Технологическая линия по производству белого портландцемента

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Строительный факультет

Кафедра строительных материалов и специальных технологий

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 по дисциплине «Вяжущие вещества»

 

НА ТЕМУ : Технологическая линия по производству белого

портландцемента

 

 

 

                                                                               Выполнил: студент группы ПСК-04-1

                                                             Верёвкина Любовь Сергеевна

                                                                                  Проверил: Катаева Людмила Ивановна

 

 

 

 

                                                                         Дата   выдачи задания на  курсовой

                                     проект 

                                                                                    Дата защиты курсового проекта 

                                                                       Оценка за курсовой проект______                   

 

                                                                        

 

 

 

 

 

 

 

Пермь

Содержание:

       Введение………………………………………………………………………………….3

 

1. Теоретический реферативный раздел     ………………………………………   4                                                                                                 

     1.1. Характеристика вяжущего и его вещественный состав …………..........................4

     1.2. Физико-химические  процессы, проходящие при твердении вяжущего.

      Температурные  условия твердения………………………………………..……......5

      1.3.Условия разрушения (коррозии)   композита   на   рассматриваемом

             вяжущем. Области применения продукта………………………………………….8

     1.4. Сырьевые  материалы для   производства  вяжущего: вещественный,

            химический и минералогический  состав. Показатели качеств сырьевых

            материалов. Правила приемки, маркировки, транспортирования и

           хранения  сырьевых материалов……………………………………………………..12

      1.5. Показатели качества  вяжущего:

         - Основные

         - Вспомогательные

         и методы их определения…………………………………………………………...24

      1.6. Анализ существующих  технологических схем производства  продукта………..27

      1.7. Правила приемки, маркировки, транспортирования и  хранения продукта.

          Гарантии производителя……………………………………………………………30

 

2. Расчетно-проектный раздел

2.1. Расчетная функциональная технологическая схема  производства продукта…..31

      2.2. Расчет производственных шихт и материального баланса на основную

             установку, определяющюю качество……………………………………………....32

      2.3. Расчет производственной  программы технологической линии………………….34

      2.4. Подбор основного механического оборудования…………………………………35

   2.5. Оценка энергетической  эффективности процесса………………………………...35

 

  Список литературы……………………………………………………………………..36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

  Целью данного курсового проекта является построение технологической линии по производству белого портландцемента. Задачи: расчет функциональной технологической схемы, расчет шихты и материального баланса на основную установку, расчет производственной программы, подбор оборудования и оценка энергетической эффективности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.Характеристика вяжущего  и его вещественный состав.

Белый портландцемент[1]

 

Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением ПЦ клинкера с гипсом, а иногда и со специальными добавками.

В условиях современного индустриального строительства остро стоит проблема отделочных работ, ибо цветовое оформление при типовом строительстве с сборном домостроении приобретает особое значение. В этом отношении одним из наиболее эффективных цементов является белый портландцемент. В виде растворов и бетонов на белых заполнителях он применяются для облицовки панелей и блоков, для отделки зданий и сооружений различного назначения.

Обычный портландцемент имеет серую окраску, в основном из-за наличия оксидов железа в шихте. На цвет портландцемента отрицательно влияют и оксиды марганца. Особенно это заметно при уменьшении содержания  железа в клинкере. В лучших образцах белого портландцемента содержится е более  0,25-0,35% Fe203  и 0,005-0,0015% MnO.

Клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины и некоторых других материалов (мергеля, доменного шлака и пр.). При этом обеспечивается преимущественное содержание в нем высокоосновных силикатов кальция (70—80 %). Клинкерный порошок без гипса при смешивании с водой быстро схватывается и затвердевает в цементный камень, который характеризуется пониженными техническими свойствами.

Гипсовый камень в портландцемент вводят для регулирования сроков схватывания и повышения прочности (ГОСТ4013).  [ 2 ]

 

По вещественному составу белый портландцемент подразделяют на следующие типы (ГОСТ 965-89):

- белый портландцемент (без  минеральных добавок);

- белый портландцемент  с добавками (с активными минеральными  добавками и добавками-наполнителями не более 20% от массы цемента, причём  активных минеральных добавок не более 10 %, добавок-наполнителей не более 10%, специальных добавок не более 2%, технологических добавок не более 1%, пластифицирующих добавок не более 0,5% от массы цемента);

 

По прочности при сжатии в 28-суточном возрасте цемент подразделяют на марки:

• белый портландцемент марки 400 с пределом прочности при сжатии не  менее 39,2 МПа;
• белый портландцемент марки 500 с пределом прочности при сжатии не  менее 49,0 МПа.

 

По содержанию ПЦ клинкера и добавок белые портландцементы  подразделяются наклассы А не более 0,15%, для класса Б - не более 0,25%  Fe203..

 

Коэффициент  отражения света в % абсолютной шкалы должен быть не менее:

1. белыми ПЦ сортов:

1-го — 80,

2-го — 75,

3-го — 70.

