Курсовая работа: Технологія виробництва цементу

Його використовують для отримання бетону, а його в свою чергу для отримання залізобетону.

Залізобетон використовують у будівництві житлових будинків та інших споруд, оскільки він володіє особливою міцністю, і підтвердження цьому служить "Останкінська телевежа", яка в свою чергу зроблена з залізобетону.

Всі ці матеріали знайшли широке застосування в нашому житті, без яких би ми не змогли уявити собі сучасну споруду.

Цемент не є природним матеріалом. Його виготовлення - процес дорогий і енергоємний, проте результат коштує того - на виході отримують один з найпопулярніших будівельних матеріалів, який використовується як самостійно, так і як складовий компонент інших будівельних матеріалів (наприклад, бетону і залізобетону). Цементні заводи, як правило, знаходяться відразу ж на місці видобутку сировинних матеріалів для виробництва цементу.

Виробництво цементу включає два рівні: перша - здобуття клінкеру, друга - доведення клінкеру до порошкоподібного стану з додаванням до нього гіпсу або інших добавок. Перший етап найдорожчий, саме на нього доводиться 70% собівартості цементу. А відбувається це таким чином: перша стадія - це видобуток сировинних матеріалів. Розробка вапнякових родовищ ведеться зазвичай зносом, тобто частину гори "зносять вниз", відкриваючи тим самим шар жовтувато-зеленого вапняку, який використовується для виробництва цементу. Цей шар знаходиться, як правило, на глибині до 10 м-коду (до цієї глибини він зустрічається чотири рази), і по товщині досягає 0,7 м. Потім цей матеріал вирушає по транспортеру на подрібнення до шматків рівних 10 см в діаметрі. Після цього вапняк підсушується, і йде процес помелу і змішування його з іншими компонентами. Далі ця сировинна суміш піддається випаленню. Так отримують клінкер. Друга стадія теж складається з декількох етапів. Це: дроблення клінкеру, сушка мінеральних добавок, дроблення гіпсового каменя, помел клінкеру спільно з гіпсом і активними мінеральними добавками. Проте треба враховувати, що сировинний матеріал не буває завжди однаковим, та і фізико-технічні характеристики (такі як міцність, вологість і т. д.) в сировини різні. Тому для кожного виду сировини був розроблений свій спосіб виробництва. До того ж це допомагає забезпечити хороший однорідний помел і повне перемішування компонентів. У цементній промисловості використовують три способи виробництва, в основі яких лежать різні технологічні прийоми підготовки сировинного матеріалу: мокрий, сухий і комбінований. Для кожного способу використовується певний вигляд устаткування і строго певна послідовність операцій. Без цементу не обходиться жодне будівництво, а це кращий показник його високих експлуатаційних характеристик.

Цемент готується з особливого жовтувато-зеленого вапняку, званого "зеленкою"; шар його досить товстий (до 0.7 м) і зустрічається під землею 4 рази на глибині до 10 м; він дуже м'який і тому легше інших виламуються. Частіше для пристрою цементного заводу вапняну гору розробляли зносом, тобто частина гори разом з верхніми суглинних відкладеннями "зносять вниз", вибираючи попадаються камінь і сортуючи його. Потім "зеленка розбивалася на шматки до 10 см в діаметрі і складалася в низькі, до 1. М штабеля для підсушування. Частина берега розрівнюється для укладання рейок, установки випалювальних печей і вивозу матеріалів з-під гори нагору. Одержання силікатної цементу (портландцементу) Звичайний силікатна цемент, або портландцемент, являє собою зеленувато-сірий порошок, який при змішуванні з водою твердіють на повітрі (або у воді) в каменеподібну масу. Портландцемент отримують мокрим або сухим способом.

При мокрому способі сировину розмелюють у млині, дроблять, потім занурюють у басейн, розмішують і частково подрібнюють і потім у вигляді напіврідкої маси-шламу подають під обертову піч діаметром більше 7 і довжиною більше 200 м. Шлам струмком тече назустріч палаючим газів, що утворюються при згоранні палива, висихає, звільняється від вуглекислоти.

Сірі ніздрюваті шари-клінкери розмелюють у кульових млинах у тонкий порошок, отримуючи цемент.

При сухому способі, яким, ймовірно належить майбутнє цементного виробництва, назустріч палаючим газів подають не шлам, а розмелені в порошок сировина: вапняк, глину, шлаки. При цьому економиться паливо, яке при мокрому способі витрачається на випаровування

Способи виробництва цементу:

Мокрий спосіб

Мокрий спосіб виробництва використовують при виготовленні цементу з крейди (карбонатний компонент), глини (силікатний компонент) і залізовмісних добавок (конверторний шлам, залізистий продукт, піритові огарки). Вологість глини при цьому не повинна перевищувати 20%, а вологість мела - 29%. Мокрим цей спосіб названий тому, що подрібнення сировинної суміші виробляється у водному середовищі, на виході виходить шихта у вигляді водної суспензії - шламу вологістю 30 - 50%. Далі шлам поступає в піч для випалення, діаметр якої - 7 м, а довжина - 200 м и більше. При опалюванні із сировини виділяються вуглекислоти. Після цього кулі-клінкери, які утворюються на виході з печі, розтирають в тонкий порошок, який і є цементом.

