Институт нефти и газа
Скачать 4.53 Mb.
|
1.4 Клинкер и его химический составПортландцементный клинкер обычно получают в виде спекшихся мелких и более крупных гранул и кусков размером до 50-60 мм в зависимости: от типа печи, режима обжига и т.д. По микроструктуре клинкер, представляет собой сложную тонкозернистую смесь кристаллических фаз и небольшого количества стекловидной фазы. Химический состав клинкера колеблется в широких пределах. Главными окислами цементного клинкера является окись кальция CaO, двуокись кремния SiО2, окись алюминия Аl2O3 и окись железа Fe2O3, суммарное содержание которых достигает обычно 95-97%. Кроме них имеются примеси окиси магния MgО, серный ангидрит SO3, двуокись титана ТiО2, окись хрома Сг2O3 окись марганца Мn2O3, щелочи Na2O и K2O,. фосфорный ангидрит P2O5 и др.[2, 3] Ориентировочно химический состав портландцемента выглядит следующим образом: CaO 63-66% SO3 0,3-1% SiО2 21-24 % Na2O и K2O 0,4-1 % Аl2O3 4-8% ТiО2 и Сг2O3 0,2-0,5% Fe2O3 2-4% P2O5 0,1-0,3% MgО 0,5-5% В литературе принято СаО обозначать - С, SiO2–S, Аl2O3–A, Fe2O3–F. Повышенное содержание окиси кальция обуславливает обычно повышенную скорость твердения раствора на основе такого портландцемента, высокую начальную прочность формирующегося камня и его несколько пониженную коррозионную стойкость. Растворы на основе цемента с повышенным содержанием кремнезема в составе клинкера обладают пониженной скоростью твердения в начальные сроки, а формирующийся камень достаточно интенсивном нарастании прочности в длительные сроки и повышенной коррозионной стойкостью. При повышенном количестве Аl2O3 цементы приобретают способность к ускоренному твердению. Соединения окиси железа способствуют снижению температуры спекания клинкера. Цементы, богатые окисью железа, при низком содержании глинозема ведут себя аналогично высококремнеземистым - относительно медленно схватываясь и твердея в начальные сроки, они в дальнейшем достигают высокой прочности. Повышенное содержание в клинкере окиси магния, вызывает неравномерность изменение объема, цемента при твердении. Содержание MgO не должно превышать 5 %. Серный ангидрид SO3 необходим для регулирования сроков схватывания. Содержание его должно быть 1,5 - 3,5 %. Более высокое содержание может вызвать также неравномерное изменение объема. Двуокись титана входит в клинкер с глинистым компонентом сырьевой смеси в количестве 0,1 - 0,5 %. При таком содержании она способствует лучшей кристаллизации клинкерных минералов. При содержании ТiО2 2 - 4 %, она, замещая часть кремнезема, способствует повышению прочности камня, а сверх этого снижает прочность. Фосфорный ангидрид и окись хрома в небольшом количестве оказывают легирующее действие, увеличивая интенсивность твердения в первые сроки и повышая его конечную прочность. При повышенном содержании 1 - 2 % оказывает обратное действие. Щелочи, при их содержании более 1 % вызывают непостоянство сроков схватывания цемента, приводят к опасным, деформациям. Количество окиси марганца в клинкере обычно не превышает 1 - 2 % и существенно не влияет на физико-механические свойства цемента 1.5 Минералогический (фазовый) состав портландцементного клинкераОбразующийся в результате обжига сырьевой смеси клинкер, имеет достаточно сложный минералогический состав. Основную роль в нем играют четыре минерала. Трехкальциевый силикат Ca3SiO4 (С3S) или 3CaO∙SiO2. Трехкальциевый получают в лабораторных условиях из химически чистых компонентов. При производстве клинкера, трехкальциевый силикат содержит некоторое количество примесей MgO, Al2O3, Fe2O3, Cr2O3, которые влияют на его структуру и свойства. Его называют алитом. Содержание алита в клинкере наибольшее, составляет порядка 40-55%. При рассмотрении процессов гидратации цементов примесями, входящими в трехкальциевый силикат, как правило, пренебрегают, и все расчеты ведутся на чистую систему 3CaOSiO2. При формировании цементного камня алит обеспечивает набор прочности камня в ранние сроки твердения (от нескольких дней до 3х - месяцев). Кристаллы алита имеют обычно шестигранную или прямоугольную форму, которая хорошо просматривается в шлифах клинкера в отраженном свете. Двухкальциевый силикат Ca2SiO4 (C2S) или 2CaO∙SiO2 - в портландцементном клинкере присутствует в - модификации, называемой белитом. Количество его в клинкере составляет порядка 20 - 30%. Белит имеет меньшую гидравлическую активность, по сравнению с алитом и обеспечивает рост прочности цементного камня в более поздних стадиях твердения. Белит, как и алит представляет собой твердой раствор - двухкальциевого силиката ( - 2СаOSiO2) и небольшого количества (1-3 %) таких примесей как Аl2O3, Fе2O3, С2О3 и др. Гидравлическая активность белита также зависит от строения кристаллов. Цементы, в которых белит представлен округлыми плотными кристаллами с зазубренными краями со средним размером 20 50 мкм формируют камень с повышенной прочностью. Расщепление кристаллов способствует повышению ее гидравлической активности. Алюминаты кальция обычно встречаются в клинкере в виде трехкальциевого алюмината С3Аl2O6 или 3CaO∙Al2O3 (С3А) кристаллизуется в кубической системе в виде очень мелких шестиугольников и прямоугольников. Содержится в цементном клинкере в количестве до 15 %. Это наиболее химически активный минерал клинкера и именно его гидратация определяет сроки схватывания цементных растворов. Алюмоферритная фаза представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава, который в свою очередь зависит от состава сырьевых смесей, условий обжига и т.