ПӘндердің ОҚУ-Әдістемелік кешені

1. Магнезиалды байланыстырушы заттар

2. Шикізат материалдары және магнезиалды байланыстырушылардың негізгі қасиеттері.

3. Магнезиалды байланыстырушы заттардың қолданылуы.

Магнезиальды байланыстырушы заттар

Магнезиалдық байлаушы заттардың түрлері: каустикалық магнезит және каустикалық доломит болып табылады.

Каустикалық магнезитті шахталық немесе айланпас пештерде 650 ... 850°С аралығында MgCO₃ магнезитін күйдіру нәтижесінде алады. Сонда MgCO₃ ыдырайды. Қалған қатты зат (магний тотығы) ұнтақталады.

MgO және СаСО₃ каустикалық доломитын кейінгі үгумен және оны ұнтақтап CaCO₃*MgCO₃ табиғи доломитын күйдіру жолымен алады. СаСО₃ доломитты күйдірген кезде ол ыдырамайды және бейтарап балласт сияқты қалады, бұл каустикалық доломиттың байланыстырушы белсенділігін каустикалық магнезитпен салыстырғанда төмендетеді.

Магнезиалдық байланыстырушы сумен емес, оларды магний сульфаты немесе магний хлориді тұздарының ерітіндісімен ерітеді. Хлорлы магний ерітіндісінде ерітілген магнезиалды байланыстырушылар күкірткүшкылды магнийдің ерітіндісінде ерітілгендерде қарағанда беріктігі жоғары болады. Магнезиалды байланыстырушы әуалы болып табылып, су әрекетіне баяу қарсы береды. Оларды салыстырмалы ылғалдылығы 60% -дан жоғары емес тек ауада ғана қатаюға пайдалануға болады. Каустикалық магнезит ауадан ылғалды және көмірқышқылды жеңіл жұтады, нәтижесінде магний гидроксиді және магний карбонаты пайда болады. Соған байланысты каустикалық магнезитті тығыз герметикалық ыдыста сақтайды. Магнезиалды байланыстырушы негізінде бұрынғы кезде еденнің құрылымы үшін пайдаланатын ксилолитты (үгінділермен байланыстырушы қоспа), және фибролитт пен жылу оқшаулағыш материалдар дайындаған. Қазіргі уақытта магнезиалды байланыстырушылар қолданыуы шұғыл қысқарды.

Магнезиалдық байланыстырушы заттардың екі түрі белгілі: каустикалық магнезит және каустикалық доломит. Каустикалық магнезит деп магнезитті (МgСО₃) күйдіріп, кейін оны жұқа ұнтаққа үгу арқылы алынатын өнімді айтамыз. Каустикалық доломиттің каустикалық магнезиттен айырмашылығы – оны дайындауға шикізат ретінде магнезит емес доломит (CaСО∙МgСО₃) алынады. Осы екі байланыстырушы заттарды магний хлориді, магний сульфаты, немесе қандай да бір басқа тұз ерітінділермен ерітеді.

Магнезит (ащы шпат) табиғатта екі түрлі болады - кристалдық және аморфты. Біріншісі нақты кристалды құрылымы бар және үлкендәнді мәрмәр сияқты. Екіншісі фарфор массасы сияқты. Моос шкаласы бойынша магнезиттің екі түрінің қаттылығы 3.5-4.5 ішінде ауқымды; 2.9-3.1 үлес салмағы. Магнезиттің теориялық құрамы 47,82% MgO және 52,18% СО₂.

Табиғи магнезит құрамында әрқашан түрлі қоспалар болады: саз, кальций карбонаты және т.б. Қоспаларға байланысты ол ақ, сары, сұр және басқа да түсті болады.

Аморфты магнезит үшін кремний диоксиді қоспасы және темір қосылыстарының қоспалардың жоқтығымен сипатталады. Табиғатта магнезит әктас пен доломитке қарағанда жиі кездеседі.

Доломиттер кең таралған тау кені болып табылады.

Моос шкаласы бойынша қаттылығы 3,5-4,0; үлес салмағы 2,85-2,95. Доломиттің теориялық құрамы СаСО₃-54.27%; МgСО₃-45,73% немесе тотықтарда: CaO-30,41%; MgO-21,87% және СО₂-47,72%.

Табиғи доломит құрамында әдетте көмірқышқылды кальцийдың бірнеше артық мөлшері болады. Сонымен бірге, долмит құрамында сазды және т.б. қоспалар кездеседі. Доломит түсі қопаларға байланысты ақ, сары және темір қосылыстарына байланысты қоңыр болады. Қайнап шығатын әлсіз тұз қышқылының әсерінен әктастан оның айрмашылығы – доломитке бұл қышқыл тек қыздырылған немесе ұнтаққа дейін ұсатылған кезде әсер етеді.