Сухий спосіб

Сухий спосіб полягає в тому, що сировинні матеріали перед помелом або в його процесі висушуються. І сировинна шихта виходить у вигляді тонкоподрібненого сухого порошку.

Комбінований спосіб

Комбінований спосіб, як вже виходить з назви, передбачає використання і сухого і мокрого способу. Комбінований спосіб має два різновиди. Перша передбачає, що сировинну суміш готують за мокрим способом у вигляді шламу, потім її зневоднюють на фільтрах до вологості 16 - 18% і відправляють в печі для випалення у вигляді напівсухої маси. Другий варіант приготування є прямо протилежним першому: спочатку використовують сухий спосіб для виготовлення сировинної суміші, а потім, додаючи 10 -14% води, гранулюють, розмір гранул складає 10 - 15 мм і подають на випалення.

Маркування цементу

Цемент маркірується по двох характеристиках - це здатність витримувати певне навантаження і процентне співвідношення до загального об'єму цементу різних добавок. Перший параметр позначається буквами М-коду або ПЦ з тією, що стоїть поряд цифрою. Цифра вказуватиме максимальні якості цементу. Наприклад, маркіровка М-кодом 500 вказує, що даний вигляд цементу здатний витримати навантаження в 500 кг/см. Найбільш популярні цементи з маркіровкою від 350 до 500, проте зустрічаються і цементи з відміткою 700. Другий параметр цементу, відбитою в його маркіровці, є процентний вміст добавок. Воно позначається буквою Д. Наприклад, цемент з маркіровкою Д20 міститиме 20% добавок. Ця характеристика важлива тому, що відсоток добавок впливає на пластичність і міцність цементу. Якщо цемент володіє якими-небудь додатковими специфічними властивостями, то на це вказують спеціальні позначення. Як вже було сказано вище, найпопулярнішими марками цементу є марки від 350 до 500. Розглянемо основні характеристики і вживання деяких з них. Марка цементу М-коду (ПЦ) 400 - Д20 вказує на те, що цей вигляд цементу володіє підвищеною морозостійкістю і водостійкістю. Основна сфера вживання такого цементу - будівництво (сюди входить як житлове, так і промислове, сільськогосподарське). Його використовують при виготовленні збірного залізобетону, стінних перекриттів, фундаменту і так далі Практично аналогічними властивостями і сферою вживання володіє цемент марки М-коду 500 - Д20, окрім хорошої водостійкості і морозостійкості даний вигляд цементу володіє зниженою опірністю корозійним діям. Його застосовують, як і цемент марки ПЦ 400 - Д20 для будівництва, а так само він личить для штукатурних, кладок і інших ремонтно-будівельних робіт і виготовлення різних будівельних розчинів. Цемент марки М-коду 500 - Д0 введений до складу бетону, додає останньому такі характеристики, як: підвищена морозостійкість, водостійкість, довговічність. Він незамінний в промисловому будівництві, особливо при виконанні аварійних і відновних робіт. При будівництві споруд, так або інакше пов'язаних з дією прісною або мінералізованою водою, треба використовувати цемент марки ПЦ (М) 400 - Д0. Без нього не обійтися при виготовленні бетонних конструкцій із застосуванням обробки. Так само цей цемент хороший для виготовлення бетонних і будівельних розчинів. Ще однією важливою характеристикою цементу є його час тверднення. Цей процес проходить у декілька етапів: перший - схоплювання (початок тверднення) цементу. Він займає 40 - 50 хвилин. Другий - кінець тверднення. Він настає через 10 - 12 годин.

2. Характеристики цементу

Типи цементу

Тип 1. До них відносяться: ПЦ I - 600, ПЦ I - 500, ПЦ I - 400. Ці цементи тверднуть дуже швидко в ранні терміни. Вже на 2 доби міцність цементу складає понад 50% від проектної. Тип 2. Цементи з мінеральними добавками від 6 до 35%. Позначаються ПЦ Ii/А - Ш - 400, ПЦ Ii/Б - Ш - 400. Відмінністю двох груп цементу є різний темп набору ранньої міцності. На 2 доби тверднення ПЦ Ii/А - Ш - 400 набирає 45-50% міцності, а ПЦ Ii/Б - Ш - 400 - 35 - 40%. Проте 28 добова міцність однакова, а вартість ПЦ Ii/А - Ш - 400 вище. Тип 3. До них відносяться шлакопортландцементи з добавкою шлаку понад 35%. Позначаються ШПЦ Iii/А - 400, ШПЦ Iii/А - 500. В цих цементов декілька сповільнений набір міцності в ранньому віці. Наприклад, ПЦ Ii/Б - Ш - 400 у віці 2 діб набирає 35% міцності, а ШПЦ Iii/А - 400 в 2 доби 25%. Але на 56 діб цемент ШПЦ Iii/А - 400 набирає міцність порівнянну з маркою 500. Це відбувається тому, що шлак починає вступати в хімічну реакцію з новоутвореннями клінкеру, тим самим, зміцнюючи структуру бетону. А цемент ПЦ I - 500 на 56 діб набирає міцність вище 550 кгс/см2. Шлакопортландцементи є найбільш довговічним типом терпкого.

