 3 ) и более распространенный сульфатный минерал целестит (SrSO 4 ). Уильям Круикшанк в 1787 году и Адэр Кроуфорд в 1790 году независимо обнаружили стронций в минерале стронцианите, небольшие количества которого связаны с минералами кальция и бария.Они определили, что стронцианит был совершенно новым минералом и отличался от барита и других минералов бария, известных в то время. В 1808 году сэр Хамфри Дэви выделил стронций электролизом смеси влажного гидроксида или хлорида стронция с оксидом ртути с использованием ртутного катода. Элемент был назван в честь города Стронциан в Шотландии, где был обнаружен минерал стронтианит [91].

Оксид стронция (SrO) является первым существенным компонентом клинкера из алюмината стронция.Следовательно, карбонат стронция (SrCO 3 ) является наиболее подходящим исходным материалом для синтеза клинкера из алюмината стронция. В природе SrCO 3 встречается в виде редкого орторомбического минерала , стронцианита [1] - (пространственная группа Pcmn ) и вместе с изоструктурными минералами арагонитом (CaCO 3 ), витеритом (BaCO 3 ) и церусситом (PbCO ). 3 ) относится к безводным карбонатам из группы арагонита [1] - [92,93].

Структура стронцианита (рис.1 (а)) основан на изолированных треугольниках [CO 3 ] 2-, которые размещены слоями, перпендикулярными оси c . Слой имеет две структурные плоскости, в которых ионы [CO 3 ] 2- ориентированы в противоположном направлении. Между этими слоями размещены катионы с координационным числом 9.

Рисунок 1.

Структура стронцианита состоит из изолированных [CO3] 2-треугольников, расположенных в слои с ионами Sr2 + в пространстве между слоями.

Природные и искусственно синтезированные бинарные ( арагонитов до 14 мол.% Sr [94], стронтианитов от до 27% Ca [94], витеритов [94], баритокальцитов [95]) или тройных твердых растворов ( альстонитов [94]) этих карбонатов интенсивно изучены с целью выяснения механизма их образования, их структуры, термодинамической устойчивости и люминесцентных свойств.

Минералы карбоната кальция включают значительное количество стронция из морской воды, когда они осаждаются. Естественно, что наиболее изучены твердые растворы стронцианита с кальцитом и арагонитом (Ca x Sr 1-x CO 3 ).Существует разрыв несмесимости в диапазоне 0,12 (арагониты) < x <0,87 (стронтианиты) в условиях окружающей среды, который исчезает при температуре ~ 107 ° C [92,94,96,97-100].

Таким образом, природные источники SrCO 3 редки и не имеют промышленного значения, карбонат стронция, а также другие соединения, такие как нитрат стронция, оксид и хлорид стронция, получают из орторомбического минерала целестита [1] - (SrSO 4 , пространственная группа Pnma с параметрами ячейки a = 8.359 Å, b = 5,352 Å, c = 6,686 Å и Z = 4), используя методы, описанные в главе 2.1.1. Структура целестита состоит из изолированных тетраэдров [SO 4 ] 2- и ионов Sr 2+ (рис.2).

Рисунок 2.

Структура целестита (а) и распределение крупных месторождений целестита в мире (б).

Целестит вместе с изоструктурным баритом (BaSO 4 ) и англезитом (PbSO 4 ) относятся к безводным сульфатам из группы барита [1] -.Подобно твердым растворам карбонатов, упомянутым выше, в морской среде сосуществуют также целестит и барит (BaSO 4 ) со значительной долей Sr и Ba в твердых растворах. Поэтому лучше идентифицировать барит, взвешенный в морской воде, как стронциановый барит (Sr x Ba 1-x SO 4 ) [101].

Вторым важным компонентом алюминатного цемента стронция является оксид алюминия (Al 2 O 3 ).Наиболее стабильной кристаллической формой Al 2 O 3 является полиморфная модификация гексагонального корунда ( α -Al 2 O 3 ) из пространственной группы R 3¯C [1] -. Кристаллическая структура корундового типа типична для других оксидов, таких как гематит (Fe 2 O 3 ), эсколаит (Cr 2 O 3 ), карелианит (V 2 ). O 3 ) и тистарит (Ti 2 O 3 ).Следовательно, природные минералы часто окрашиваются примесью этих элементов, например. Рубин окрашен в красный цвет Cr, а синий сапфир - на Fe и Ti. Это означает, что эти элементы также интересны с точки зрения модификации свойств (процесса спекания, гидратации и схватывания) алюминатного цемента стронция. Этой теме посвящены главы 4 и 5 [424].

Чистый оксид алюминия встречается относительно редко, но монокристаллы драгоценных камней, таких как сапфир (бесцветный) или рубин (красный из-за содержания хрома), можно найти в природе [424].Промышленное производство Al 2 O 3 основано на процессе производства бокситов Байера. Основная часть производимого глинозема используется в металлургии для производства алюминия по процессу Холла-Эру [102-105].

Применение Al 2 O 3 в керамике включает производство глиноземного фарфора и керамики на основе оксида алюминия, керамики ZTA (закаленный оксид алюминия) и такие области применения, как электрокерамика, строительная керамика, фасонные и неформованные огнеупорные изделия, абразивные материалы. материалы и др. [106-112].С точки зрения объемов производства поликристаллический оксид алюминия является наиболее часто используемым материалом в качестве керамики для структурных применений. Однако по сравнению, например, с нитридом кремния (глава 6), где влияние различных добавок на микроструктуру и свойства хорошо изучено и изучено, оксид алюминия остается материалом со многими неизвестными факторами, которые еще предстоит выявить. Материалы на основе оксида алюминия можно условно разделить на три группы [424]:

  • Твердотельные спеченные оксиды алюминия: позволяют получать нанокристаллические материалы с превосходными механическими свойствами и хорошо спеченную керамику, прозрачную для видимого света [113,114].

  • Жидкофазный спеченный оксид алюминия (LPS): является существенной частью промышленных материалов на основе оксида алюминия. В качестве спекающих добавок используются кремнезем, оксиды щелочных металлов и оксиды щелочноземельных металлов [115-117].

  • Композиты на основе оксида алюминия: Нанокомпозиты на основе ZTA и оксида алюминия с неоксидными фазами, такими как SiC или TiC [118-123].

Получение монокристаллов Al 2 O 3 основано на процессе Вернейля , заключающемся в плавлении в пламени в области высоких температур от 1500 до 2500 ° C [124-127].Боксит (рис. 3) также используется для производства алюминатного цемента [128] или кальцинируется и используется как открывающий материал для огнеупорных изделий [129-131].

Рис. 3.

СЭМ-изображение обожженного зерна боксита.

Для получения абразивных, огнеупорных и керамических изделий хорошего качества необходимо уменьшить содержание примесей. Химические процессы включают пирохимические методы, методы кислотного выщелачивания или альтернативы восстановительному растворению. Пирохимические методы включают обработку бокситов при высокой температуре такими газами, как H 2 , Cl 2 или безводным HCl [132, 133].Методы кислотного выщелачивания основаны на применении сильных неорганических кислот, таких как HCl или H 2 SO 4 [134-137].

Серьезная проблема этих методов заключается в том, что выщелачивание железа часто сопровождается существенным совместным растворением гидроксидов алюминия, особенно при обработке гибситовых и бемитовых руд. Селективное растворение железа может быть достигнуто в мягких восстановительных условиях. В этом случае растворение оксидов Fe (III) происходит за счет восстановления трехвалентного железа до двухвалентного состояния.Широко признано, что биологические механизмы часто участвуют в мобилизации железа в природных системах. В частном случае бокситов биологическая активность железоредуцирующих микроорганизмов наиболее вероятно вовлечена в образование бокситов, обедненных железом серого цвета [138, 139].

Поскольку при производстве глинозема из бокситовых руд требуется большое количество каустической соды и образуется большое количество жидких отходов « красный шлам », были исследованы альтернативные процессы производства алюминия и алюминиевых сплавов путем карботермического восстановления бокситовых руд.Последовательность восстановления оксидов металлов в бокситовых рудах - это оксиды железа, затем диоксид кремния и диоксид титана, а затем оксид алюминия (рис. 4). Металлическое железо образуется при температурах ниже 1100 ° C. При температуре 1200 ° C или выше образуется фаза ферросплава с кремнием и алюминием. Карбиды титана, кремния и алюминия образовывались карботермическим восстановлением. Металлы образовывались и растворялись в фазе ферросплава, которая после насыщения выделялась в виде карбидов металлов, распределенных внутри фазы сплава в виде включений или вокруг частиц сплава [140, 141].

Рис. 4.

Процесс, предложенный для одновременного извлечения железа, алюминия и титана из красного шлама [146].

Также изучается возможность использования технологических остатков Bayer в производстве цемента. В предыдущих работах был предложен способ обработки красного шлама насыщенным раствором Ca (OH) 2 с последующим добавлением 3% H 2 SO 4 для удаления Na. После нагрева обработанный материал предлагается для использования в производстве цемента. Основная часть красного шлама представлена ​​гематитом и глиноземистыми фазами (рис.7), участвующих в производстве гидравлических кристаллических фаз C 3 A и C 4 AF. Затем богатые железом отходы могут быть использованы для производства сульфатостойких цементов [142]. Другой вариант включает такие области применения, как катализаторы и адсорбенты, керамика, покрытия и пигменты, очистка сточных вод и газов, восстановление основных и второстепенных металлов [143-146].

Байер предположил, что [143]: «Красный железосодержащий остаток, который образуется после переваривания, хорошо оседает и при достаточной практике может быть отфильтрован и промыт.Благодаря высокому содержанию железа и низкому содержанию оксида алюминия, его можно соответствующим образом обработать или переплавить с другими железными рудами до железа ». Концепция остатков боксита как ресурса железа была проверена рядом рабочих за прошедшие 120 лет, однако «соответствующий способ» обработки остается неясным [144].

Алюминиевые гели, соли (сульфаты, нитраты или хлориды) или алкоксиды и передовые технологии производства керамики могут применяться для получения продуктов высокой чистоты (см. Главу 9).Боксит представляет собой смесь гидроксидов и оксигидроксидов алюминия, таких как бемит, диаспор и гиббсит, с различным содержанием примесных минералов. Основными из них являются гетит, лепидокрокит, гематит, магнетит, каолинит, хлориты, кальцит, анатаз, фосфаты и др. [148].

Бокситы, как первичный источник алюминия, представляют собой типичное скопление выветрившейся континентальной коры [147,148]. Обычно считается, что бокситы относятся к трем основным генетическим типам [149–152]:

  1. Латерические бокситы (иногда называемые экваториальными) образуются из выветрившихся первичных алюмосиликатных пород в экваториальном климате, составляющем около 90% мировых запасов бокситов .Латеритный боксит обычно образуется в результате латеритизации на месте, поэтому наиболее важными факторами при определении степени и степени его содержания считаются состав материнской породы, климат, топография, дренаж, химический состав и движение подземных вод, расположение уровня грунтовых вод, микробная активность и продолжительность процессов выветривания.

  2. Осадочные бокситы в основном образуются в результате накопления латеритных бокситовых отложений во время механического переноса поверхностных потоков.Кроме того, последующее выветривание и перенос Al и Fe играют существенную роль в бокситизации, которая не только поддерживает образование бокситов из каолиновых глин, но также способствует обогащению первичных обломочных руд.

  3. Карстовые бокситы названы в честь их приуроченности к карстовым зонам с карстифицированными или карстифицирующими карбонатными породами. Отложения карстового типа происходят из самых разных материалов в зависимости от области происхождения.

Рисунок 5.

Распространение сверхкрупных месторождений бокситов по всему миру [152].

Каждая генетическая группа бокситов испытала разделение алюминия (Al) и кремния (Si) в результате накопления Al, а также удаление Si, щелочных металлов и редкоземельных элементов из материнской породы (осадка) во время ее выветривания [148 ].

Месторождения бокситов (Рис.5) образуются в основном при атмосферном давлении и температуре на (под) поверхности континентов. Обилие биодоступного железа, питательных элементов, серы и органического углерода делают бокситы пригодными для обитания микроорганизмов, поэтому они становятся редкими геологическими объектами, которые могут сохранять записи о микробиологической активности на поверхности континентов при сильных погодных условиях.В результате деятельности микроорганизмов может образовываться семейство минералов с особой морфологией и составом стабильных изотопов. Месторождения бокситов были детально изучены из-за их экономической ценности. Они играют важную роль в изучении палеоклимата и палеогеографии континентов, поскольку содержат немногочисленные записи о выветривании и эволюции континентальных поверхностей [148].