Магнезит пен долмит байланыстырушы материалдар өндірісінде тек шикізат ретінде ғана кезікпейді, сонымен бірге отқа төзімді шикізат ретінде де және бірқатар басқа өндірістердің салаларында қолданылады.

Каустикалық магнезит химиялық құрамына байланысты үшке бөлінеді. Ең төменгі MgO құрамы 87, 83 және 75%-дан кем емес болуы тиіс, ол сәйкесінше I, II және III класс болады. I классқа жататын каустикалық магнезит химия және магний өнеркәсібінде пайдаланылады.

Каустикалық магнезит ауадан ылғал мен көмірқышқылды оңай сіңіреді, нәтижесінде магний гидрокисиді мен магний карбонаты түзіледі.

Сонымен қатар кайта күйдіру салдарынан меншікті салмақтың өсуін алмастыратын меншіті салмақ азаяды. Сондықтан меншікті салмақты анықтау жолымен күйдірудің сапасын материал пештен шыға салысымен тексеру керек.

Каустикалық магнезитті тасымалдау барысында сақтандыру үшін және ылғал мен ауадағы көмірқышқыл әсерінен сақтау үшін қалың ыдысқа қаптау қажет.

II класс стандартына сай каустикалық магнезиттің ұсақталуының өлшемі №02 ситодан өткізгенде ситода 5%-дан аспайтындай қалдық калатындай және №008 ситодан барлық материалың кем дегенде 75%-ы өтетіндей болу керек. Басқа класстар үшін ұсақталу өлшемі нормаланбайды.

Бірігу 20 минуттан ерте басталмауы қажет, және еріту басталуына кем дегенде 6 сағат қалғанда аяқталу керек.

Магний хлоридында ерітілген каустикалық магнезит қалыпты температурада (+20⁰С) көлемнің біртекті өзгеру сынынан өту қажет.

Магнезиалды цемент лезде қатаятын байланыстырушы зат болып табылады. ҚНЕ-ге (Құрылыстық нормалар мен ережелер) сай каустикалық магнезит маркалары: 400, 500 және 600. Олар 28 тәулік бойы ауада қатайған, қатты тығыздалған 1:3 ерітіндідегі үлгілерді қысу кезіндегі беріктілік шегінің көрсеткіштері бойынша анықталады.

Каустикалық доломиттің сапасы әлдеқайда төмен, себебі оның құрамында кальций карбонатының едәуір мөлшері мен кальций оксидінің біраз мөлшері бар. Каустикалық доломиттің құрамындағы магний оксидінің мөлшері 15%-дан кем болмауы қажет. Каустикалық доломитті қыздыру нәтижесінде шығатын шығын 30-35% шамасында болу керек. Бос кальций оксидінің каустикалық доломиттегі мөлшері 2,5%-дан аспау қажет. Каустикалық магнезиттегідей анықталатын маркалары 100, 150, 200 және 300 болып келеді.

Магнезиялды байланыстырушы заттар үлпілдек, олардың құрамынан еритін тұздарды (MgCI₂ және т.б.) шаятын судың әсеріне әлсіз төтеп беретін болып келеді. Оларды салыстырмалы ылғалдылығы 60%-дан кем ауада қатайған соң қолданылуға болады.

Магнезиалды байланыстырушы заттардың қолданылуы.

Магнезиалды цементтерді фибролит, ксилолит, жасанды мәрмәр, сылақтар, жылуды оқшаулайтын материалдар, баспалдақтар, табалдырықтар, терезенің алдын жасайтын тақтайшалар және басқа да құрылыс заттарын, таза едендердің негізін, мүсіндеуге арналған жабдықтар жасауда, сонымен қатар қайрақ және литография тастарын, жасанды диірмен тастарын алуда, басқа да мақсаттарда қолданылады.

Магнезиалды байланыстырушы заттарды әсіресе органикалық толтырғыштармен бірге қолданылады: жоңқа; ағаш жүндермен және т.б., олар магнезиалды тұтқыр заттарға кері әсерін тигізбейді. Бұл осы байланыстырушы заттардың бейтарап химиялық қасиетке ие болуымен, сонымен қатар органикалық толтырғыштардың қатаю нәтижесінде түзілетін магний оксихлоридымен минералдануымен түсіндіріледі. Ал цемент пен оргаикалық толықтырғыштарды қосқанда минерализаторларды, мысалы кальций хлориды немесе күкірт қышқылды глиноземды енгізуге тура келеді, себебі ағаш құрамындағы суда еритін экстрактивті заттар (қанттар, гемицелюллоза) цементке зиянды әсерін тигізеді.

Фибролит (грекше – талшықты тас) ағаш жүнінен, кенеп сабағынан немесе басқа да талшықты органикалық заттардан жасалатын, магнезиалды цементпен байланысқан пресстелген және қатайған тақталар болып келеді.

Фибриолитті алу үшін каустикалық магнезитті магний хлориді немесе басқа тұздың ерітіндісінде ерітіп, алынған магнезиалды сүтті ағаш жүнімен мұқият араластырып, қажетті мөлшердегі фибролитті массаны өлшеп, металл немесе ағаш қалыпқа тиейді.