Міцність цементу

Найбільш важливою характеристикою цементів є межа міцності при стискуванні. Залежно від міцності на стискування цементи діляться на марки. Найбільш поширена марка цементу в будівництві - 400. Визначити марку цементу можна в строго лабораторних умовах при дотриманні всіх вимог ДСТУ. Для визначення марки цементу необхідно приготувати цементно-піщаний розчин із співвідношенням по масі 1:3 і відношенням води до цементу (В/Ц) рівним близько 0,4. Даний розчин необхідно укласти в форми і ущільнити. Після 1 доби зберігання в спеціальній вологій камері балочки розформовують і кладуть на подальше зберігання у воду! Через 28 діб балочки необхідно витягувати і випробувати на пресі. Межа міцності при стискуванні у віці 28 діб покаже марку цементу. Для марки цементу 400 - це означає, що міцність призми на стискування має бути не менше 400 кгс/см2. Якщо фактична міцність (активність цементу) - 460 кгс/см2, то це теж марка 400, лише із запасом міцності. Існують марки - 300, 400, 500 і 600. На цементі вищої марки можна зробити міцніший бетон, але також на цементі марки 400 можна зробити бетон марки 500 і вище, а на цементі марки 500 бетон марки 300. Поважно встановити оптимальну витрату цементу, співвідношення заповнювачів і запроектувати найбільш економічний склад бетону.

Гідратація цементу

Портландцемент є тонкоподрібнений порошок, що складається з безлічі часток розміром від 0,2 мкм до 100 мкм і вище. Варто лише додати води, як починається необоротна реакція взаємодії цементних зерен з водою - гідратація. Клінкерні мінерали, що отримуються після випалення в печі, взаємодіють з водою і утворюють кристали, ці кристали зростають в просторі, заповненому водою, вростають один в одного і у результаті формують тверду структуру. Вода на ранньому етапі грає роль пластифікатора або розжижувача. Саме цим і обумовлена рухливість бетонної суміші. У міру протікання хімічної реакції простір між частками цементу заповнюється продуктами хімічної реакції. Починається процес схоплювання бетону. Цей час зазвичай складає від 2 до 4 годин і більш, яке залежить від погодних умов, типа цементу, умов тверднення, хімічних добавок. Через декілька днів, коли бетон окріпне, створюється відчуття того, що бетон вже затвердів. Але це брехливо. Просто він набрав деяку міцність, наприклад 5- 15 МПа (це 50-150 кгс/см2). Але процеси хімічної реакції продовжуватимуться до тих пір, поки сприяють необхідні температурно-вологі умови і залишаються зерна цементу, що не прореагували.

Схоплювання цементу

Схоплювання - процес переходу цементного тесту з пластичного стану в твердий (за рахунок збільшення кількості кристалів в ході гідратації). Для цементу важливі характеристики почала і кінця термінів схоплювання. Початок термінів схоплювання - час протягом якого необхідно приготувати бетон, розчин, доставити його на будмайданчик і укласти у форму. Кінець термінів схоплювання - визначає час, після якого необхідно проводити обробку поверхні. Схоплювання цементу регулюються на цементних заводах добавкою гіпсу при помелі портландцементного клінкеру. Терміни схоплювання залежать від температури бетонування. При 20°С схоплювання настає через 1,5-2,5 години. При температурі 10°С терміни схоплювання подовжуються. Також вони залежать від температури самої бетонної суміші. Якщо в бетон потрапляє гарячий цемент (зверху 60°С) використовується розжарений на сонці щебінь, пісок, використовується гаряча вода, що приведе до проблем схоплювання. У зимовий період якщо температура виявиться нижчим 5°С, а температура повітря нижче 0°С, то бетонна суміш може замерзнути. Регулювання термінів схоплювання можна додаванням хімічних добавок (сповільнювачів або прискорювачів).

Теплота гідратації

Хімічні реакції при твердненні цементу відбуваються з виділенням тепла. Наприклад велике виділення тепла може позитивно позначитися на твердненні бетону в умовах знижених температур, але цей же ефект для масивного бетону може привести до утворення внутрішніх тріщин, оскільки виникає істотна різниця температур на поверхні бетону і усередині бетону. Температура усередині масивного бетону може підвищуватися до 60°С і вище. А ризик утворення термічних тріщин виникає тоді, коли різниця температур на 1м бетону перевищує 20°С. Тому для масивного бетону необхідно застосовувати цементи з низьким тепловиділенням. В основному кількість тепла, що виділяється, залежить від марки цементу. При будівництві гребель, гребель, масивних фундаментів і інших споруд, де можливі істотні підвищення температур усередині бетону використовують марку ШПЦ IІІ/А - 400, але в зимовий період цей цемент відрізнятиметься істотним уповільненням міцності, оскільки що виділяється цементом тепла буде недостатньо для захисту від холоду.