Перегрев цемента

Тезисно: 1. Технология производства цемента включает стадию совместного измельчения (или раздельного измельчения и последующего смешивания) клинкера и гипсосодержащего материала 2. Температура цемента поднимается 3. При превышении температуры выше определённых значений гипс начинает дегидратироваться 4. На свойствах цемента это сказывается уменьшением водоотделения; изменением оклика на действие добавок-пластификаторов; возможно – к ложному схватыванию 4-1. Изменение сыпучести цемента 4-2. Хранение горячего цемента 5. Для изучения свойств перегретых цементов можно использовать модельные системы, состоящие из молотой клинкерной части и дополнительно вносимой гипсовой (гипс + полугидрат в нужных соотношениях) 6. Цель работы: изучить возможность получения модельных систем путем нагрева цемента уже отгруженного потребителю

1. Технология производства цемента включает стадию совместного измельчения (или раздельного измельчения и последующего смешивания) клинкера и гипсосодержащего материала, чаще всего гипсового камня, который вводится в количестве до 4,5% по SO₃ от массы цемента по ГОСТ 31108-2020.

2. Производительность цементных мельниц колеблется от 2-5 до 20% [Богданов В.С., Севостьянов В.С., Платонов В.С. Трубные шаровые мельницы с внутренним рециклом // Цемент, 1989, №1, с.15], большая же часть подводимой к мельнице энергии преобразуется в тепло. В некоторых случаях температура в мельнице поднимается до 180-200°С [Справочник по производству цемента / Под ред. Холина И.И. Госстройиздат, М., 1963. 851 с. С.346] Цемент в мельнице охлаждают путём впрыскивания распыленной воды и интенсивной аспирацией холодным воздухом в количествах обеспечивающих температуру аспирационного воздуха не ниже точки росы, что предотвращает запаривание мельницы (конденсацию влаги)[Бажанова О.И., Богданов В.С., Шаптала В.Г. Моделирование температурно-влажностного режима цементной мельницы. Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2012. №4. С.91-95 https://elibrary.ru/download/elibrary_18310421_67462289.pdf] Помимо охлаждения внесение воды позволяет устранить налипание и агрегирование мелких частиц цемента. [Холин И.И. Справочник по производству цемента. С.346]. Однако в ряде случаев (высокая температура исходного клинкера и охлаждающего воздуха, недостаточный объем аспирационного воздуха и др.) температура цемента в мельнице остаётся высокой.

3. Нагрев цемента при сухом помоле химические свойства клинкера не меняет. Но гипсовый камень чувствителен к повышению температуры, дегидратация гипса при помоле начинается уже при 100°С.[Теория цемента / Под ред. Пащенко А.А. Киев, Будивельник, 1991, 168 с. С.123] При более высоких температурах происходит частичное выделение кристаллизационной воды и гипс теряет способность регулировать схватывание цемента, который приобретает свойство ложного схватывания.[Алексеев Б.В. Технология производства цемента. М. Высш. школа, 1980. – 266 с. С.232][Дуда В. Цемент. М., Стройиздат, 1981. – 464 с. С.180-181] Максимально допустимой температурой для цемента на выходе из мельницы является 110°С. Её превышение ведет к ложному схватыванию в процессе хранения цемента [Теория цемента / Под ред. Пащенко А.А. Киев, Будивельник, 1991, 168 с. С.84] Нагрев цемента до температуры начала дегидратации гипса более характерен для помола в открытом цикле. Помол в замкнутом цикле позволяет осуществлять действенный температурный контроль на всех этапах процесса [Дуда, с.182]

Иногда ложное схватывание проявляется у цементов, длительно хранившихся в силосах при высокой температуре. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию против получения этих вяжущих с нежелательными явлениями ложного схватывания.[1]