Фибролитті массаны 0,4-0,5 кг/см² және одан да жоғары қысымда пресстейді. Алдымен қалыптағы пресстелген тақталарды камераларда 60-70⁰С-қа шейін қыздырылған ауада 6-7 сағат бойы ұстайды, содан кейін сол немесе басқа камераларада 7-8 сағат бойы күшейтілген вентиляцияда температурасы 80-90⁰С ауамен қыздырады.

Көлемдік салмағына және иілу беріктігіне байланысты фибролиттің түрлері келесідей: жылу өткізбейтін, құрылымдық және фибролитті шере. Жылу өткізбейтін фибролитті басқа материалдардан жасалған қабырғаларды, жабындылар мен едендерді жылыту үшін қолданылуға болады, құрылымдықты қаңқа арқылы құрастырылған қабырғаларды, қалқандар мен жабындыларды толтыру үшін, ал фибролитті шерені қабырғалар мен төбелерді қаптау үшін сылақтың астына қолданылуға болады.

Ксилолит  (грекше - ағаштас) ұсақ органикалық толықтырғаштар (қылқанды түрлердің үгінділері) мен тұздар ерітінділеріне ерітілген магнезиалды байланыстырушы заттардың қатайған қоспасы. Негізгі құраушылардан басқа қоспаға тальк, трепел, кварцты құм, бояғыштар, басқа да талшықты материалдар қосады. Ксилолитты негізінен тігіссіз (тегіс) едендер үшін және пресстелген тақта мен плиткалар түрінде едендер мен қабырғаларды қаптау үшін қолданылады.

Ксилолитті массаны каустикалық магнезитті, толықтырғыштар мен бояуларды құрғақтай дайындау, мөлшерлеу және араластыру, әрмен қарай магний хлориды ерітіндісіне еріту жолымен алады; қоспа созымды консистенцияға ие болу керек. Ксилолитті едендерді салғанда дайындалған массаны ағаш, бетон немесе тасты негіздерге жаяды.

Ксилолитті едендерді бір немесе екі қатпарлы етіп салады. Бір қатпарлы еденнің қалыңдығы 15-20 мм, ал екі қатпарлынікі 20-30 мм. Бір қатпарлы еден үшін, сонымен қатар екі қатпарлы еденнің жоғарғы қатпары үшін ксилолиттің құрамы 1:2 қатынасты құрайды, яғни байланыстырушы заттың бір көлемдік бөлігіне үгінділердің екі көлемді бөлігін қосады. Екі қатпарлы еденнің төменгі қатпары үшін қолданылатын масса құрамы - 1:4. Қандайда бір негізге салынған ксилолитті массаны түзетіп, тегістеп, таптау немесе вибрация көмегімен тығыздайды.

Зауыттарда тікбұрышты немесе көпбұрышты қалыпты ксилолитті тақталар шығарылады. Олардың өлшемі 20×20 немесе 15×15 см, қалыңдығы 12-15 мм. Үгінділердің шамасы 1,5 мм-ден аспайды. Үгінділер үшін ксилолитті массаның құрамы - 1: 4. Тақталар дайындау үрдісінде қатты ксилолитті масса ыстық күйінде 300 кг/см² қысым астында пресстеледі.

Магнезиялды байланыстырушы заттардан көпіршікті және газды магнезит дайындайды. Көпіршікті магнезит каустикалық магнезитті магний хлориды немесе басқа да тұздар етітінділерінде клееканифольді көпіршіктүзгіш қатысында еріту жолымен алынады. Газды магнезитті алу үшін газды силикаттты алуда қолданылатын газтүзгіштерді қолдануға болады.

Сонымен қатар каустикалық магнезит мен асбесттен (асбестті-магнезиалды тақталар) немесе каустикалық доломит пен асбесттен (совелит) жасалатын жылуды оқшаулағыш материалдар белгілі. Асбесттің мөлшері екі жағдайда да 15%-ды құрайды.

Магнезиалды байланыстырушылар негізіндегі сылайтын ерітінділерді ғимараттардың ішкі жағын әрлеу үшін пайдаланылады. Олардың құрамына байланыстырушы заттармен қатар органикалық және де минералды толықтырғыштар мен минералды бояулар кіреді.

Каустикалық доломит, каустикалық магнезит, еріту процессі, фибролит, магнезиалды байланыстырушы заттар

1. Магнезиалды байланыстырушы заттардың сипаттамасы және олардың түрлері?

2. Магнезиалды байланыстырушы заттарды алатын шикізаттар қандай?

3. Магнезиалды байланыстырушы заттарды немен ерітеді?

4. Каустиалық магнезитті химиялық құрамына қарай қалай ажыратуға болады?

5. Фибролит қандай зат?