1.1. Промышленное и лабораторное производство SrCO 3

Химическая промышленность потребляет более 95% добытого целестита для преобразования в другие соединения стронция.Основные примеси в целеститовых рудах - кальцит (CaCO 3 ), гипс (CaSO 4 2H 2 O), кварц (SiO 2 ) и глинистые минералы. Методы гравитационного разделения и флотация [1] в основном используются для отделения этих примесей из-за высокой эффективности и низких эксплуатационных затрат. Кроме того, процесс не требует использования других химикатов для очистки и оказывает незначительное воздействие на окружающую среду. С другой стороны, эффективность этих методов приготовления целеститового концентрата зависит от текстуры руды, а также от типа и количества связанных примесей [153-155].Другой наиболее важный фактор - размер частиц. Чрезвычайно мелкий размер частиц должен быть достигнут путем измельчения для выделения целестита и кальцита [156]. Разница в измельчаемости позволяет отделить целестит от гипса дифференциальным измельчением [157].

Сдвиговая флокуляция [1] мелкодисперсной суспензии целестита с додецилсульфатом натрия (SDS, C 12 H 25 SO 4 Na) или с анионным алкилсукцинатным поверхностно-активным веществом может проводиться в широком диапазоне pH (3 - 11), но максимальная эффективность достигается при pH 7.Повышение концентрации поверхностно-активного вещества положительно влияет на ход процесса. Наиболее распространенными неорганическими диспергаторами являются силикат натрия, фосфат натрия и полифосфат натрия. Исследование взаимного влияния добавок показывает, что силикат натрия сильно препятствует флокуляции сдвига целестита с додецилсульфатом натрия, но при использовании анионного алкилсукцинатного ПАВ диспергирующий эффект SDS невелик. В присутствии полифосфата натрия сдвиговая флокуляция суспензии целестита медленно увеличивается для обоих поверхностно-активных веществ.Подобное увеличение можно также наблюдать для фосфата натрия в присутствии SDS. Однако фосфат натрия диспергировал суспензию целестита в присутствии анионного алкилсукцинатного ПАВ [158]. Натрийолеат (натриевая соль цис-9-октадеценовой кислоты) и ацетат амина твердого жира (ТАА) были более эффективными для суспензий целестита в диапазонах pH 7–11 и 6–10, соответственно [159].

Поверхность целестита становится гидрофобной за счет адсорбции додецилсульфата на поверхности. Додецилсульфат натрия также эффективен для флотации целестита в растворе, не содержащем карбонатных частиц, в широком диапазоне pH от 3 до 11.Поверхностное преобразование целестита в карбонат стронция, которое происходит при pH ≥ 7,8, приводит к тому, что дзета-потенциал целестита становится более отрицательным и впоследствии становится похожим на таковой у карбоната стронция. Сульфат-ионы обмениваются на карбонат-ионы в кристаллической решетке целестита, поэтому частицы CO 3 2- и HCO 3 -, вероятно, ответственны за отрицательное увеличение дзета-потенциала. Поверхностное превращение целестита в карбонат стронция не влияет на плавучесть до pH 10.Когда pH выше 10, концентрация видов CO 3 2- и HCO 3 - в водном растворе становится очень естественной, и снижение плавучести, вероятно, вызвано абсорбцией этих частиц на газированных растворах. поверхность целестита [155].

Характеристики коагуляции и флокуляции целестита неорганическими солями, такими как CaCl 2 , MgCl 2 и AlCl 3 , показывают, что ион магния более эффективен в суспензии целестита, чем ионы кальция и алюминия при высоких уровнях pH. .Эффект значительно варьировался в зависимости от концентрации. В то время как ионы кальция и магния не были эффективны для суспензии при pH ниже нейтрального, ион алюминия вызывал стабилизацию суспензии целестита при этих уровнях pH [160].

Как правило, агрегация мелких частиц может быть достигнута путем нейтрализации электрического заряда взаимодействующих частиц путем коагуляции, или флокуляция может быть проведена путем сшивания частиц полимолекулами [161]. Значение pH изоэлектрической точки целестита, определенное методом затрудненного осаждения, составляет 2.6 [160].

Существует два основных процесса производства SrCO 3 из SrSO 4 [162]:

  1. Пирогидрометаллургический процесс или метод черной золы;

  2. Гидрометаллургический процесс.

Первый из них - « пирогидрометаллургический процесс или черная зола метод ». Целестит карботермически восстанавливается до водорастворимого сульфида (SrS), который затем растворяется в горячей воде [1]. Первая твердотельная реакция во время карботермического восстановления происходит при температуре до 400 ° C [163]:

SrSO4 (s) +4 C (s) → SrS (s) +4 CO (г) E1

После образования поверхностного слоя продукта дальнейшее развитие реакции 1 тормозится.Образовавшийся диоксид углерода диффундирует через слой и вступает в реакцию с целеститом в соответствии со следующей реакцией:

SrSO4 (т) + 4 CO (г) → SrS (т) +4 CO2 (г) E2

Диоксид углерода диффундирует дальше из зоны реакции и генерирует больше CO в соответствии с реакцией Будуара, если температура ≥ 720 ° C:

CO2 (г) + C (с) ↔2 CO (г) E3

Это означает, что прямая реакция целестита с углеродом (уравнение 1) имеет мало важно, и SrSO 4 может быть преобразован в SrS при температуре выше, чем равновесная реакция Будуара .Важным фактором процесса 2 является потенциал восстановления газовой фазы, определяемый отношением парциальных давлений p CO / p CO2 . Было также замечено, что скорость карботермического восстановления значительно возрастает, если целеститовый концентрат и углерод измельчают вместе. Для получения водорастворимого сульфида стронция необходимы температуры в диапазоне от 1100 до 1300 ° C с избытком металлургического кокса.

Растворение сульфида стронция в горячей воде можно выразить следующей гетерогенной реакцией [164]:

SrS (s) + h3O (l) → Sr2 + (водн.) + HS- (водн.) + OH- (водн.) E4

Ур.4 показывает, что pH выщелачивающего раствора увеличивается от почти нейтрального до значения 11,5 - 12,5 по мере увеличения концентрации ионов OH - . Следует избегать чрезвычайно высоких значений pH (pH> 14), чтобы предотвратить осаждение в системе гидроксида стронция [1] -:

Sr2 + (водн.) +2 HO2 (l) → Sr (OH) 2 (s) + 2H + (водн.) E5

Значение константы равновесия K при 25 ° C составляет 3,55 10 -29 , т.е. log K = -28,45. Следовательно, концентрация Sr (OH) 2 в выщелачивающем растворе (рис.6) может быть выражено как:

log10 [Sr2 +] = 28,45−2 pHE6

Это означает, что выщелачивание SrS необходимо проводить в относительно слабощелочной среде, чтобы обеспечить высокую концентрацию стронция в растворе. Растворимость гидроксида стронция увеличивается при повышении температуры. Таким образом, выщелачивание и осаждение SrCO 3 при более высоких температурах означает, что образование осадков Sr (OH) 2 уменьшается.

С другой стороны, при выщелачивании при pH <7 образуется газообразный сероводород:

HS- (aq) + H + (aq) ↔h3S (g) E7

Образование газообразного сероводорода происходит на ранних стадиях выщелачивания, когда pH суспензии относительно низкий.

Введение газообразного диоксида углерода или карбонизирующего агента, такого как кальцинированная сода, приводит к осаждению карбоната стронция из перенасыщенного раствора (уравнение 13). Последовательность стадий реакции включает растворение диоксида углерода в растворе и in situ образование угольной кислоты (H 2 CO 3 , уравнение 8), диссоциацию H 2 CO 3 (уравнение .9 с константой равновесия ( K ´), заданной уравнением 10), диссоциация бикарбонатных частиц (уравнение.11 с константой равновесия ( K ´´), заданной уравнением 12) и осаждением карбоната стронция (уравнение 13 с ионным продуктом ( P ), заданным уравнением 14) [163-165].

h3CO3↔H + (водн.) + HCO3- (водн.) E9K ′ = [H +] [HCO3 -] [h3CO3] E10K ″ = [H +] [CO32 -] [HCO3-] E12Sr2 + (водн.) + CO32- (водн.) → SrCO3 (s) E13

Растворимость карбоната стронция составляет 5,6 10 -10 при температуре 25 ° C и снижается до 1,32 10 -10 при температуре 100 ° C. Реакция гидролиза приводит к щелочности водного раствора SrCO 3 .

Рис. 6.

Влияние pH на равновесную концентрацию ионов Sr2 + и SrOH + в растворе.

Уравнения 8-14 показывают, что для осаждения каждого моля SrCO 3 требуется один моль газообразного CO 2 . Концентрация ионов CO 3 2- в выщелачивающем растворе для данного pH выражается следующим законом:

log10 [CO32 -] = log10K ″ + pH + log10 [HCO3-] E15

Если pH выщелачивающего раствора выше 7, ионы H + , образованные реакцией 11, нейтрализующей анионы OH - , высвобождаются во время выщелачивания SrS (ур.4).

В целом, метод черной золы считается более экономичным, чем другие альтернативы [165].

Второй способ получения карбоната стронция - это метод прямого преобразования или гидрометаллургический метод . Карбонат стронция получают путем введения порошка SrSO 4 в горячий раствор Na 2 CO 3 , где происходит следующий процесс превращения:

SrSO4 + Na2CO3 → SrCO3 + Na2SO4E16

или лучше:

SrSO4 (s) + CO32- (водн.) → SrCO3 (т.) + SO42- (водн.) E17

Влияние условий эксперимента на процесс включает влияние температуры, отношения твердой и жидкой фаз, размера частиц, скорости перемешивания, Na 2 CO 3 : молярное соотношение SrSO 4 и т. Д.Скорость превращения целестита в карбонат стронция увеличивается с увеличением температуры до 70 ° C [165-170]. Подготовленный карбонат или сульфид далее превращается в другие соли стронция [91].

Также можно использовать карбонат аммония ((NH 4 ) 2 CO 3 ) [1] - и бикарбонат (NH 4 HCO 3 ) вместо кальцинированной соды для конверсии [165,171 -174]:

SrSO4 + (Nh5) 2CO3 → SrCO3 + (Nh5) 2SO4E18

(в кипящей смеси) SrSO4 + (Nh5) 2CO3 → SrCO3 + 2Nh4 + SO3 + h3O

SrSO4 (s) + 2HCO3- (водн.) ) + SO42- (водн.) + H3O (l) + CO2 (г) E19

Существует также альтернатива в механохимическом синтезе, где интенсивно измельчается смесь SrSO 4 и NH 4 HCO 3 .Затем растворимый сульфат аммония удаляется выщелачиванием продукта в воде [165].

Более того, в современной литературе описано множество специальных методов получения SrCO 3 . Эти методы включают получение карбоната стронция путем твердофазного разложения из неорганического предшественника [746]. Простые методы растворения [175], сольвотермический синтез [176-178], метод кипячения с обратным холодильником [188] гидротермальный синтез [179-182], ультразвуковой метод или сонохимический синтез [183,184], синтез с помощью микроволн [185,186] и механохимический синтез [168,187] ] были описаны.В зависимости от применяемой техники приготовления могут быть получены частицы карбоната стронция различной формы, такие как сферы, стержни, усы и эллипсоиды, иглы, цветы, ленты, проволока и т. Д. [188].

Растворимость солей стронция в большинстве случаев выше или ниже, чем у соответствующих солей кальция и бария (Таблица 1).

4 2- 9002 Cr6
Катионы Ca2 + Sr2 + Ba2 +
Анионы Растворимость ОН- 0.160 0,810 3,890
F- 0,0017 0,0175 0,1600
Класс 74,5 53,1 3600 2 900 362 128,8 70,4 9,10
CO 3 2- 0,0014 (25 ° C) 0,00155 (25 ° C) 0,0022 (18 ° C)
0.20 0,0148 0,00023
C 2 O 4 2- 0,00058 0,0048 0,0125
0,00037

Таблица 1.