п. При этом возможно образование серии твердых растворов между С6А2F, С4АF, C6AF2 и С2F. В клинкере алюмоферритная фаза по своему составу близка к четырехкальциевому алюмоферриту. Четырехкальциевый алюмоферрит Ca4(Al2O5)∙(Fe2O5) или 4CaO∙AI2O3∙ Fe2O3 (C4AF) - железосодержащий минерал обладающий достаточно высокой скоростью гидратации и обеспечивающий рост прочности системы в первые часы твердения. В портландцементах его количество находится в пределах 10 - 20%. Кроме указанных минералов в состав клинкера входит стекловидная фаза, содержащая в своем составе незакристаллизованные ферриты, алюминаты, оксид магния, щелочные соединения и др. При резком охлаждении цементного клинкера стеклофаза, покрывая поверхность минералов, предотвращает фазовые превращения из одной модификации в другую. Стеклофаза имеет вид изотропных прожилок между кристаллами алита и белита или мелких зерен неправильной формы. Стекло отличается переменным составом со значительным содержанием Аl2O3 и Fе2O3. Окись кальция CaOсвоб обнаруживается в свежеобоженном клинкере в виде бесцветных изотропных зерен. Ее должно быть не больше 0,5 1 %. При более высоком содержании СаОсвоб возможно неравномерное изменение объема камня при твердении, вследствии перехода в Са(ОН)2. Щелочесодержащие соединения при взаимодействии с СаО в температурном интервале 700-1200 0С разлагаются. Часть выделяющихся К2О и Nа2О улетучивается, а другая часть остается в составе клинкера, образуя различные соединения: К2SO4, Na2SO4, K2O∙23CaO∙12SiO2, 8CaO∙ Nа2О∙3 Аl2O3. В первую очередь образуются К2SO4 и Na2SO4 и только их избыток будет давать другие щелочесодержащие соединения. Щелочесодержащие соединения в портландцементном клинкере могут встречаться и в составе стекловидной фазы, а также в виде твердого раствора с другими соединениями клинкера. Установлено существование в клинкере и серосодержащих соединений: сульфоалюминатов – С3А∙ СаSO4 и 3Са∙СаSO4, а так же сульфосиликатов – 2С2S∙СаSО4 и 3С2S∙СаSО4. Окись магния MgO находится в клинкере в виде: а) минерала периклаза; б) твердого раствора в стеклофазе или в трехкальциевом силикате; в) в клинкерном стекле. Вредное влияние MgO, при содержании ее более 5% сказывается на равномерности изменения объема цементного камня проявляется в том случае, когда она присутствует в виде кристаллов периклаза, медленно реагирующих с водой в уже затвердевшем цементе и способствующих образованию Mg(ОН)2, характеризующийся увеличенным, удельным объемом. Для регулирования сроков схватывания цемента при помоле клинкера вводится 3-5 % двуводного гипса (СаSО4∙2Н2О). Кроме этого портландцемент может содержать до 15 % кремнеземосодержаших компонентов, в качестве которых могут использоваться молотый песок, шлаки, золы от сжигания твердых топлив. Введением добавок достигается два преимущества: во-первых, цемент стоит дешевле т.к. портландцементный клинкер дороже любой добавки; во-вторых, добавками можно регулировать свойства раствора и камня. Для придания специальных качеств цементу при его помоле вводятся гидрофобизаторы, пластификаторы и др. вещества. |
Похожие:
 | Кандидат юридических наук, доцент кафедры гражданского процесса и социальных отраслей права юридического факультета Российского государственного... | | Кандидат юридических наук, доцент кафедры гражданского процесса и социальных отраслей права юридического факультета Российского государственного... |
| Проект строительства наклонно направленной добывающей газовой скважины глубиной 3150 м на Ен-Яхинском месторождении | | Геология и геохимия нефти и газа: Электронное Учебное пособие (для вузов) / Под ред. А. Н. Резникова. – Ростов-на-Дону: юфу, 2008.... |
| Физико-химические процессы твердения, работа в скважине и коррозия цементного камня: Учеб пособие для вузов. –Тюмень: Изд-во «Нефтегазовый... | | Методические рекомендации предназначены для студентов всех форм обучения по специальности 240134 Переработка нефти и газа и являются... |
| Далее – Методические указания устанавливают единые требования к расчету стоимости услуг, оказываемых спецтехникой и автомобильным... | | Далее – Методические указания устанавливают единые требования к расчету стоимости услуг, оказываемых спецтехникой и автомобильным... |
| Разработаны: Институтом по проектированию объектов нефти и газа зао «Инжиниринговая компания «КазГипроНефтеТранс», Самарским филиалом... | | «Акционерная компания по транспорту нефти «Транснефть» (оао «ак «Транснефть»), обществом с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский... |