4. При наличии в цементе двуводного гипса в первые же минуты гидратации вследствии его более высокой растворимости по сравнению с С3А на поверхности гидратирующихся кристаллов трехкальциевого алюмината формируется плотная пленка эттрингита. Это препятствует дальнейшей гидратации алюминатной фазы. При полной или частичной замене двуводного гипса на полуводный или ангидрит преобладает механизм формирования эттрингита в виде тонких длинных игл, сформировавшихся по всему объему можзернового пространства после 80 минут взаимодействия цемента с водой. Таким образом увеличивается степень гидратации алюминатных фаз, повышается седиментационная устойчивость цементно-водной системы, снижается водоотделение.[Вовк И.В., Стржалковская Н.В., Лазарева С.Ю. Спросили производителя. Причины водоотделения цемента. Технологии бетонов. №5, 2024. С.97-99] По другому источнику при затворении цемента подвергавшегося перегреву образовавшийся при помоле полугидрат интенсивно взаимодействует с водой и образует игольчатые кристаллы двугидрата. В результате резкого уменьшения содержания жидкой фазы //что вряд ли// и армирования цементного теста кристаллами двугидрата фиксируется увеличение жесткости цементно-водной системы.[Теория цемента / Под ред. Пащенко А.А. Киев, Будивельник, 1991, 168 с. С.123] Отмечается, что в весеннее время водоотделение цемента увеличивается, поскольку используются для помола накопленные запасы остывшего клинкера; низкая температура в мельнице сохраняет практически весь гипс в двуводной форме. [Вовк И.В., Стржалковская Н.В., Лазарева С.Ю. Спросили производителя. Причины водоотделения цемента. Технологии бетонов. №5, 2024. С.97-99]

4-1. Образование ангидрида при перегреве цемента является одной из причин снижения сыпучести цемента Сидоров, Н. А. Изучение аутогезионных свойств портландцементов / Н. А. Сидоров // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова : Посвящена 165-летию В.Г. Шухова, Белгород, 01–20 мая 2018 года. – Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2018. – С. 3436-3440. – EDN UNNCIT. В работе приводятся данные по текучести термообработанного цемента при температуре 120°С, однако нет данных по режиму обработки.

4-2. Иногда ложное схватывание проявляется у цементов, длительно хранившихся в силосах при высокой температуре. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию против получения этих вяжущих с нежелательными явлениями ложного схватывания.[2]

Гидратация поверхности цемента может начаться уже при производстве цемента вследствие обезвоживания цемента в цементной мельнице или при использовании водного раствора интенсификатора при плохой аспирации мельницы. Поглощение воды может продолжаться и во время хранения свежего цемента в бункере, так как гипс при повышенной температуре (>42°С) продолжает выделять кристаллизационную воду, способствующую гидратации. Шахова, Л. Д. Исследование влияния технологических добавок на реологические свойства цементного порошка / Л. Д. Шахова, Е. С. Черноситова, Ю. В. Денисова // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2017. – № 10. – С. 123-128. – DOI 10.12737/article_59cd0c62ea5830.10657970. – EDN ZOWFCB. CaO в цементе даже при крайне низкой влажности воздуха поглощает большое количество воды и, таким образом, действует как осушитель. Также относительно большое количество воды поглощают орторомбическая и, в меньшей степени, кубическая модификации C3A.А силикаты (C3S, C2S), наоборот, показывают низкую чувствительность к воздействию влажности. Предгидратация существенно влияет на время схватывания цемента, уменьшает прочность и влияет на замедление процесса гидратации цемента, а также приводит к изменениям в реологии цемента, снижению текучести и несовместимости его дальнейшего применения с суперпластификаторами.Исследование стойкости цемента при его хранении в сухих строительных смесях Часть 1. Поверхностная гидратация клинкерных фаз, свободной извести и сульфатных фаз при поглощении влаги из воздуха / Э. Дубина, Й. Планк, Л. Вадсе [и др. // ALITinform: Цемент. Бетон. Сухие смеси. – 2011. – № 3(20). – С. 38-45. – EDN ONZKEN.]