Растворимость солей щелочноземельных металлов при температуре 20 ° C.

Металлический стронций можно получить путем электролиза смешанного расплава хлорида стронция и хлорида калия в графитовом тигле с использованием железного стержня в качестве катода.Верхнее катодное пространство охлаждается, и металлический стронций собирается вокруг охлаждаемого катода и образует стержень. Металлический стронций можно также получить термическим восстановлением его оксида алюминием. Смесь оксида стронция с алюминием нагревают при высокой температуре в вакууме. Стронций собирают перегонкой в ​​вакууме. Стронций также является восстановителем. Восстанавливает оксиды и галогениды металлов при повышенных температурах до металлической формы.

Стронций также получают восстановлением его амальгамы, гидрида и других солей.Амальгама нагревается, и ртуть отделяется перегонкой. Если используется гидрид, его нагревают до 1000 ° C в вакууме для разложения и удаления водорода. Такое термическое восстановление дает металл высокой чистоты, который на воздухе окисляется до SrO. Металл пирофорен, и SrO, и SrO 2 (пероксид стронция) образуются при воспламенении на воздухе. При нагревании газообразным хлором или парами брома стронций ярко горит, образуя галогениды (SrCl 2 или SrBr 2 ).При нагревании с серой образует сульфид (SrS) [91].

Стронций активно реагирует с водой и соляной кислотой, образуя гидроксид Sr (OH) 2 или хлорид (SrCl 2 ) с выделением водорода [91]:

Sr + 2 h3O → Sr (OH) 2 + h3E20

Когда при нагревании под водородом он образует ионный гидрид (SrH 2 ), стабильную кристаллическую соль. При нагревании металлического Sr в токе азота выше 380 ° C образуется нитрид (Sr 3 N 2 ).

.

Использование хвостов железной руды в качестве сырья для производства портландцементного клинкера

Цементная промышленность в течение некоторого времени искала альтернативное сырье для производства портландцементного клинкера. Целью этого исследования было изучение возможности использования хвостов железной руды (IOT) для замены глины в качестве глиноземисто-силикатного сырья для производства портландцементного клинкера. Для этого были приготовлены два вида клинкера: один был приготовлен IOT; другой был приготовлен из глины в качестве образца.Реакционная способность и горючесть сырьевой муки, минералогический состав и физические свойства клинкера, а также характеристики гидратации цемента были изучены с помощью анализа горючести, дифференциального термического анализа, рентгеноструктурного анализа и анализа гидратации. Результаты показали, что сырая мука, содержащая ИОТ, имела более высокую реакционную способность и горючесть, чем сырая мука, содержащая глину, и использование ИОТ не влияло на формирование характерных минералогических фаз портландцементного клинкера. Кроме того, физико-механические характеристики двух цементных клинкеров были одинаковыми.Кроме того, было обнаружено, что использование IOT улучшает измельчаемость клинкера и снижает теплоту гидратации портландцемента. Эти данные позволяют предположить, что IOT может заменить глину в качестве алюмосиликатного сырья для изготовления портландцементного клинкера.

1. Введение

IOT - это твердые отходы, образующиеся в процессе обогащения при обогащении железной руды, и являются одной из основных проблем загрязнения в горнодобывающей промышленности. Непрерывное развитие черной металлургии привело к увеличению объемов IOT; ежегодно выгружается более 300 миллионов тонн IOT, но полный коэффициент использования IOT все еще составляет менее 10%; накопление запасов по-прежнему является наиболее распространенным и экономичным способом управления IOT [1, 2].Однако огромное количество накопленного IOT создает ряд экологических и социальных проблем. В последние годы IOT как вторичный ресурс привлек большое внимание во многих странах мира. В настоящее время исследования по комплексному использованию ИВ в основном сосредоточены на переработке полезного металла и производстве строительных материалов, среди которых использование ИВ для производства строительных материалов является более эффективным решением для восстановления ресурсов и управления ИВ [3, 4] .Использование IOT в качестве сырья для строительной индустрии не только потребляет большое количество IOT и обеспечивает нулевые выбросы отходов IOT, но также полезно для защиты природных минеральных ресурсов.

Производство портландцементного клинкера требует большого количества природных ресурсов (известняк, глина и т.д.), и глина широко используется в качестве традиционного алюмосиликатного сырья по уважительным причинам [5]. Цементная промышленность претерпела огромное развитие за последние десятилетия, но она вызывает чрезмерную эксплуатацию глинистых ресурсов и значительный ущерб окружающей среде.В настоящее время цементная промышленность сталкивается с проблемой недостаточного снабжения сырьем и защиты окружающей среды, поэтому в течение некоторого времени она ищет альтернативное сырье для производства портландцементного клинкера. Хорошо известно, что различные промышленные твердые отходы использовались в качестве альтернативного сырья при производстве портландцементного клинкера, такие как стальной шлак, зола шлама и керамические отходы [6–9]. Благодаря высокому содержанию кремнезема и железа, IOT можно использовать в качестве силикатного или железосодержащего корректирующего материала при производстве портландцементного клинкера, но потребление IOT довольно низкое.Кроме того, влияние использования IOT в качестве сырья на свойства сырьевой муки и гидратацию портландцемента также редко обсуждалось. По сравнению с использованием IOT в качестве корректирующего материала, использование IOT в качестве алюмосиликатного сырья для производства портландцементного клинкера может потреблять больше IOT и снизить добычу глины; однако пока имеется мало информации о замене глинозема в качестве глиноземистого сырья для изготовления портландцементного клинкера IOT.

В данной статье исследовалась возможность использования IOT для полной замены глины в качестве алюмосиликатного сырья для производства портландцементного клинкера; Свойства сырьевой муки, клинкера и цемента были изучены с помощью анализа горючести, дифференциального термического анализа, рентгеноструктурного анализа и гидратационного анализа. С одной стороны, это может решить экологические проблемы IOT и улучшить комплексную степень использования IOT. С другой стороны, он может стать альтернативным алюмосиликатным сырьем для цементной промышленности.

2. Материалы и методы
2.1. Материалы

В этом исследовании IOT был получен на обогатительной фабрике в провинции Хэнань. Глина была с кирпичного завода в Шияне, а железная руда - с группы Jiugang. Известняк и кварцевый песок были приобретены у компаний Huangshi XinHai Trade Co., Ltd. и Jingyou Sand Co., Ltd. соответственно. В качестве сырья для производства портландцементного клинкера использовались IOT, глина, известняк, кварцевый песок и железная руда. В эксперименте использовались два разных типа алюмосиликатного материала (глина и IOT).Известняковый материал - известняк. Кварцевый песок и железная руда использовались в качестве корректирующих материалов для корректировки содержания силиката и железа в сырьевой муке соответственно.

Основной химический состав сырья показан в таблице 1. Химический состав IOT показан в дополнительном материале, доступном на сайте http://dx.doi.org/10.1155/2016/1596047. Основной компонент IOT и глины аналогичен, а содержание алюминия в IOT довольно высокое, что относится к типу богатых алюминием.Опасными веществами IOT являются SO 3 и Cl, но их содержание очень низкое. Диаграмма XRD (рис. 1) показывает, что основными минеральными фазами IOT являются феррочермакит и анортит, в то время как авгит и клинохлор встречаются как второстепенные фазы. Однако кварц не обнаруживается на рентгенограмме IOT, которая является частым компонентом IOT. SiO 2 в амфиболе и полевом шпате легче комбинировать с CaO в процессе спекания, чем в кварце, что означает, что IOT имеет относительно высокую реакционную способность.Следовательно, IOT представляется подходящим альтернативным алюмосиликатным сырьем для производства портландцементного клинкера.




Материалы Потери SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO SO 3

IOT 1.22 45,41 19,07 10,86 12,41 7,23 0,44
Глина 4,34 65,44 17,27 5,53 0,98 1,59 0,10 1,59 L 900 42,97 0,49 0,16 0,05 55,78 0,35 0,12
Кварцевый песок 0,21 97.83 0,52 0,20 0,27 0,10 -
Железная руда 10,23 32,69 8,05 33,60 1,92 2,84 3,50

2.2. Подготовка образцов

Модуль клинкера всегда использовался для контроля производства портландцементного клинкера. Композиционные параметры модуля клинкера перечислены ниже:

Были приготовлены два вида образцов; один был приготовлен с использованием глины в качестве эталона (RM-1), а другой был приготовлен IOT (RM-2).Модули клинкера двух образцов были приведены к одинаковым значениям (KH = 0,90, SM = 2,50 и IM = 1,50). Соотношения компонентов двух образцов в смеси показаны в таблице 2.


Образец IOT Глина Известняк Кварцевый песок Железная руда

РМ-1 - 17,65 77,08 1.38 3,89
RM-2 17,31 - 75,07 6,31 1,31

Кварцевый песок прошел через сито 0,08 мм путем измельчения, потому что крупный кварцевый песок отрицательно влияет на горючесть шрота. Сырьевая мука была сформирована в виде небольших сфер диаметром 15 мм и затем высушена в печи при 105 ° C в течение 1 часа. Эти маленькие сферы обжигались при 1450 ° C в течение 1 часа.После процесса спекания полученные клинкеры быстро охлаждали до комнатной температуры. Полученные клинкеры измельчали ​​с 5% гипса по весу в течение 2 минут в лабораторной колеблющейся мельнице для получения портландцемента.

Цементные пасты были приготовлены для исследования продуктов гидратации портландцементного клинкера. Пасты были приготовлены с отношением воды к твердым веществам 0,3 и отверждены в стандартной камере для отверждения. На 3 и 28 сутки гидратацию паст прекращали спиртом и сушили при 80 ° C в вакуумном сушильном шкафу в течение 24 часов для дальнейшей характеристики.

2.3. Методы испытаний

Химический состав сырья определялся методом рентгеновской флуоресценции (AXIOS).

Минеральный состав IOT, клинкеров и пасты был проанализирован методом дифракции рентгеновских лучей (D / MX-IIIA).

Испытания на горючесть цементной сырьевой муки проводились в соответствии с Китайским национальным стандартом GB / T 26566-2011. Цементную сырьевую муку обжигали при 1350 ° C, 1400 ° C и 1450 ° C в течение 30 минут соответственно. Содержание свободной извести в клинкерах анализировали глицерин-этанольным методом.

Анализ реакционной способности сырьевой муки проводился с помощью дифференциального термического анализа (STA 449F3).

Механические испытания цемента проводились в соответствии с китайским национальным стандартом GB / T 17671-1999.

Физические свойства цемента были исследованы в соответствии с китайским национальным стандартом GB / T 1346-2001.

Теплота гидратации цемента измерялась микрокалориметром (C80, SETARAM). Водоцементное соотношение составляло 0,5, время гидратации составляло 3 дня.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Характеристика сырых продуктов
3.1.1. Реакционная способность сырьевой муки

Реакционная способность сырьевой муки определяется скоростью реакции сырья и связана с его минеральными характеристиками. Реактивность сырой муки изучали методом ДСК. Кривые нагрева методом ДСК для двух образцов представлены на рисунке 2. В процессе спекания образование клинкерных минералов сопровождается эндотермическими и экзотермическими реакциями.Эндотермический пик около 830 ° C объясняется термическим разложением известняка. Экзотермический пик между 1230 ° C и 1260 ° C приписывается реакциям в твердом состоянии, что означает постепенное образование C 3 A, C 4 AF и C 2 S [9]. Эндотермические пики около 1330 ° C приписываются спеканию жидкой фазы и образованию C 3 S. Из рисунка 2 видно, что температура твердофазных реакций RM-2 может быть на 30 ° C ниже. чем РМ-1, но температура разложения известняка и температура спекания жидкой фазы в двух образцах практически одинаковы.Результаты анализа DSC показывают, что использование IOT в качестве алюмосиликатного материала способствует твердофазным реакциям и улучшает реакционную способность сырьевой муки, в то время как это мало влияет на процессы разложения известняка и снижает температуру образования C 3 С. Химический состав IOT, приведенный в дополнительном материале, показывает, что IOT содержит микроэлементы (CuO, TiO 2 , MnO и т. д.), которые могут способствовать твердотельной реакции [10].