Ұсынылған әдебиеттер:

7.1 Негізгі әдебиеттер

7.1.1 Сулименко Л.М. Общая технология силикатов.-М.: ИНФРА-М, 2004.-336 с.

7.1.2 Товароведение и экспертиза древесно-мебельных и силикатно-строительных товаров.-Ростов н/Д: Феникс, 2002.-389 с.

7.1.3 Гаршин А.П. и др. Абразивные материалы. –Л.: Машиностроение, 1983, 231 с.

7.1.4 Бобкова И.М., Дятлова П.М., Куницкая Г.С. Общая технология силикатов.-Минск. Высшая школа. 1987, 288 с.

7.1.5 Дудеров И.Г., Матвеев Г.М., Суханова В.Б. Общая технология силикатов.-М.: Стройиздат. 1987.-560 с.

7.1.6 Таймасов Б.Т. и др. Технология производства портландцемента.-Шымкент, ЮКГУ,2004.-293 с.

7.1.7 Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе.-М.:Высшая школа, 2000.-320 с.

7.2 Қосымша әдебиеттер

7.2.1Лебедева Д.И. Создатель русского фарфора.-Л.:Наука.1978.-240 с.

7.2.2 Будников П.П. Химическая технология керамики и огнеупоров.-М.: Стройиздат. 1985.-464 с.

7.2.3 Химическая технология стекла и ситаллов./Под ред. М.М. Павлушкина.-М.:Стройиздат,1983.-426 с.

7.2.4 Строительные материалы. Справочник./Под общей редакцией А.С. Болдырева, П.П. Золотова.-М.:Стройиздат,1989.-567 с.

7.2.5 Горчаков Г.И. Құрылыс материалдары. Аударған Темірқұлов Т.Т.-Алматы.2000.-397 б.

7.2.6 Бутт Ю.М., Сычев В.В., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов.-М.:Высшая школа,1980.-472 с.

7.2.7 Пащенко А.А., Сербии В.В., Старчевская Е.А. Вяжущие материалы.-Киев, Высшая школа, 1985.-440 с.

7.2.7 Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества.-М.: Стройиздат, 1979.-476 с.

7.2.8 Еремин Н.И., Наумчик А.Н., Казаков В.Г. Процессы и аппараты глиноземного производства.-М.: «Металлургия», 1980.-360 с.

7.2.9 Монастырев А.В. Производство извести.-М.: ВШ, 1971.-272 с.

7.2.10 Тетеревков А.И., Печковский В.В. Оборудование заводов неорганических веществ и основы проектирования.-Мн.: ВШ, 1981.-335 с.
ЛЕКЦИЯ № 6. ГИДРАВЛИКАЛЫҚ БАЙЛАНЫСТЫРУШЫ ЗАТТАР
Дәріс жоспары

1. Гидравликалық әктас.

2. Романцемент.

3. Портландцемент.

4. Портландцемент өндірісі.

5. Портландцемент түрлері. Қолдану аймағы.

Гидравликалық әктас – құрамында 6—20% сазды қоспалар бар мергелды ізбестастарды 900—1100 °С температурада бір қалыпты күйдіру өнімі. Мергелды ізбестастарды күйдіргенде кальций карбонатының ыдырау нәтижесінде түзілетін СаО бір бөлігі қатты күйінде саз минералдарында болатын SiО₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ тотықтарымен қосылып, тек қана ауадағана емес, сонымен бірге суда қатаю қабілеті бар силикаттар 2СаО • SiО₄, алюминаттар СаО • А1₂О₃ және кальций ферриттерін 2СаО • Fe₂O₃ түзеді.

Гидравликалық әктас құрамында бос СаО кальций тотығы мол мөлшерде болғандықтан, ол да ауалы әктас сияқты су әсерімен сөндіріледі, бос СаО кальций тотығының мөлшері қаншалықты көп болса, соншалықты гидравликалық қатаюға қабілеті төмен болады. Құрылыстық гидравликалық әкті № 009 ситодан өткізгенде 10%-дан аспайтын қалдық қалатындай ұсақ ұнтақ түрінде шығарады,

Мергелды ізбестастардың құрамында сазды және топырақты қоспалардан басқа 2—5% көмірқышқыл магний және тағы басқа қоспалар болады. Гидравликалық әктас өндірісіне сазды және басқа қоспалар мөлшері біркелкі орналасқан мергелды ізбестастарды қолданғаны дұрыс, өйткені алынатын өнім сапасы соған тәуелді болады.

Гидравликалық әктастар үшін осы модуль 1,7—9 аралықта жатады.