Отпуск горячего цемента запрещён //так ли это?//, так как он очень быстро схватывается, и его невозможно применять в бетоне до полного охлаждения

п.5.12.1 Цементы не должны обладать ложным схватыванием, иметь температуру выше 50°С.[СП 70.13330.2012 "Несущие и ограждающие конструкции". Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87]

5.14 Температура цемента для бетона покрытий и оснований при отгрузке должна быть не более 80°С.[ГОСТ 33174-2014 "Дороги автомобильные общего пользования. Цемент. Технические требования"]

С целью повышения качества цемента и устранения причин «ложного схватывания» следует предусматривать установку между цементными мельницами и цементными силосами холодильников (охладителей) цемента [Проектирование цементных заводов : учебное пособие / ред.: П. В. Зозуля, Ю. В. Никифоров. - СПб. : Синтез, 1995. - 445 с. С.63] // Процесс дегидратации двуводного сульфата кальция по всей видимости может продолжаться и при хранении горячего цемента //

Аномальный отклик цемента на введение пластификатора С-3 с резким падением сохраняемости подвижности при увеличении дозировки пластификатора может быть связан с нарушением температурного режима при помоле цемента с перегревом до 120-150°С и сопутствующей дегидратацией гипса. При этом отмечается, что выдерживание цемента в воздушно-влажностных условиях в течение 2-4 недель нивелирует указанный отрицательный эффект. [Эккель С.В. Некоторые предложения по дополнению действующих стандартов на дорожный бетон. Технологии бетонов. №7-8, 2016. С.50-51], [Эккель С.В. Особые требования к цементу для бетона монолитных покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технологии бетонов. №1. 2014. С.36-41 https://www.elibrary.ru/download/elibrary_22562803_46330087.pdf]

//объем цитирования огромный, также ссылки на литературу по теме ложного схватывания// [Рахимбаев Ш.М., Толыпина Н.М., Аниканова Т.В., Хахалева Е.Н. К вопросу об аномальном схватывании и твердении цемента. // Региональная архитектура и строительство. 2022. № 2 (51). С. 53-61.] https://elibrary.ru/download/elibrary_49244812_90344064.pdf

//уменьшение в/о при замене двуводного гипса на полуводный - автореферат Нормантовича с.9-11, 14-15 //

Ложное схватывание Источник 1. Ложным схватыванием называют ненормальное преждевременное загустевание цемента в течение нескольких минут после его перемешивания с водой. Ложное схватывание отличается от мгновенного схватывания тем, что при нем выделяется незначительное количество тепла. Повторное перемешивание цементного теста без добавки воды восстанавливает и поддерживает пластичность цементного теста до тех пор, пока оно не схватится обычным способом и без потери прочности. Некоторые причины ложного схватывания следует искать в дегидратации гипса в случае его помола с недостаточно охлажденным клинкером; при этом образуются полугидрат (CaSO₄·0,5Н₂О) или ангидрит (CaSO₄), которые при перемешивании цемента с водой гидратируются с образованием гипса. Таким образом, схватывание гипса имитирует общее загустевание цементного теста. Другая причина появления ложного схватывания может быть связана с наличием щелочей в цементе. При хранении цемента они образуют карбонаты, которые, в свою очередь, реагируют с Са(ОН)₂ — продуктом гидролиза C₃S — с образованием СаСО₃. Последний осаждается, вызывая загустевание теста. Были высказаны также предположения, что ложное схватывание может быть следствием активации C₃S в результате аэрации в условиях умеренно высокой влажности. Вода адсорбируется на зернах цемента, и активированные этим поверхности зерен могут быстро соединяться с большим количеством воды при перемешивании: такая быстрая гидратация будет также вызывать ложное схватывание.[Невиль А.М. Свойства бетона. Изд-во лит-ры по стр-ву. М., 1972. 344 с. С.17]

План статьи: Перегрев цемента ведет к ухудшению качества, в частности появлению признаков ложного схватывания. Ложное схватывание определяют по методике ГОСТ Р 56588-2015, по кинетике изменения консистенции цементного раствора, определяемой коническим пластометром. Есть факты, что ложное схватывание приводит к резко уменьшенному водоотделению цемента. Никто еще не озадачивался отработкой режима прогрева цемента в лабораторных условиях, который приведет к появлению признаков ложного схватывания. Цель работы: - определение температурного режима прогрева цемента, который приведет к появлению признаков ложного схватывания по изменению водоотделения - определение изменения консистенции цементного теста для цемента разных вариантов прогрева