3.1.2. Горючесть сырьевой муки

Горючесть сырьевой муки описывает степень сложности образования клинкера в процессе спекания и оценивается по содержанию свободной извести в клинкере. Чем меньше в клинкере свободной извести, тем выше горючесть шрота. Результаты испытаний на горючесть приведены на рисунке 3. Содержание свободной извести в РМ-2 ниже при всех температурах спекания, и реакция процесса спекания после 1350 ° C в основном заключается в образовании C 3 S.Результаты анализа горючести предполагают, что использование IOT улучшило горючесть сырьевой муки и способствовало образованию C 3 S в процессе спекания. Улучшение горючести может быть связано с наличием микроэлементов и особым минеральным составом IOT.


Результаты анализов реакционной способности и горючести показывают, что РМ-2 имеет более высокую реакционную способность и горючесть. По сравнению с глиной, использование IOT в качестве алюмосиликатного сырья для производства портландцементного клинкера может снизить температуру спекания или сократить время спекания в процессе спекания, что может снизить производственные затраты в цементной промышленности.

3.2. Характеристика клинкера
3.2.1. Рентгенограмма клинкера

Рентгеноструктурный анализ двух полученных портландцементных клинкеров приведен на рисунке 4. В обоих клинкерах основными минеральными фазами двух полученных клинкеров были C 3 S, C 2 S, C 3 A и C 4 AF, которые соответствуют характерным минералам типичного портландцементного клинкера [11]. Однако между двумя клинкерами есть небольшая разница в том, что RM-2 содержит меньшее количество C 2 S, что связано с ускорением процесса спекания.Содержание свободной извести в обоих клинкерах очень низкое, поэтому ее нельзя обнаружить на рентгенограмме. Результаты рентгеноструктурного анализа показывают, что использование ИОТ не влияет на формирование характерных минералогических фаз портландцементного клинкера.


3.2.2. Физико-механические испытания

В таблице 3 представлены физико-механические свойства двух произведенных портландцементных клинкеров. Результаты физических испытаний показывают, что использование IOT лишь незначительно повлияло на время схватывания производимого портландцемента.Однако цемент РМ-2 требует большей удельной поверхности и воды. Большая удельная поверхность означает лучшую шлифуемость и приводит к большему расходу воды. Различия в минералогическом составе клинкеров существенно влияют на измельчаемость клинкеров; C 2 S, как известно, является наиболее прочным компонентом всех клинкерных минералов [12]. Измельчение клинкера РМ-2 увеличивается с уменьшением количества C 2 S.


Образец Удельная поверхность (м 2 / кг) Консистенция /% Время схватывания / мин Прочность на изгиб / МПа Прочность на сжатие / МПа
Начальное время Окончательное время 3 дня 28 дней 3 дня 28 дней

RM-1 326.4 23,0 165 225 4,9 8,5 20,7 46,2
RM-2 355,5 23,8 160 235 4,9 8,7 20,8 48,6

Образец портландцемента был изготовлен путем измельчения 95 мас.% Клинкера с 5 мас.% Гипса, и механические свойства полученного образца портландцемента были испытаны на прочность после отверждения. на 3 и 28 дней.Оба раствора дали довольно схожую прочность на изгиб и сжатие за одни и те же дни, а механические характеристики двух клинкеров портландцемента соответствовали характеристикам портландцемента с классом прочности 42,5 МПа, что подтвердило вероятность использования IOT в качестве альтернативного сырья для портландцемента. производство цементного клинкера.

3.3. Характеристика гидратации
3.3.1. Диаграмма XRD пасты

Диаграммы XRD двух паст, гидратированных в течение 3 и 28 дней, представлены на рисунке 5.В обеих пастах продуктами гидратации двух цементных клинкеров являются Ca (OH) 2 и эттрингит. Гидрат силиката кальция (C-S-H) не был обнаружен в течение всего процесса гидратации, предположительно из-за аморфных характеристик самого гидрата силиката кальция [13]. Пики дифракции C 3 S и C 2 S выше в пасте RM-2 через 3 дня, что указывает на то, что скорость гидратации силиката кальция цемента RM-2 ниже. С увеличением времени гидратации пики C 3 S, C 2 S и C 4 AF уменьшаются через 28 дней.


3.3.2. Теплота гидратации цемента

Скорость выделения тепла и теплоты гидратации двух цементных клинкеров за 3 дня показана на рисунке 6. В обоих случаях выделение тепла довольно интенсивное в первые несколько минут прединдукционного периода. Вскоре после этого процесс гидратации задерживается, и скорость выделения тепла быстро снижается в период индукции. Затем появляется второй основной экзотермический пик в результате образования эттрингита и гидратации C 3 S [14].И наконец, в последующий период скорость тепловыделения постепенно снижается. Из рисунка 6 видно, что время окончания индукционного периода для двух цементных клинкеров почти одинаково, время окончания индукционного периода связано со временем схватывания цемента, а результаты анализа индукционного периода хорошо согласуются с результаты физических тестов. RM-2 имеет более слабый экзотермический пик; однако процесс образования эттрингита из двух цементных клинкеров может быть аналогичным в зависимости от времени схватывания двух цементных клинкеров, поэтому более слабый экзотермический пик был обусловлен более низкой скоростью гидратации силиката кальция.Рентгеноструктурный анализ двух паст также дал те же результаты.


Теплота гидратации цемента РМ-2 ниже в ранний период гидратации, что связано с более высокой скоростью высвобождения гидратации цемента РМ-2. Большая удельная поверхность цемента РМ-2 способствует процессу гидратации цемента в начальный период гидратации и приводит к более высокой скорости высвобождения гидратации цемента. Поскольку скорость тепловыделения цемента RM-2 уменьшается быстрее в следующий период, теплота гидратации RM-1 превышает RM-2 примерно через 10 часов, и промежуток теплоты гидратации двух цементных клинкеров постепенно увеличивается в более поздний период.

4. Выводы

Химико-минералогический анализ ИОТ показал, что его можно рассматривать как готовое алюмосиликатное сырье из-за высокого содержания глинозема и относительно высокой реакционной способности. Кроме того, схожие минералогические, физические и механические свойства двух производимых портландцементных клинкеров подтвердили, что IOT может полностью заменить глину в качестве альтернативного алюмосиликатного сырья для производства портландцементного клинкера. Однако обнаружено, что использование IOT улучшает реакционную способность и горючесть сырьевой муки и способствует процессу спекания.Кроме того, портландцементный клинкер, полученный IOT, имеет лучшую измельчаемость, а теплота гидратации портландцемента ниже. Доступность и низкая стоимость IOT делают привлекательной замену глины в качестве алюмосиликатного сырья для производства портландцементного клинкера. Это будет полезно для управления IOT, облегчая проблему поставок сырья для цементной промышленности и позволяя снизить затраты на переработку сырья.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Выражение признательности

Это исследование было выполнено при финансовой поддержке ключевых национальных программ поддержки науки и технологий Китая (№ 2015BAB03B05) и Национального фонда естественных наук Китая (№ 51404177).

Дополнительные материалы

Описание дополнительных материалов : «IOT содержит различные микроэлементы, такие как TiO2, MnO, CuO и т. Д., Хотя содержание микроэлементов было низким, они могут способствовать процессу спекания клинкера».

  1. Дополнительные материалы
.

Развитие прочности цементных растворов на основе алюмината кальция, смешанных с GGBS

В настоящем исследовании было исследовано развитие прочности различных смесей алюминатно-кальциевых цементных смесей (CAC) с гранулированным измельченным доменным шлаком (GGBS). Уровни замещения GGBS составили 0, 20, 40 и 60% по массе связующего, из которых САС, использованный в этом исследовании, естественно, содержал клинкер C 2 AS в качестве вторичной фазы. Чтобы активировать гидравлический характер фазы, в дополнение к минеральной добавке, все образцы выдерживали при 35 ± 2 ° C в течение первых 24 часов, а затем хранили в камере с влажностью 95% при 25 ± 2 ° C.Сопротивление проникновению свежего раствора измеряли сразу после заливки, а прочность раствора на сжатие контролировали в течение 365 дней. Одновременно, чтобы оценить кинетику гидратации в раннем возрасте с точки зрения тепловыделения, калориметрический анализ был проведен в изотермических условиях (35 ° C) в течение 24 часов. Поведение гидратации в долгосрочной перспективе было охарактеризовано дифракцией рентгеновских лучей, которая была подтверждена микроскопическими наблюдениями с использованием сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионной спектроскопией.Кроме того, исследование поровой структуры сопровождалось количественной оценкой пористости. В результате было обнаружено, что увеличение содержания GGBS в смеси приводит к увеличению времени схватывания, а также к общему выделению тепла в течение 24 часов на нормированных калориметрических кривых. Кроме того, рост прочности раствора показал непрерывное увеличение значения до 365 дней, составляя 43,8–57,5 МПа для смесей, из-за образования стратлингита, который был идентифицирован в пастах, отвержденных в течение 365 дней, с помощью химического и микроскопического анализа.Однако замена GGBS не повлияла на распределение пор по размерам в цементной матрице, за исключением общего объема проникновения.

1. Введение

Цемент на основе алюмината кальция (САЦ), в основном состоящий из алюмината монокальция (СА), используется в строительной промышленности с конца 19-го и начала 20-го веков после патента в 1908 году Дж. Бидом [1–3 ]. Хотя изначально он был разработан для повышения устойчивости к агрессивным ионам (сульфатам и хлоридам) в качестве альтернативы портландцементу, быстрое развитие прочности в раннем возрасте (в течение 24 часов) привело к его применению на военных объектах во время Первой мировой войны, в результате чего в производстве различных типов САУ [1–3].В настоящее время использование CAC в определенных областях широко распространено, в том числе в качестве огнестойкого материала в огнеупорных материалах [4–6], высокой стойкости к химическому разложению в промышленных полах и сточных водах [7–9]. , быстрое схватывание и затвердевание цементного раствора в футеровке туннелей [1] и стойкость к истиранию в водосбросе гидроплотины [7]. Кроме того, способность быстро набирать прочность даже при более низких температурах ниже 0 ° C делает возможным бетонирование в холодную погоду [10].В последнее время растет интерес к использованию САС с расширяющими добавками в качестве ремонтного материала [11, 12].

Несмотря на высокие характеристики, конструктивное использование CAC в строительстве столкнулось с серьезной проблемой - потерей прочности из-за процесса преобразования; продукты метастабильной гидратации (CAH 10 и C 2 AH 8 ) термодинамически преобразуются в стабильные (C 3 AH 6 и AH 3 ) в зависимости от режимов отверждения и возраста следующим образом [ 1,10,13–16]:

Кубические фазы C 3 AH 6 и AH 3 имеют более высокую плотность при гидратации САС; следовательно, пространство, заполненное гексагональными фазами низкой плотности CAH 10 и C 2 AH 8 , которые обеспечивают высокую начальную прочность, будет уменьшено после процесса преобразования, что приведет к внезапному снижению прочности [ 1, 13].Во многих предыдущих исследованиях [17–20] сообщалось, что долговременные свойства бетона CAC показали пониженную прочность по сравнению с прочностью в раннем возрасте. Были предприняты некоторые меры предосторожности для предотвращения / исключения превращения метастабильных гидратов с использованием химических и минеральных примесей, чтобы преодолеть это беспокойство по поводу нестабильности свойств с течением времени. Falzone et al. [21] недавно исследовали эффект обхода конверсии нитрата кальция, добавленного в пасту CAC, на основе механизма термодинамической селективности, но большинство исследований было сосредоточено на замещении кремнистых материалов в системе связующего на основе CAC [22–31 ].