Гидравликалық әктас екі түрлі болады: модулі 4,5 – 9 әлсіз гидравликалық және модулі 1,7—4,5 күшті гидравликалық. Егер күйдіру өнімінің гидравликалық модулі 1,7 –ден төмен болса , онда ол романтцемент (1,1—1,7) болады, ал егер 9–дан көп болса, онда ауалы әктас болады. Сумен әрекеттестірілген гидравликалық әктас алдын ала ауада қатырылғаннан кейін суда қатаю процесі жалғасады, бұл кезде ауада қатаю физико-химиялық процесі гидравликалық қатаю процесімен бірге жүреді. Ылғал буланған кезде кальций тотығының гидраты біртіндеп кристалданады, ал көмірқышқыл газының әсерінен карбонизациялануға ұшырайды.

Романцемент — құрамында 25% -дан кем емес сазды қоспасы бар таза және доломитті мергельтің аяғына дейін күйдірілмеген өте ұсақ үгітілген өнімі. Романцементтің қасиетін реттеу үшін 15% -ға дейін белсенді минералдық қоспалар мен 5% -ға шейін табиғи CuSO₄ гипсты енгізеді.

Романцемент өндірісінің шикізаты — мергелдер — аралас сазды-карбонатты құрамды табиғи қоспа: 50 — 75 % карбонат (кальцит, сирек доломит), 25 — 50 % — ерімейтін қалдық (SiO₂ + R₂O₃). Ізбестас пен саздың күйдіру процесінде аяғына дейін күйдірілмеген кезде құрамында бос кальций тотығы жоқ болып шығатын қатынаста алынатын өнім ең қажетті мергелдер болып табылады. Олар құрамында кальций карбонатының мөлшері жоғары емес және гидравликалық модуль 1,1 – 1,2 тең мергелдер.

Романцемент өндірісі мергелды алу, оны қажетті өлшеміге дейін кесектерге ұсату, күйдіру мен кейін күйдірілген материалды үнтақтауға негізделген. Шикізатты күйдіру негізінде шахталы, ал кейбір кезде айналмалы пештерде 1000 – 1100 ⁰С температурада жүргізіледі. Күйдірілген материалды үнтақтау шар тәрізді мельницаларда гипспен және белсенді минералды қоспамен бірге жүргізілгені дұрыс, өйткені осындай кезде біртекті өнім түзіледі.

Романцементтің байланысуы мен қатаюы гидравликалық ізбестас құрамында бар және негізінен романцементті құрайтын кальций силикаттары мен алюминаттарының гидратациясына негізделген. Романцементтің байланысы сумен әрекеттескеннен бастап 15 минуттан кейін басталып, 24 сағаттан аспай аяқталуы керек.

Романцемент – баяу қатаятын, маркалы беріктігі салыстырмалы түрде төмен байланыстырушы зат. Белгілі маркалар 25, 50 және 100. Марканы үлгілерді қысқан кезде шекті беріктік мәні бойынша анықтайды.Романцементтің ұсақталу шамасы № 02 ситода 5%-дан кем, ал № 008 ситода 25%-дан кем қалдық қалумен сипатталады.

Романцементті сылайтын және қалайтын құрылыс ерітінділері, төмен маркалы бетондар үшін қолданылады; қабырға тастары мен ұсақ блоктар өндірісінде, әсіресе бумен термоөңдеуді қолданып пайдаланылуы мүмкін.

Портландцемент

Портландцемент қазіргі кездегі өндірістік, азаматтық, тұрмыстық, ауылшаруашылық, гидротехникалық және жол құрылысындағы негізгі материал болып табылады. Еліміздегі құрылыстың қарқынды өсуі цемент өндірісінің жылдамдығының өсуіне, 1953 ж. 15 млн. т-дан 1970 ж. 95 млн. т-ға шейін, себепші болды. Цемент сапасы үздіксіз жоғарылап келеді, атап айтқанда беріктілік көрсеткіштері өсіп келеді — портландцементтің орташа маркасы 500-ден асты.

Портландцемент деп біріккенге дейін күйдірілетін, нәтижесінде клинкерде кальций силикаттарының басым мөлшері түзілетін әктас пен саздың шикізаттық қоспасын ұсақтау нәтижесінде алынатын, суда да, ауада да қатаятын гидравликалық байланыстырушы затты айтамыз. Біріккен, өлшемі 40 мм-ге дейін жететін шикізаттық қоспа клинкер деп аталады; цементтің маңызды қасиеттері клинкердің сапасына тәуелді: даму жылдамдығы мен беріктілігі, төзімділігі, түрлі эксплуатациялық шарттарға тұрақтылығы.

Цементтің бірігу мезгілдерін реттеу үшін ұсату кезінде клинкерге күкірт қышқылының ангидридіне SO₃ санағанда цемент салмағының 1,5%-нан кем емес және 3,5%-дан аспайтын мөлшерде гипс қосады. Портланцементті қоспаларсыз немесе цемент салмағының 15%-на дейінгі мөлшерде белсенді минералды қоспалар қосып шығаруға болады.

Клинкер сапасы оның химиялық және минералогиялық қасиеттеріне байланысты.