Миджли и Рао [22] подняли вопрос о влиянии стратлингита на механические свойства высокоглиноземистого цемента (HAC) и предположили, что возможное образование гидрата C 2 ASH 8 может компенсировать пониженную прочность на сжатие после преобразования при нормальных условиях. температура (20 ° С). Было подтверждено Маджумдаром и соавторами [23, 24], что образование гидрата C 2 ASH 8 улучшило развитие прочности для двух типов коммерческих CAC (Ciment Fondu и Secar 71), замененных на GGBS в 50% -ной массе. связующего, при 20 и 40 ° С.Кроме того, авторы исследовали свойства CAC с различными пуццолановыми материалами, такими как природный пуццолан и метакаолин, и пришли к выводу, что замена кремнеземистых материалов в CAC улучшает развитие прочности и устойчивость к сульфатам в зависимости от типов связующего и их коэффициента замещения, что может повлиять на различный уровень кремнезема в растворе [25]. О способности силикат-ионов генерировать стратлингит в бинарной системе на основе CAC, состоящей из летучей золы или микрокремнезема, также сообщалось в предыдущих исследованиях [26–30].Кроме того, Gosselin et al. [28] провели наблюдение за развитием микроструктуры CAC, содержащего клинкер C 2 AS в качестве вторичной фазы, и продемонстрировали, что более высокие температуры отверждения (выше 38 ° C) в течение первых 24 часов вызывают образование C 2 ASH 8 гидратов, даже в раннем возрасте, что, в свою очередь, привело к уплотнению матрицы.

Однако большинство исследований [22–25] сосредоточено на превращении метастабильных гидратов в C 2 ASH 8 в присутствии реактивных силикатов с использованием Ciment Fondu, состоящего из клинкера CA в качестве основной гидравлической фазы. .В противном случае, только поведение гидратации было выявлено с использованием цементного теста, изготовленного из CAC, содержащего клинкер C 2 AS, который мог непосредственно производить стрэтлингит [26–30]. Таким образом, в этом исследовании для оценки влияния замены GGBS на механические свойства строительного раствора смесей CAC-GGBS, развитие прочности было исследовано по времени схватывания и прочности на сжатие. Прочность строительных смесей CAC-GGBS, отвержденных при заданном режиме, контролировалась в течение 365 дней. Одновременно с этим были выполнены изотермическая калориметрия и рентгеноструктурный анализ для определения поведения гидратации, в частности, для образования стратлингита и его влияния на смягчение реакции превращения в раннем и долгосрочном возрасте, морфология фазы которой была изменена. исследуют с помощью сканирующей электронной микроскопии.Кроме того, распределение пор было исследовано по объему ртути, введенной в образец, чтобы подтвердить изменение структуры пор, возникающее в результате замены GGBS в CAC. Использовали CAC, содержащий 52,0% содержания Al 2 O 3 в цементе, из которых естественно встречалась фаза C 2 AS.

2. Экспериментальные работы

Для оценки влияния образования гидрата алюминатов кальция, содержащих силикаты (например, стратлингита, C 2 ASH 8 ), в процессе гидратации на основные свойства строительного раствора CAC, три уровня Замены в GGBS (20, 40 и 60% от веса цемента) были использованы в этом исследовании.Оксидный состав связующих, определенный с помощью рентгеновской флуоресценции (XRF), и пропорции смеси для образцов приведены в таблицах 1 и 2, соответственно, а также кривые XRD материалов показаны на рисунке 1. Все образцы для экспериментов были изготавливались без каких-либо примесей, чтобы избежать влияния химического воздействия на матрицу САС, и поддерживались на уровне 0,4 от общего W / C. Основываясь на том факте, что CAC может достичь 80 процентов предельной прочности в течение 24 часов за счет быстрой гидратации [1–3] и ускорить образование гидрата C 2 ASH 8 в системе смесей пуццолана при температуре выше 30 ° C от температуры отверждения [32], образцы отверждали в камере влажности (относительная влажность 95%) при 35 ± 2 ° C в течение 24 часов и после этого хранились в камере при 25 ± 2 ° C для имитации умеренной ситуации в течение 364 дня.Поскольку повышенные температуры во время испарения свободной воды из пор в матрице (т. Е. Метод остановки гидратации) могут способствовать превращению гексагональных фаз в кубические, образцы погружали в изопропанол на 7 дней в низкотемпературной камере (ниже 0 ° C), который затем помещали в вакуумный эксикатор для удаления остаточного растворителя и / или воды из образца перед измерением.

0 Тонкость помола (см 2 / г)

Оксиды (%) CAC GGBS

CaO 38.83 47,18
Al 2 O 3 52,03 13,13
SiO 2 5,02 29,70
Fe 2 O 3 0,86 0,64
SO 3 0,09 2,30
MgO 0,42 4,55
K 2 O 0.68 0,53
Na 2 O 0,17 0,22
MnO 0,03 0,29
Потери при возгорании 0,53 1,29
5150 5420
Плотность (г / см 3 ) 3,03 2,93

80

900
Аббревиатура Соотношение масс Эксперименты
CAC GGBS Вода Песок

Паста CAC 100 1.00 0,00 0,4 - Калориметрия
XRD
SEM / EDS
CAC 80 0,80 0,20
CAC 60 0,60 0,40
CAC 0,40 0,60

Раствор CAC 100 1,00 0,00 0,4 2,45 Время схватывания
Прочность на сжатие
MIP
CAC 80 0,20
CAC 60 0,60 0,40
CAC 40 0,40 0,60

2,1. Измерение тепловыделения

Изотермическая калориметрия - это полезный метод изучения кинетики процесса гидратации, при котором тепловой поток непосредственно измеряется и контролируется в течение заданного времени в контролируемых условиях. Приблизительно 10 г предварительно смешанного сухого порошка в данных пропорциях (таблица 2) помещали в стеклянную ампулу для смешивания и помещали в калориметр.Затем из шприцевой системы впрыскивали дистиллированную воду, эквивалентную 0,4 общего отношения воды к связующему, и непрерывно перемешивали в течение всего испытания. Скорость выделения тепла в изотермических условиях (35 ° C) измеряли и регистрировали в течение 24 часов с использованием трехканального воздушного калориметра и термостата ТАМ (TA Instruments). Общее тепловыделение образца рассчитывали путем интегрирования кривой скорости для заданного времени. После получения калориметрических результатов его нормализовали по массе содержания САС, чтобы определить влияние САС исключительно на скорость тепловыделения и его совокупное значение при заданном W / B.

2.2. Испытание на прочность

Свежий строительный раствор с пропорцией 1,00: 0,40: 2,45 для цемента: воды: песка был смешан и затем помещен в призменную форму (100 × 100 × 400 мм) для определения сопротивления проникновению с течением времени, которое впоследствии были измерены с помощью серии стандартных игл (Ø4,52, 6,4, 9,1, 14,3, 20,2 и 28,6 мм) через различные промежутки времени [33]. Испытание проводилось в комнатной камере при температуре 35 ± 2 ° C и относительной влажности 95%. После получения зависимости между сопротивлением проникновению и времени, которое было подогнано подходящей функцией (обычно экспоненциальной), время схватывания было определено, предполагая, что начальная и конечная наборы были определены как время, необходимое для достижения точки 3.4 и 27,5 МПа против сопротивления пробиванию соответственно.

Чтобы контролировать развитие прочности на сжатие, образцы раствора были изготовлены в кубической форме (50 × 50 × 50 мм) с равной пропорцией смеси для испытания на сопротивление проникновению. После заливки образцы раствора предварительно затвердели в камере с относительной влажностью 95% при 35 ± 2 ° C в течение 24 часов, а затем извлекли из формы. В свою очередь, образцы хранили в камере при 25 ± 2 ° С в течение 364 суток. Прочность на сжатие образцов раствора измеряли в разном возрасте (1, 7, 28, 98, 180 и 365 дней).Повторение каждой смеси для прочности на сжатие строительного раствора было шесть, и их среднее значение было взято при построении графика изменения для данного возраста.

2.3. Идентификация продуктов гидратации

Чтобы наблюдать образование продуктов гидратации с течением времени, образцы пасты были изготовлены в тонкой форме (10 × 50 × 50 мм), которая имела бы меньший потенциал для преобразования метастабильных гидратов (CAH 10 и C 2 AH 8 ) в стабильные (C 3 AH 6 и AH 3 ) в результате самонагрева при ранней гидратации.Все пасты держали на уровне 0,4 W / B. После отверждения в течение 1, 98 и 365 дней в соответствии с процедурой, идентичной образцу строительного раствора на прочность на сжатие, образцы адаптировали метод остановки гидратации, а затем раздробили / измельчили для получения образца пыли, который, в свою очередь, был просеян с помощью фильтра 75 мкм. м сито. Затем образец порошка хранился в вакуумном эксикаторе, чтобы избежать реакции карбонизации перед измерением. XRD-тест проводился на дифрактометре D / MAX-2500 (Rigaku Corp.) с использованием излучения Cu K α 1 с длиной волны 1,54 Å. Диапазон сканирования составлял от 5 до 45 ° 2 θ при скорости сканирования 4 ° мин. Присутствие продуктов гидратации на кривой XRD было подтверждено с помощью программного обеспечения Jade 9.5 с базой данных PDF-2 Международного центра дифракционных данных (ICDD).

2.4. Исследование структуры пор

Чтобы проверить влияние замены GGBS на структуру пор матрицы в системе смесей в заданном возрасте, была проведена порозиметрия внедрения ртути (MIP) с использованием идентичных образцов раствора на прочность на сжатие.После 365 дней отверждения строительные растворы измельчали ​​до куска размером примерно 1 см 3 с последующим удалением остаточной воды с помощью растворителя на спиртовой основе при низкой температуре. Затем образцы хранили в вакуум-эксикаторе для полного удаления / испарения свободной воды перед испытанием. В этом исследовании использовалось оборудование Autopore IV 9500 (Micromeritics Instrument Corp.) с двумя устройствами, к которым применялось низкое давление ртути до 0,2 МПа с использованием газообразного азота для измерения большой пористости, а затем давление постепенно повышалось до 227. .5 МПа для маленького. Угол смачивания и поверхностное натяжение ртути были приняты равными 130 ° и 485 × 10 −3 Н / м соответственно. Диаметр пор, который был рассчитан по уравнению Уошберна при заданном давлении (уравнение (3)), был нанесен на кумулятивную и логарифмическую кривую проникновения, соответственно: где - диаметр поры (м), - поверхностное натяжение ртути. (Н / м), - угол контакта ртути с образцом (°), - приложенное давление (МПа).

2.5. Наблюдение морфологии под микроскопом

Анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) широко используется для изучения морфологии фаз, и одновременно элементный анализ фаз может быть возможным с использованием метода энергодисперсионной спектроскопии (EDS). Пасту смесей CAC-GGBS, идентичную рентгенографическому тесту, измельчали ​​на кусок 1-2 см 2 , который затем погружали в изопропанольный растворитель на 7 дней в охлаждающей камере при температуре ниже 0 ° C.Эта процедура позволила удалить свободную воду из образца, сохранив продукты гидратации неизменными во время обработки, останавливающей гидратацию. После хранения в вакуумном эксикаторе для испарения остаточной воды / растворителя на поверхности в течение 2 дней образец помещали / фиксировали на металлической пластине и покрывали платиной. Микроскопические наблюдения проводились с помощью FE-SEM с использованием S-4800 (Hitachi) с инструментальными параметрами, которые включали ускоряющее напряжение 15 кВ, рабочее расстояние 11–13 мм и увеличение × 10 000, в сочетании с анализатором EDS. для химического анализа.Измерения на каждом образце проводились 30 раз, и каждый спектр собирался до тех пор, пока время экспозиции не достигло 1000 отсчетов по интенсивности.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Evolution of Hydration Heat

Тепловой поток и его суммарные кривые для смесей CAC и GGBS при 35 ° C изотермических условий в течение 24 часов, из которых цемент был частично заменен GGBS (0, 20, 40 и 60 %), показаны на рисунке 2. Очевидно, что замена GGBS имела решающее значение для всех смесей CAC-GGBS в кинетике гидратации; увеличение содержания ПГГС в системе связующего привело к снижению общего количества тепла, выделяемого за 24 часа.Например, CAC 100 получил наибольшее значение 334,1 Дж / г в совокупном тепловыделении за 24 часа, тогда как CAC 80, 60 и 40 показали 283,6, 252,9 и 179,1 Дж / г, соответственно. Однако первый пик скорости выделения тепла, во время которого концентрация Ca 2+ и ионов будет достигнута максимального уровня в растворе [10], показал незначительную разницу между смесями CAC-GGBS. Фактически, на раннюю гидратацию CAC может влиять нехватка доступной воды, пространства и реагента.Gosselin et al. [28] исследовали гидратационное поведение CAC при изотермических температурах 20, 38 и 70 ° C с помощью калориметрии и рентгеноструктурного анализа и обнаружили, что первичная реакционная фаза (т.е. CA) все еще существует после достижения основного пика на калориметрической кривой, за исключением случая 70 ° C. Более того, из экспериментальных работ Идекера [34] было обнаружено, что химическая усадка CAC (обозначается как GCX) имеет тенденцию к конвергенции в изотермических условиях (20 и 38 ° C), до которых изменение воды в пластиковом флаконе приблизился к максимальному уровню, соответствующему массовому выпадению гидратов.Эти результаты означают, что избыток воды в матрице будет доступен после начального процесса гидратации. Основываясь на этих наблюдениях, можно предположить, что гидратация CAC в начальные периоды определяется доступным пространством в матрице, и, кроме того, предположить, что замена GGBS на CAC позволяет продолжить гидратацию в данном возрасте. Эта гипотеза была подтверждена предыдущими исследованиями [29, 32] о том, что система смесей САС, замененная связующим с более низкой плотностью, демонстрирует более экзотермическую реакцию по сравнению с одной САС.Это явление гарантировало, что калориметрическая кривая в настоящей работе была нормализована к содержанию CAC, как показано на рисунке 3. Преобразованные кривые для теплового потока показали зависимость замены GGBS от начальной реакции смеси CAC-GGBS, из которой увеличение содержание GGBS в системе привело к увеличению скорости тепловыделения в течение 2 часов. Кроме того, кривая накопленного тепла была увеличена с увеличением замещения GGBS в смеси, из которых CAC 40 дал наивысшее значение 447.8 Дж / г для общего тепла, выделяемого за 24 часа.

3.2. Фазовый состав

Продукты гидратации пасты смесей CAC-GGBS при заданном режиме отверждения исследовали методом дифракции рентгеновских лучей с указанием возраста отверждения, как показано на рисунке 4. Идентификация фаз проводилась на основе кристаллографических данные ICDD. На кривые XRD пасты CAC влияло присутствие GGBS в смеси. Гексагональная фаза C 2 AH 8 преимущественно образовывалась за 1 день, независимо от типа смеси, но C 3 AH 6 и AH 3 были обнаружены только в случае CAC 100.При длительной гидратации было четко показано, что превращение C 2 AH 8 в кубические фазы (т. Е. C 3 AH 6 и AH 3 ) ограничивается замещением GGBS в САС. Через 28 дней отверждения CAC 100 показал значительное увеличение пиковой интенсивности для гидратов C 3 AH 6 и AH 3 , что привело к исчезновению C 2 AH 8 , что означает метастабильную гидраты полностью преобразованы.Напротив, бинарная система CAC и GGBS показала исчезнувший гидрат C 2 AH 8 , но одновременно образование гидрата C 2 ASH 8 , в зависимости от содержания GGBS в CAC. Фактически, САС с более высоким содержанием SiO 2 (4-5%) естественно обладает количеством фазы C 2 AS, которая имеет низкие гидравлические свойства при нормальных температурах (ниже 20 ° C) [29]. Однако Госселин [32] заметил, что гидратация C 2 AS в комплексе C 2 AH 8 и C 3 AH 6 (т.е.е., образцы, отвержденные при 38 и 70 ° C) приводили к осаждению гидрата C 2 ASH 8 даже в раннем возрасте. Более того, в присутствии пуццолановых материалов (GGBS, PFA и SF) в смеси CAC, образование гидрата C 2 ASH 8 может быть ускорено за счет выделения реактивного кремнезема в раствор, который, в свою очередь, реагирует с гидратами алюминатов кальция в соответствии со следующими уравнениями [27]:

Эту реакцию можно контролировать с помощью количества силикат-ионов в растворе (т.е.е. поведение кремнеземистых материалов при растворении). Поскольку повышенное содержание GGBS более вероятно для образования силикат-ионов в процессе гидратации, образование гидрата C 2 ASH 8 будет стимулироваться при данных условиях. Однако повышенное содержание GGBS будет сопровождать снижение содержания гидравлических фаз в системе связующего, и одновременно большие количества непрореагировавшего GGBS в матрице могут препятствовать дальнейшей гидратации в долгосрочной гидратации, блокируя контакт частиц CAC. с водой, что приводит к низкой прочности CAC.Это явление будет обсуждаться в следующем разделе.

3.3. Развитие прочности

Кривые сопротивления проникновению свежих смесей CAC-GGBS с течением времени представлены на рисунке 5, из которых начальное и конечное время схватывания были получены из наиболее подходящей кривой в виде экспоненциальной функции (). Было показано, что время схватывания зависит от коэффициента замены GGBS; Увеличение содержания GGBS в системе связующего привело к увеличению времени начальной и конечной схватывания соответственно, за исключением случая CAC 80.Например, CAC 100 показал быструю настройку, из которых время для достижения начального и конечного подходов составило 185 и 230 минут, соответственно, тогда как CAC 40 показало 133 минуты и 204 минуты, соответственно. Примечательно, что CAC 40 получил наивысшее значение времени схватывания (188 и 240 минут для начального и конечного наборов, соответственно). Поскольку процесс гидратации в САС регулируется концентрацией Ca 2+ и

.

Сырье

Разъяснение сырья

Сырье можно объяснить как вещество или материал, используемый в производстве или первичном производстве товаров. Как правило, сырье - это природные ресурсы, такие как нефть, дерево и железо. Сырье часто изменяют для использования в различных процессах перед тем, как использовать его в производственном процессе. Сырье также называют товарами, которые покупаются и продаются на товарных биржах по всему миру.

Как сообщает Investopedia, сырье продается на так называемом факторном рынке. Это связано с тем, что сырье является факторами производства в дополнение к труду и капиталу. Сырье играет важную роль в производственном процессе в значительной степени, поскольку успех экономики страны определяется количеством природных ресурсов, имеющихся в стране в ее границах. Страна, располагающая значительными запасами природных ресурсов, не требует импорта такого количества сырья.

Поиск и обработка сырья

После того, как сырье выбрано, становится важным выбрать правильную технологию его обработки. Кроме того, важно также определиться с источником сырья. Все эти требования могут быть выполнены либо за счет внутренних источников, либо также могут быть импортированы в соответствии с нормативными требованиями правительств.

Кроме того, также важно провести тщательный анализ затрат и выгод, прежде чем приступать к процессу размещения заказов, чтобы снизить производственные затраты, таким образом увеличивая маржу прибыли.

Однако есть определенные моменты, которые необходимо учитывать при выборе технологии обработки. К ним относятся:

  • Уровень сложных машин или квалифицированных рабочих, необходимых в процессе.
  • Требуемое количество электроэнергии или воды.
  • Проверьте, требуется ли патент на какой-либо процесс или продукт для использования выбранной технологии обработки.
  • Проверить, требуется ли соблюдать какие-либо особые нормы по охране окружающей среды или загрязнения.
  • Пригодность технологии к существующей среде и условиям.

В дополнение к этим соображениям также важно провести надлежащее планирование, поскольку отсутствие необходимого сырья может привести к остановке производства, простоям оборудования и рабочей силы. Кроме того, слишком большой заказ заранее может привести к блокировке оборотных средств.

.

IELTS Writing Task 1: схема процесса, ответ

Вот мой полный ответ на задачу диаграммы процесса ниже.

На схемах ниже показаны этапы и оборудование, используемое в процессе производства цемента, а также то, как цемент используется для производства бетона для строительных целей.

(Это задание взято из книги 8 Cambridge IELTS)

Первая диаграмма иллюстрирует процесс производства цемента, а вторая диаграмма показывает материалы, которые используются для производства бетона.

Понятно, что в производстве цемента пять этапов, начиная с ввода сырья и заканчивая пакетами готовой продукции. Для производства бетона смешиваются четыре разных материала.

На первом этапе производства цемента известняк и глина измельчаются в порошок. Затем этот порошок перемешивают, прежде чем он попадает во вращающийся нагреватель. После нагрева полученная смесь измельчается, и производится цемент. Наконец, цемент расфасовывают в большие мешки.

Цемент - одно из четырех сырьевых материалов, которые используются в производстве бетона, наряду с гравием, песком и водой. Если быть точным, бетон состоит из 50% щебня, 25% песка, 15% цемента и 10% воды. Все четыре материала смешиваются во вращающейся машине, называемой бетономешалкой.

(160 слов, полоса 9)

.

Использование песчаного грунта в качестве основного сырья при производстве необожженного кирпича

В этом исследовании были предприняты попытки использовать песчаный грунт в качестве основного сырья при производстве необожженного кирпича. Образцы напыленного кирпича были испытаны на прочность на сжатие и изгиб, скорость водопоглощения, процент пустот, объемную плотность, замораживание / оттаивание и сопротивление погружению в воду. Кроме того, микроструктуры образцов также были изучены с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) и рентгеновской дифракции (XRD).Результаты испытаний показывают, что образцы необожженного кирпича с добавлением измельченного гранулированного доменного шлака (GGBS) имеют тенденцию к достижению лучших механических свойств по сравнению с образцами, в которые добавлен только цемент, причем GGBS корректирует гранулометрический состав и способствует пуццолановым реакциям. и эффекты заполнения пор. Образцы для испытаний с соответствующей добавкой цемента, GGBS, негашеной извести и гипса являются плотными и демонстрируют низкую степень водопоглощения, низкий процент пустот и отличную устойчивость к замерзанию / оттаиванию и погружению в воду.Наблюдение SEM и анализ XRD подтверждают образование гидратных продуктов C – S – H и эттрингита, обеспечивая лучшее объяснение механических и физических свойств и долговечности полученных необожженных кирпичей. Полученные результаты позволяют предположить, что существует технический подход для высокоэффективного комплексного использования песчаных почв, обеспечивающий повышенные экономические и экологические преимущества.

1. Введение

В контексте защиты окружающей среды и устойчивого развития, полезное использование пустой породы, такой как глинистая почва и песчаный грунт, в гражданском строительстве получает все большее признание во многих странах.В последнее время наблюдается рост интереса к производству необожженного кирпича из переработанных отходов и побочных продуктов промышленности [1–5]. По сравнению с обычным обожженным глиняным кирпичом и обычным бетонным кирпичом из портландцемента (OPC), производство необожженного кирпича из отходов может значительно снизить потребление энергии и выбросы парниковых газов [6]. Более того, без использования глинистого грунта или обжига при высокой температуре необожженные кирпичи из песчаного грунта могут избежать неблагоприятного воздействия на ландшафт и образования большого количества отходов [7].Из-за этих преимуществ замена обожженного глиняного кирпича и бетонного кирпича OPC необожженным кирпичом в строительстве весьма желательна, особенно в местах, где существует нехватка природных ресурсов, таких как глинистый грунт и крупнозернистый заполнитель.

Для достижения наилучших характеристик необходимо тщательно установить тип и количество используемых добавок, а также оптимальное содержание воды [8]. Были проведены обширные исследования по изготовлению необожженного кирпича из самых разных отходов и побочных продуктов, таких как летучая зола, GGBS, известь или различные цементные смеси [9].Рой и др. [10] использовали хвосты золотоперерабатывающих заводов для изготовления кирпичей, смешивая их с OPC. Результаты испытаний водоотверждаемых цементно-хвостовых кирпичей на прочность на сжатие показали, что пригодны кирпичи с 20% цемента и выдержкой в ​​течение 14 дней. Малхотра и Тери [11] исследовали прочность на сжатие (в условиях насыщения), насыпную плотность и водопоглощающие свойства кирпичей из GGBS и обнаружили, что кирпичи хорошего качества можно производить из смеси шлака, извести и песка. Кумар [12] изучал производство кирпича и пустотелых блоков с использованием золы-уноса класса F вместе с кальцинированным фосфогипсом и минеральной известью, что показало, что эти кирпичи и пустотные блоки обладают достаточной прочностью для использования в строительстве недорогого жилья [13].Было обнаружено, что за счет добавления отходов и побочных продуктов необожженные кирпичи показали заметное улучшение характеристик и были пригодны для использования в качестве строительных материалов.