Портланцемент өндірісінде қолданылатын әктас негізінен екі тотықтан тұрады — СаО мен СО₂, ал саз — құрамында негізінен SіO₂, А1₂О₃, Fe₂O₃ тотықтары бар түрлі минералдардан тұрады. Шикізат қоспаларын күйдіру процессі барысында СО₂ жойылып, қалған тотықтар СаО, SiO₂, А1₂О₃ мен Fe₂O₃ клинкер минералдарын түзеді. Портландцемент клинкерының химиялық құрамы негізгі тотықтардың келесі пайыздық мөлшермен сипатталады.

Кальций тотығының жоғары мөлшері (қышқыл тотықтармен химиялық байланысы бар болған жағдайда) портландцементтің қатаю жылдамдығының жоғары екендігін, өте берік екендігін және суға төзімділігі біраз төмен екендігін көрсетеді. Кремноземның жоғары мөлшері цементтің бастапқы кезеңде қатаю уақытын баяулатады, мұндай цементтер жоғары суға төзімділігімен ерекшеленеді. Жоғары мөлшері цементтің бастапқы кезеңдерде жылдам қатаюына септігін тигізеді, алайда цемент төмен суға төзімділігімен, сульфатқа төзімділігімен және аязға төзімділігімен сипатталады. Темір тотығы клинкердің бірігу температурасын төмендетеді және цементтің сульфатты суларға төзімділігін жоғарылатады.

Негізгі тотықтардан басқа портландцемент клинкерінде басқа да тотықтар болуы мүмкін: магний тотығы MgO, сілтілік тотықтар К₂О мен Na₂O, олар цемент сапасын төмендетеді. Шамамен 1500 °С температурада күйдірілген магний тотығы сумен әрекеттескенде баяу сөндіріліп, қатайған ерітіндіде немесе бетонда жарықтардың пайда болуына әкеледі. Цемент құрамында дан жоғары мөлшерде сілтілік тотықтардың болуы мұндай цемент негізіндегі қатты бетонның бұзылуына әкеледі.

Атап айтылған тотықтар клинкерде бос күйінде болмай, кристалл құрылымды минералдар түріндегі кальций силикаттарын, алюминаттары мен алюмоферриттерін түзеді және бір бөлігі шыны тәрізді фаза қосылыстарының құрамына кіреді.

Алит пен белит мөлшерінің қосындысы әдетте 70—80%-ға тең, яғни портландцемент клинкерінде калций силикатының мөлшері басым болып келеді. Бірақ оның құрамында негізгі минералдардан бөлек біраз мөлшерде басқа да минералдар болады — кальций алюминаттары мен алюмоферриттері 5СаО • АlО₃, 8СаО • 3А1₂О₃ • Fe₂О₃, сонымен қатар кальций ферриты 2СаО • Fe₂О₃. Клинкерде кристалдық фазалармен қатар кристалданбаған шыны түріндегі аморфты заттар (6—10%), біраз мөлшерде магний тотығы (5%-дан төмен) да бар, кейде клинкердің толық күйдірілмеу салдарынан кальций тотығы (1%-ға шейін) да кездеседі.

Дұрыс есептеліп, мұқият дайындалған және күйдірілген шикізат қоспасынан тұратын клинкер құрамында бос кальций тотығы СаО болмау керек, себебі күйіп кеткен (шамамен 1500° С температурада) әктас дәл магнезия сияқты көлемі ұлғайып, өте баяу сөнеді, бұл қатып қалған бетонның жарыла бастауына әкеледі.

Клинкердің минералогиялық құрамы — оның толық және сенімді сипаттамаларының бірі. Совет және шет ел ғалымдарының зерттеулері бойынша, портландцементтің барлық дерлік құрылыстық қасиеттері клинкердің минералогиялық құрамына байланысты.

Портландцемент өндірісі

Портланцемент өндірісінің шикізатының құрамында 75—78% СаСОз мен 22—25% сазды заттар болуы қажет. Бұл — кальций карбонатының жоғары мөлшері бар карбонатты жыныстар мен кремнозем, глинозем мен темір тотықтары бар сазды жыныстар. Ізбес тас пен бор (мел) кең қолданылады. Мергелдер бағалы шикізат болып келеді, себебі құрамы СаО, SiO₂, R₂O₃ бойынша қыздырылған затқа шаққанда олар клинкерге жақын.

Көрсетілген талаптарға сай тау жыныстары табиғатта сирек кездеседі. Сондықтан ізбес тас және сазбен қатар шикізат қоспасына жетпей тұрған бір, тіпті екі тотықтың едәуір мөлшері бар түзетуші қоспаларды қолданылады. Осылайша жетпей тұрған SiO₂ орнына жоғары кремноземды заттарды (опокалар, диатомиттер, трепелдер) қосады. Темір тотықтарының мөлшерін көбейту үшін колчедан огароктарын немесе рудаларын қосуға болады. Глиноземның А1₂О₃ көп мөлшері қажет болса, жоғары глиноземды садарды қосуға болады.