В качестве одного из видов отходов песчаная почва присутствует в огромных количествах в прибрежных реках, таких как реки Янцзы и Хуанхэ, а также в пустынных районах. После инженерных работ по регулированию водных путей большое количество песчаных песчаных почв выбрасывается и покрывает значительную площадь земли у реки. Транспортировка песчаного грунта также увеличивает затраты на инженерные работы.Песчаный грунт в настоящее время в основном применяется для армирования дорожного полотна и обработки фундамента, поскольку он имеет характеристики плохой градации, низкой прочности, рыхлости, легкости эрозии и плохой общей устойчивости [14, 15]. Большие экономические и экологические выгоды принесут, если будут приняты меры по использованию этого песчаного грунта для производства облицовочного кирпича и балластных блоков, используемых в строительстве местных водных путей, потому что проблемы, вызванные этим видом песчаного грунта, такие как отвод земли, высокая стоимость транспортировки и загрязнения можно избежать.С другой стороны, во всех опубликованных исследованиях возможного использования отходов и побочных материалов для производства строительного кирпича информация о подготовке необожженного кирпича с песчаной почвой очень ограничена. Следовательно, чтобы использовать песчаный грунт в качестве основного сырья для приготовления необожженного кирпича, необходимо провести дальнейшие исследования, которые обеспечат технический подход для высокоэффективного комплексного использования песчаного грунта.

Эта статья направлена ​​на разработку возможности изготовления необожженных кирпичей из песчаных песчаных почв от инженерных систем регулирования водных путей.Это исследование было разработано для решения следующих основных задач: (1) изучить прочность на сжатие и изгиб необожженного кирпича, (2) изучить водопоглощение, процент пустот и объемную плотность необожженного кирпича и (3) ) для оценки долговечности необожженного кирпича с помощью повторяющихся циклов замораживания / оттаивания и старения при погружении в воду. Также сообщается о характеристиках микроструктуры, таких как наблюдение с помощью SEM и XRD-анализ, которые отвечают за изменение поведения полученных необожженных кирпичей.

2. Материалы и методы
2.1. Материалы
2.1.1. Цемент

В данном исследовании обычный портландцемент был получен от компании Conch Cement Pty. Ltd., Китай. Химический состав, определенный согласно Китайскому национальному стандарту GB 175-2007, и свойства OPC представлены в таблице 1.


Химический состав (мас.%) Цемент (OPC) GGBS Песчаный грунт

CaO 62.25 37,04 8,54
SiO 2 20,58 32,90 68,73
Al 2 O 3 5,64 15,36 11,33
11,33
2 O 3 3,95 2,46 3,82
MgO 2,48 10,18 3,02
Na 2 O 3.18 1,12 1,46
K 2 O 0,36 0,15 2,00
SO 3 0,32 0,08 0,05
TiO 2 - - 0,65
Потери при возгорании - 0,38 -
Физические свойства
Удельный вес (г / см 3 ) 3 .10 2,84 2,33
Удельная поверхность (м 2 / кг) 365 425 -
Время начального схватывания (мин) 138 - -
Время окончательного схватывания (мин) 204 - -
Модуль упругости - - 0,82

2.1.2. GGBS

В этом исследовании GGBS, поставленный строительной компанией, расположенной в Нанкине, Китай, использовался в качестве минеральной добавки. Химический состав и физические свойства GGBS показаны в таблице 1.

2.1.3. Негашеная известь и гипс

Используемая негашеная известь предоставлена ​​Shanghai JiuYi Chemical Reagent Pty. Ltd. Используемый гипс представляет собой промышленный α -дегидратированный гипсовый порошок, поставляемый Chengdu KeLong Chemical Reagent Factory в Китае, среди которых содержание Ca 2 SO 4 · 2H 2 O больше 97.1%.

2.1.4. Песчаный грунт

Песчаный грунт был собран из естественных почвенных отложений вдоль реки Янцзы в Китае. После сбора песчаный грунт сушили на воздухе и просеивали до <2 мм. Гранулометрический состав песчаной почвы был определен с использованием метода анализа на сухом сите и представлен на рисунке 1. Эта почва может быть классифицирована как песчаная почва в соответствии с GB / T50145-2007. Химический состав и физические свойства песчаного грунта представлены в таблице 1.Минералогический состав песчаного грунта определен с помощью рентгеноструктурного анализа на Ultima IV производства Японии. Результаты XRD показаны на рисунке 2. Основными минералами являются кварц, каолинит, глиммертон, хлорит и розеит.



2.2. Пропорции смеси

В таблице 2 представлены подробные сведения о пропорциях смеси. Для всех смесей фиксированный песчаный грунт на 75% состоит из твердых материалов, а соотношение вода / твердое вещество составляет 0,125.


Код смеси Песчаный грунт (мас.%) Цемент (мас.%) GGBS (мас.%) Негашеная известь (мас.%) Гипс (мас.%) Соотношение вода / твердое вещество

C25 75 25 - - - 0,125
C20GG5 75 20 5 - - 0,125
C15GG10 75 15 10 - - 0.125
C10GG10Q5 75 10 10 5 - 0,125
C8GG10Q5G2 75 8 10 5 2 C8GG10Q3G4 75 8 10 3 4 0,125

2.3. Подготовка и условия отверждения образцов

Все образцы были приготовлены методом статического уплотнения.Сухой песчаный грунт, цемент, GGBS, негашеная известь и гипс сначала смешивали в миксере в течение примерно 2 минут, пока они не стали полностью однородными. Затем добавляли соответствующее количество воды, и процесс перемешивания продолжался еще 3 минуты. Приготовленную смесь сразу разливали в формы и уплотняли на универсальной испытательной машине. Образцы уплотнения были подготовлены при автоматически регулируемом давлении нагрузки 400 Н / с и остановлены, когда давление достигнет 20 МПа. Уплотненные образцы были немедленно извлечены из форм и отверждены в обычных лабораторных условиях при температуре 20 ± 5 ° C и относительной влажности 50 ± 15%, обрызгивая водой для увлажнения дважды в день в течение первых 7 дней, а затем один раз в сутки. день до возраста 28 дней.В этом исследовании каждый отчетный результат теста состоит в среднем из 3-х повторных тестов, за исключением 5 образцов для циклов замораживания / оттаивания.

2.4. Методы испытаний
2.4.1. Прочность на сжатие и изгиб

Прочность на сжатие и изгиб образцов размером 240 мм × 105 мм × 53 мм были испытаны в соответствии с китайским национальным стандартом GB / T 4111-2013 через 7, 28 и 90 дней отверждения. .

2.4.2. Скорость водопоглощения

Некоторые образцы для испытаний сушили до постоянной массы и оставляли охлаждаться до температуры окружающей среды в соответствии с GB / T 4111-2013.После погружения в резервуар для воды на 24 часа образцы вынимали, а воду с поверхности вытирали влажной тканью.

2.4.3. Процент пустот

Тест на процент пустот проводился в соответствии с GB / T 4111-2013. В ходе испытания процент пустот в каждом образце определялся гидростатическим взвешиванием, и значения записывались.

2.4.4. Насыпная плотность

Насыпная плотность (удельный вес) подготовленных кирпичей была определена с использованием GB / T 4111-2013.

2.4.5. Циклы замораживания / оттаивания

Испытание на замораживание / оттаивание проводили в соответствии с методом GB / T 4111-2013. Прочность на сжатие и потерю веса измеряли каждые пять циклов и сравнивали со значениями до циклов замораживания / оттаивания.

2.4.6. Погружение в воду

Испытание на погружение в воду проводилось в соответствии с GB / T 4111-2013. После 28 дней отверждения образцы были погружены в воду с температурой 20 ± 5 ° C на 4 дня. После этого все образцы подверглись испытанию на прочность на сжатие.

2.4.7. Анализ микроструктуры

Микроструктура C8GG10Q5G2 (оптимальная), отвержденная в течение 7 и 28 дней, была протестирована с помощью JSM-5900 SEM, изготовленного на JEOL в Японии. Кристаллические фазы C8GG10Q5G2, отвержденные в течение 7, 28 и 90 дней, анализировали методом XRD с использованием излучения Cu-K α , при этом пики идентифицировали с помощью стандартной базы данных Международного центра дифракционных данных (ICDD).

3. Результаты и обсуждение
3.1. Развитие прочности необожженного кирпича

На рисунках 3 и 4 представлены значения прочности на сжатие и изгиб шести разработанных смесей после 7, 28 и 90 дней отверждения.Прочность на сжатие и прочность на изгиб увеличиваются быстрее в раннем возрасте, чем в позднем. При увеличении содержания GGBS с 0% (C25) до 10% (C15GG10) прочность на сжатие и прочность на изгиб образцов при 28-дневном периоде отверждения увеличиваются с 24,45 МПа до 26,59 МПа и с 2,07 МПа до 2,41 МПа соответственно. Причина повышения прочности может заключаться в том, что добавление GGBS с заполнением промежутков между зернами песчаного грунта и улучшением гранулометрического состава материала приводит к снижению пористости и, следовательно, к лучшей механической прочности [16].Кроме того, кремнистые и глиноземистые материалы в GGBS могут реагировать с Ca (OH) 2 в результате гидратации цемента с образованием C – S – H и C – A – S – H, которые со временем увеличиваются, занимая больше пустот внутри кирпичей. и создание все более плотной структуры [17–19].



Согласно рисунку 3, прочность на сжатие C8GG10Q5G2 достигает наивысшего значения 19,56 МПа, 31,58 МПа и 33,36 МПа через 7, 28 и 90 дней соответственно. Развитие прочности на изгиб C8GG10Q5G2, как показано на рисунке 4, аналогично развитию прочности на сжатие.Совершенно очевидно, что соответствующее добавление негашеной извести и гипса может еще больше повысить прочность. В стабилизированной системе CaO из негашеной извести может реагировать с водой с образованием Ca (OH) 2 . Во время пуццолановой реакции GGBS, активированного негашеной известью, образуются гидратные реакционные соединения из-за концентрации Ca 2+ и OH -. Кроме того, Poon et al. [20] и Gesoglu et al. [21] обнаружили, что присутствие соответствующего гипса может также ускорить вторичную гидратацию или пуццолановую реакцию GGBS, которая способствует непрерывному образованию вяжущих продуктов C – S – H и эттрингита и, таким образом, способствует развитию прочности в раннем возрасте.Как было обнаружено методами SEM и XRD, упомянутыми в разделах 3.6 и 3.7, соответственно, эти продукты заполняют поры в структуре и помогают кирпичикам стать более плотными и достичь лучших механических свойств [22], что согласуется с ранее опубликованными исследованиями [23–27].

Однако, если содержание гипса увеличивается до 4%, прочность на сжатие снижается до 15,56 МПа, 26,41 МПа и 28,36 МПа через 7, 28 и 90 дней соответственно, а прочность на изгиб 1,34 МПа, 2,51 МПа и 2,56 МПа. МПа соответственно при соответствующих возрастах.Причина этого явления может заключаться в том, что чрезмерное количество гипса может производить слишком много эттрингита, что приводит к увеличению уровня внутреннего напряжения и отрицательно влияет на развитие прочности кирпичей [28].

3.2. Скорость водопоглощения необожженного кирпича

Изменение скорости водопоглощения в течение периода отверждения в 7, 28 и 90 дней показано на рисунке 5. Скорость водопоглощения всех смесей уменьшается с увеличением возраста, что соответствует возрасту. выводы предыдущей литературы [22, 29, 30].Джеймс и Рао [31] объяснили, что это объясняется превращением геля C – S – H после длительного отверждения в более кристаллизованный C – S – H. Для C8GG10Q5G2 степень водопоглощения составляет 8,7%, 2,5% и 2,3%, самое низкое значение при 7-, 28- и 90-дневных периодах отверждения соответственно, которое уменьшается на 32,56%, 76,19% и 76,53% по сравнению с с добавлением только цемента образцов соответствующего возраста. Это явление было объяснено некоторыми исследователями [9]. Добавленный GGBS обладает способностью не только корректировать гранулометрический состав, но и изменять свойства песчаной почвы, особенно при адекватном содержании негашеной извести и гипса, что способствует увеличению образования C – S – H и эттрингита, сопровождаемого уменьшением внутренних пор. размер экземпляров кирпича.Таким образом, внутренняя структура кирпича может быть достаточно интенсивной, чтобы избежать поглощения воды.