Бұдан басқа, цемент өндірісі қосалқы өнімдерді кеңінен қолданыла бастады (әр түрлі өндіріс салаларының қалдықтары, мысалы домна шлактары, нефелин шламы және т.б.). Нефелин шламы глинозем өндірісінде қалдық ретінде алынады, оның құрамында 25—30% SiO₂, 50—58% СаО, 2—5% А1₂О₃, 3—5% Fe₂O₃ және 3—8% басқа да тотықтар болады. Егер осындай құрамды шикізатқа ізбес тастың 15—20% мөлшерін қосатын болса, онда портландцемент алуда қолданылатын шикізат құрамына ұқсас қоспа алынады.

Отын ретінде ұсақталған тас көмір (немесе антрацит), мазут және табиғи газ қолданылады. Қазіргі уақытта отандық цемент өндірістері тиімді болып саналатын газ тәріздес отында жұмыс жасайды.

Портландцемент өндірісінің технологиялық процесі келесі негізгі операциялардан тұрады: ізбес тас пен сазды тауып, шикізат материалдары мен толықтырушы қоспаларды дайындау, олардан берілген құрамды, біртекті қоспа дайындау, қоспаны күйдіру, гипспен бірге, кейде қоспалармен бірге клинкерды ұсақ ұнтақ қылып үгіту. Шикізат қоспасын дайындау тәсіліне байланысты портландцемент өндірудің екі жолы бар: дымқыл және құрғақ. Дымқыл жолда шикізат материалдарын судың қатысында ұсатып, араластырады да, сұйық шлам түріндегі қоспаны айналмалы пештерде күйдіреді; құрғақ әдісте материалдарды құрғақ күйінде ұсатып, араластырып, күйдіреді. Осы негізгі әдістермен қатар біріктірілген тәсілді кең қолдана бастаған: шикізат қоспасын дымқыл әдіспен дайындап, шламды сусыздандырады, одан гранулалар дайындап, құрғақ әдіс бойынша күйдіреді.

Әр тәсілдің өз артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Сулы ортада материалдарды ұсақтау жеңілірек және қоспа жылдамырақ біртекті болады, бірақ күйдіруге жұмсалатын отын құрғақ әдіспен салыстырғанда 1,5—2 есе көп шығындалады. Алынатын клинкер сапасының төмен болуына байланысты құрғақ әдістің қолданысы шектелген болатын. Алайда құрғақ қоспаларды ұсақтау және гомогендеу техникасының дамуына байланысты портландцемент сапасы жоғарылап, соңғы онжылдықта бұл әдіс дами түсуде. Біріктірілген әдісте дымқыл әдіспен салыстырғанда отын шығыны 20—30%-ға төмендейді, бірақ электр қуатының шығыны жоғарылап, өндіріс еңбекті көп қажет етеді. КСРОда цементтің 85%-ы дымқыл әдіспен өндірілген, ал АҚШ-та — 60%-ға шейін, Англия мен Францияда бұл әдіс басымырақ. Жапония, Германия, Италия мен Швецияда құрғақ әдіс басымырақ.

Портландцементтің дымқыл әдіспен өндірісі келесі технологиялық сызба бойынша (38) жүзеге асады. Карьерден зауытқа жеткізілетін кесек шикізат материалдарын алдын ала ұсақтайды (ірілігі 5 мм-ден аспайтындай етіп). Қатты жыныстарды уатқыштарда уатады; ал жұмсағырақтарын (саз, бор) саз шайқағышта сумен араластырып ұсатады. Шайқағыш — диаметрі 5—10 және биіктігі 2,5—3,5 м, шойын тақталармен футирленген домалақ темір бетон сұйыққойма. Шайқағышта тік осьтің айналасында крестовина айналып тұрады, оған шынжыр көмегімен саз бөлшектерін ұсақтайтын болат ашалар ілінген. Саз шайқағыштан алынған ылғалдылығы шлам торлы тесіктен шығарылып, түтікті диірменге салынады, онда ұсақталған ізбес тас үздіксіз жіберіліп тұрады.

Түтікті диірмен — бұл ұзындығы 15 және диаметрі 3,2 м-ге дейін болатын, қуыс шетмойында (цапфа) айналатын, сол арқылы диірмен бір жағынана толтырылып, бір жағынан босатылатын болат цилиндр. Диірмен іш жағынан үш камераға өтетін тесіктері бар бөгеттерге бөлінген: бірінші және екіншіде болат немесе шойын шарлары орналасқан, ал үшіншіде — шағын цилиндрлер. Қуыс шетмойын арқылы шлам түтікті диірменнің бірінші камерасына келіп түседі. Диірмен айналғанда центрге татқыш күштің және үйкеліс күшінің әсерінен шарлар қабырғаға жабысып, біраз биіктікке дейін көтеріліп, төмен құлайды да, материал дәндерін жарады және үгітеді. Түтікті диірмендер үздіксіз жұмыс жасайтын қондырғылар болып келеді. Қаймақ тәрізді масса түрінде (шлам) ұнтақталған материал насос арқылы цилиндр формасындағы темір бетон немесе болат сұйыққойма болып келетін түзеткіш шлам-бассейндерге жіберіледі. Онда шламның химиялық құрамы біржола түзетіліп, пештің қауіпсіз жұмыс жасауы үшін біраз қор жасалады. Бассейнде шлам тұрып қалмас үшін оны әрбір уақыт сайын сығылған ауа ағынымен немесе маханикалық піскектермен араластырып отырады. Бассейндерден шлам бактарға түседі, содан соң бір қалыпты түрде айналмалы пешке күйдіру үшін жіберіледі.