Для C8GG10Q3G4 степень водопоглощения увеличивается до 10,3%, 6,0% и 5,5% через 7, 28 и 90 дней соответственно. Gesoglu et al. [21] объяснили, что чрезмерное количество гипса производит большое количество эттрингита, вызывая набухание трещин стабилизированного кирпича. Этот эффект набухания может нарушить уже установленные цементные связи между частицами песчаного грунта в стабилизированной системе.Согласно исследованию Miqueleiz et al. [29], разрушение химических связей между стабилизированными компонентами может создать более открытую внутреннюю структуру необожженного кирпича, увеличивая тем самым количество воды, проникающей в образцы кирпича C8GG10Q3G4.

3.3. Процент пустот в необожженных кирпичах

На рис. 6 показан процент пустот в различных необожженных кирпичах в возрасте отверждения 7, 28 и 56 дней.


Было замечено, что для C8GG10Q5G2 процент пустот падает до 1.56%, 1,22% и 1,19% после 7, 28 и 56 дней отверждения соответственно. Результаты показывают, что количество пустот влияет на общие характеристики стабилизированного кирпича. Например, прочность на сжатие и прочность на изгиб увеличивается по мере уменьшения процента пустот, а образцы C8GG10Q5G2 с самым низким процентом пустот имеют самые высокие значения прочности на сжатие и изгиб. Одним из возможных объяснений этого явления может быть то, что при использовании подходящей негашеной извести и гипса пуццолановая реакция GGBS может быть активирована в полной мере, облегчая производство соответствующего количества вяжущих продуктов C – S – H и эттрингита.Эти продукты заполняют как можно больше пустот, вместо того, чтобы вытеснять песчаные частицы грунта перед заполнением всех пустот в образцах кирпича. Кроме того, Бедерина и др. [32] показали, что корректировка гранулярного распределения путем соответствующего добавления GGBS позволила минимизировать пористость образцов. В результате прочностные характеристики, особенно C8GG10Q5G2, улучшаются.

3.4. Объемная плотность необожженного кирпича

Результаты объемной плотности образцов после 28-дневного возраста выдержки показаны на Рисунке 7.


Видно, что плотности для всех образцов очень похожи в диапазоне 2,00–2,09 г / см 3 при 28-дневном периоде отверждения. Когда содержание замещающего GGBS изменяется от 0% (C25) до 10% (C15GG10), плотность увеличивается с 2,00 г / м 3 до 2,06 г / м 3 . Первоначально более низкое содержание GGBS, чем у цемента, приведет к уменьшению плотности образцов. Однако улучшение гранулометрического состава и компактности за счет включения GGBS в конечном итоге приводит к более высокой плотности.Это наблюдение согласуется с результатами, представленными в предыдущих работах [30]. Кроме того, когда содержание цемента уменьшается за счет негашеной извести и гипса, объемная плотность увеличивается, что свидетельствует об уплотнении. Наивысшее значение 2,09 г / см 3 достигается с помощью C8GG10Q5G2, который имеет соответствующую добавку негашеной извести и гипса, что позволяет использовать подходящие образования C – S – H и заполнение эттрингитом пор образцов кирпича.

3.5. Циклы замораживания / оттаивания необожженного кирпича

В таблице 3 приведены данные о процентной прочности на сжатие и потере веса образцов необожженного кирпича.В этом тесте визуальных повреждений во время цикла замораживания / оттаивания не наблюдается. Согласно Таблице 3, образцы необожженного кирпича демонстрируют тенденцию к снижению как прочности на сжатие, так и потери веса из-за добавления GGBS, негашеной извести и гипса. Для C8GG10Q5G2 прочность на сжатие и потеря веса падают до самого низкого значения 4,1% и 0,75% после 15 циклов замораживания / оттаивания соответственно.


Код смеси 5 циклов 10 циклов 15 циклов
Потеря прочности на сжатие (%) Потеря массы (%) Потеря прочности на сжатие (%) ) Потеря массы (%) Потеря прочности на сжатие (%) Потеря массы (%)

C25 3.7 0,42 5,1 0,61 6,3 0,95
C20GG5 3,4 0,39 4,8 0,57 6,1 0,91
C15GG10 3,1 4,4 0,52 5,8 0,86
C10GG10Q5 2,9 0,32 3,9 0,46 5,2 0.81
C8GG10Q5G2 2,5 0,29 3,2 0,41 4,1 0,75
C8GG10Q3G4 6,2 1,23 7,6 1,71 9,6 1,71 9 900

Причину снижения прочности на сжатие и потери веса можно объяснить результатами многих предыдущих исследований [33–35].Во время циклов замораживания / оттаивания поровая вода превращается в лед, и эти льды могут вытеснять песчаные частицы почвы, нарушая сцепление песчаных частиц почвы, расширяя объем пор и увеличивая размер микротрещин. Однако увеличенный объем пор и распространение микротрещин через межфазную переходную зону между пастой и агрегатами не могут полностью восстановиться из-за существования сцепления в песчаных частицах почвы во время таяния льда [36, 37]. Следовательно, циклический процесс размораживания / замораживания может снизить прочность на сжатие и вес образцов кирпича.Однако некоторые исследователи [38, 39] обнаружили, что замена части цемента соответствующей пуццолановой добавкой (GGBS) может привести к более прочной и плотной межфазной переходной зоне, что снижает распространение микротрещин. Кроме того, гораздо меньше воды впитывается в образцы кирпича и замерзает, поскольку эффект заполнения пор соответствующего GGBS может позволить оптимизировать компактность гранулированного каркаса и снизить пористость. В результате повышенная устойчивость к замораживанию / оттаиванию привела к снижению процента прочности на сжатие и потере веса.

3.6. Старение при погружении в воду

Результаты испытания погружением в воду показаны в таблице 4, включая прочность на сжатие до и после погружения в воду в МПа и коэффициент умягчения.

90 29 Дней Прочность на сжатие , дн. Коэффициент размягчения

Код смеси C25 C20GG5 C15GG10 C10GG10Q5 C8GG10Q5G2 C8GG10Q3G4
24.45 25,14 26,59 28,13 31,58 26,41
Прочность на сжатие после погружения в воду (МПа) 21,03 22,12 24,46 26,72 30,62 20,86 0,86 0,88 0,92 0,95 0,97 0,79

Как показано в таблице 4, коэффициент размягчения увеличивается от 0.86–0,97 для цементно-обработанного грунта после добавления ГГБС, негашеной извести, гипса или комбинации этих стабилизаторов, но резко снижается до 0,79, когда содержание гипса увеличивается до 4%. Для C8GG10Q5G2 и C8GG10Q3G4 замена 2% негашеной извести на 2% гипса значительно снижает прочность на сжатие через 28 дней после погружения в воду и приводит к значительному изменению коэффициента размягчения. Добавление GGBS, негашеной извести и гипса может улучшить способность обработанной цементом почвы противостоять воздействию воды, и этот вывод хорошо согласуется с результатами испытания скорости водопоглощения.Это явление в основном объясняется эффектом заполнения пор GGBS из-за сферической формы, препятствующей проникновению воды [36]. При активации негашеной извести и гипса пуццолановая реакция GGBS и реакция гидрата цемента ускоряются, в результате чего образуется больше C – S – H и эттрингита, поэтому цементно-грунтовые смеси, стабилизированные GGBS, негашеной извести и гипсом, становятся намного более компактными. чем без других стабилизаторов. Однако при замене 2% негашеной извести на 2% гипса происходит значительное снижение прочности на сжатие, а коэффициент размягчения также падает с 0.97 до 0,79. Причина уменьшения может заключаться в том, что из-за образования кристаллического каркаса слишком много гипса может расширяться в поры и образовывать чрезмерный эттрингит, который вызывает трещины в структуре и отрицательно влияет на силу связывания песчаных частиц грунта, приводя к сжатию сила уменьшаться [40].

3.7. Наблюдение SEM

На основе экспериментальных результатов, обсужденных выше, SEM анализ был проведен на образцах кирпича C8GG10Q5G2, чтобы связать реакцию гидрата в системе стабилизированного песчаного грунта с повышением прочности.На рис. 8 показана информация, полученная с помощью SEM-изображения для кирпичей C8GG10Q5G2, которые выдерживались в течение 7 и 28 дней, что подтверждает образование C – S – H и эттрингита вокруг стабилизированного песчаного грунта.

Из рисунков 8 (a) и 8 (b) видно, что чем дольше длится период отверждения, тем более плотной и непрерывной становится микроструктура. Когда песчаная почва стабилизируется связующим на основе кальция в присутствии воды, реакция кальция (из негашеной извести), глинозема (из песчаной почвы) и любого сульфата, присутствующего в системе, приводит к образованию минералов C – A – S – H. , одним из которых является эттрингит.Кроме того, присутствующие в цементе C 3 S и C 2 S вступают в реакцию с водой, образуя комплекс C – S – H [9]. С другой стороны, пуццолановая реакция GGBS ускоряется активацией негашеной извести и гипса. Oti et al. [41] обнаружили, что эти явления будут способствовать более плотной микроструктуре с меньшим количеством пор, пустот и трещин, как показано на рисунке 8 (d), в результате более прочных связей, образующихся в процессе гидратации, и возможности дополнительного пуццоланового C – S –H, и, следовательно, обеспечивает лучшие механические и физические свойства и долговечность кирпичей, что согласуется с данными по водопоглощению, насыпной плотности и развитию прочности.Это согласуется с выводами исследования Peña et al. [42].

3.8. XRD-анализ

На рисунке 9 представлены типичные XRD-диаграммы для C8GG10Q5G2 после 7, 28 и 90 дней отверждения, соответственно.


Возможные соединения, показанные на рисунке 9, являются продуктами гидратации цемента и пуццолановой реакции, включая тоберморит C – S – H и портландит Ca (OH) 2 . Рентгеновские рефлексы C – S – H при 21,3 °, 31,6 °, 34,0 ° и 50,2 ° (2 θ ), Ca (OH) 2 при 29.4 ° (2 θ ) и эттрингит при 36,9 ° (2 θ ). Примечательно, что пик Ca (OH) 2 при 28,4 ° (2 θ ), идентифицированный в образцах кирпича при 7-дневном периоде отверждения, не может наблюдаться в образцах, отвержденных в течение 28 или 90 дней. Вместо этого при значении 2 θ 27,9 ° фазы эттрингита могут быть обнаружены в образцах кирпича как через 28, так и через 90 дней отверждения. Для C8GG10Q5G2 можно наблюдать, что пики C – S – H и эттрингита в образцах увеличиваются с увеличением периода отверждения, что хорошо согласуется с результатами наблюдений SEM, упомянутыми ранее, поэтому эффективность отвержденного за 90 дней C8GG10Q5G2 образцы лучше, чем у 7-дневных и 28-дневных образцов C8GG10Q5G2.В целом можно обнаружить, что чем выше количество C – S – H и эттрингита, тем лучше рабочие характеристики образцов кирпича [36].

4. Выводы

Полученные результаты позволяют предположить, что существует возможность использования отработанной песчаной почвы в качестве основного сырья для изготовления необожженного кирпича с превосходными механическими и физическими свойствами и долговечностью. Это будет способствовать более устойчивому производству кирпича. Цемент, GGBS, негашеная известь и гипс - все они показали высокий потенциал для использования в качестве стабилизаторов при изготовлении необожженного кирпича.Испытания прочности на сжатие и изгиб, скорости водопоглощения, процента пустот, насыпной плотности, сопротивления замораживанию / оттаиванию и погружению в воду, а также анализы SEM и XRD были проведены для исследования характеристик экологически чистых необожженных кирпичей. Таким образом, из этого экспериментального исследования были сделаны следующие выводы: (1) Прочностные характеристики образцов необожженного кирпича могут быть улучшены за счет добавления GGBS, негашеной извести и гипса по сравнению с образцами при добавлении только цемента.Для C8GG10Q5G2 прочность на сжатие и прочность на изгиб при 28-дневном периоде отверждения достигают 31,58 МПа и 2,89 МПа соответственно, что дает приемлемые механические характеристики. (2) Добавление соответствующего цемента, GGBS, негашеной извести и гипса дает преимущества в улучшении общего

.

Смотрите также

ООО ЛАНДЕФ © 2009 – 2020
105187, Москва, ул. Вольная д. 39, 4 этаж.
Карта сайта, XML.