Айналмалы пеш болаттан жасалған, ішкі жағынан отқа төзімді материалмен қапталған ұзын цилиндр болып келеді. Пеш ұзындығы 185, диаметрі 5 м. Пеш барабаны 3—4° иіліммен орналасқан және өз осінің бойымен 0,5—1,4 айн/мин жылдамдықпен айналады. Шлам пештің жоғарғы жағынан жүктеліп төменгі жағына жылжиды. Газ, мазут немесе тас көмір шаңы түріндегі отын пештің төменгі қарама-қарсы жағында ауамен байланысады да, жанады, солайша пештің ішінде температура шамамен 1500° С болады.Түтінді газдар пештің жоғарғы жағынан шығып отырады.

Барабанның бойымен жүріп шлам қарсы келе жатқан ыстық газдармен жанасып, онда фихика-химиялық процестер басталады. Алдымен механикалық байланысқан су буланып, масса кеуіп, түйірлер пайда болады. Содан соң органикалық заттар жанып, дегидратация басталады — химиялық байланысқан гидратты сулар жойылады. 800—900° С температурада кальций карбонаты келесі реакция бойынша ыдырайды
СаСОз = СаО + СО₂.
Түзілген көмірқышқыл газы жану өнімдерімен бірге жойылады, ал СаО шамамен 1000° С температурада саз тотықтарымен химиялық реакцияға түсіп, екікальцийлы силикат, үшкальцийлы алюминат пен төрткальцийлы алюмоферрит түзеді. 1300° С температурада үшкальцийлы алюминат пен төрткальцийлы алюмоферрит балқып, сұйықтық түзеді, оның ішінде ерітінді қаныққанға дейін біраз СаО мен 2CaO-SiO₂ ериді; еріген күйінде олар өзара әрекеттесіп, үшкальцийлы силикат ЗСаО · SiO₂ — портланцементтің маңызды минералын түзеді.

Пайда болған кызған клинкер тоңазытқышқа түсіп, қарсы келген суық ауаның әсерінен лезде суиды. Айналмалы пештердің тоңазытқыштарынан шыққан шамамен 100° С және одан да жоғары температурадағы клинкер қоймаға түсіп, ақырғы рет суытылып 15—20 тәул бойы тынады. Тыну барысында егер клинкерде бос күйінде СаО болса, ол ауа ылғалымен сөнеді. Бұл қатты клинкердің кішіреюіне әкеледі, осының салдарынан оны үгіту кезінде энергия шығыны төмендеп, үгіту уақыты да азаяды. Дұрыс, анықтап ұйымдастырылған технологиялық процестері бар жоғары механикалық зауыттарда клинкер сапасы жоғары болатыны соншалық, оларды тындыру қажет болмайды.

Күйдіруден кейінгі технологиялық операция — ұсату. Клинкерді түтікті көпкамералы диірмендерде гипс пен белсенді минералды қоспалармен бірге ұсатады. Диірмендерден дайын портландцемент (температурасы 100°С және одан да жоғары болатын) пневматикалық көлікпен силостарға суытуға жіберіледі. 7—14 тәуліктен кейін цементті салмағы 50 кг қөпқабатты қағаз дорбаларға буады немесе арнайы дайындалған автомобильді, темір жол немесе су көліктеріне тиеп, тұтынушыға жібереді.

Портланцемент өндірісінің құрғақ әдісін егер шикізат ретінде мергелдер немесе қатты ізбес тас пен біраз ылғалдылығы бар саздар алынған жағдайда қолданылады. Үгітілген құрғақ шикізат қоспасын күйдірмес бұрын өлшемі 20—40 мм түйіршіктер түрінде түйіріп айналмалы немесе шахталы пештерде күйдіріп алады. Шахта пештерінде күйдірген жағдайда үгіту құрылғыларында дайындалатын ұсақ көмір түйіршіктерге престеледі.

Біріктірілген әдісте дымқыл әдіспен дайындалған шикізат материалдары мен шамамен 40% ылғалдылығы бар шлам фильтрлерде 16—18% ылғал қалғанша сусызданады. Алынған «кебіндіден» түйіршіктер дайындап, оларды құрғақ әдіс бойынша күйдіреді.
Портландцемент түрлері