2. минеральными добавками:

наполнителями — 80,

активными — 75,

3. гипсом — 70.

 

Содержание ангидрида серной кислоты в белых портландцементах должно быть не более 3,5% по массе.

 

Начало схватывания должно натупать не ранее 45 мин.,а конец — не позднее 10 ч. от начала затворения. Белые портландцементы не должны обладать признаками ложного схватывания.

Тонкость помола должна быть такой, чтобы остаток на сите с размером ячейки 0,08 мм по ГОСТ 6613 был не более 12% массы просеиваемой пробы.

 

 Степень белизны цемента определяют по коэффициенту отражения, с помощью фотометра типа ФМ-58, а также с использованием матового стекла МС-14 в качестве эталона. Пробу массой 0,1 кг высушивают при Т=1050С втечение 1 часа. Высушенный цемент насыпают в кювету прибора, чтобы поверхность пробы была немного выпуклой. Зате пробу уплотняют и выравнивают её поверхность, вручную прижимая стеклянную пластину с гладкой поверхностью. Поверхность должна быть гладкой и не иметь трещин. Коэффициент отражения определяют параллельно на трёх пробах цемента. За результат принимают среднее арифметическое трёх определений в процентах.

 

1.2. Физико-химические процессы, проходящие при твердении вяжущего.

Температурные условия твердения вяжущего [1],[2]

 

Твердение портландцемента, как и других вяжущих, является сложным комплексом взаимосвязанных химических, физико-химических и физических процессов. С химической точки зрения твердение – это переход безводных клинкерных минералов в гидраты в результате реакций гидролиза и гидратации, с физической – постепенное загустевание цементного теста и возникновение единого конгломерата из гидратированных и негидратированных частичек. [3]

Взаимодействие портландцемента с водой приводит к образованию новых гидратных веществ, обусловливающих схватывание и твердение теста, растворной или бетонной смеси. Состав новообразований зависит от химического и минерального составов цементов, а также от ряда других факторов и в первую очередь от температуры, при которой взаимодействуют компоненты.

Цементное тесто, приготовленное путем смешивания цемента с водой, имеет три периода твердения. Вначале, в течение 1 – 3 ч. после затворения цемента водой, оно пластично и легко формуется. Потом наступает схватывание, заканчивающееся через 5 – 10 ч. после затворения; в это время цементное тесто загустевает, утрачивая подвижность, но его механическая прочность еще не велика. Переход загустевшего цементного теста в твердое состояние означает конец схватывания и начало твердения, которое характерно заметным возрастанием прочности. Твердение бетона при благоприятных условиях длится годами – вплоть до полной гидратации цемента.

Сразу после затворения цемента водой начинаются химические реакции. Уже в начальной стадии процесса гидратации цемента происходит быстрое взаимодействие алита с водой с образованием гидросиликата кальция и гидроксида:

2(3CaO*SiO2) + 6H2O = 3CaO*2SiO2*3H2O + 3Ca(OH)2.

После затворения гидроксид кальция образуется из алита, так как белит гидратируется медленнее алита и при его взаимодействии с водой выделяется меньше Ca(OH)2, что видно из уравнения химической реакции:

2(2CaO*SiO2) + 4H2O = 3Ca*2SiO2*3H2O + Ca(OH)2.

Взаимодействие трехкальциевого алюмината с водой приводит к образованию гидроалюмината кальция:

3CaO*Al2O3 + 6H2O = 3CaO*Al2O3*6H2O.

Для замедления схватывания при помоле клинкера добавляют небольшое количество природного гипса (3 – 5 % от массы цемента). Сульфат кальция играет роль химически активной составляющей его в гидросульфоалюминат кальция (минерал эттрингит) в начале гидратации портландцемента:

3CaO*Al2O3 + 3(CaSO4*2H2O) + 26H2O = 3CaO*Al2O3*3CaSO4*32H2O.

В насыщенном растворе Ca(OH)2 эттрингит сначала выделяется в коллоидном тонкодисперсном состоянии, осаждаясь на поверхности частиц 3Ca*Al2O3, замедляет их гидратацию и затягивает начало схватывания цемента. Кристаллизация Ca(OH)2 из пересыщенного раствора понижает концентрацию гидроксида кальция в растворе, и эттрингит уже образуется в виде длинных иглоподобных кристаллов. Кристаллы эттрингита и обуславливают раннюю прочность затвердевшего цемента. Эттрингит, содержащий 31 – 32 молекулы кристаллизационной воды, занимает примерно вдвое больший объем по сравнению с суммой объемов реагирующих веществ (C3A и сульфат кальция). Заполняя поры цементного камня, эттрингит повышает его механическую прочность и стойкость. Структура затвердевшего цемента улучшается еще и потому, что предотвращается образование в нем слабых мест в виде рыхлых гидроалюминатов кальция.

Четырехкальциевый алюмоферрит при взаимодействии с водой расщепляется на  гидроалюминат и гидроферрит:

4CaO*Al2O3*Fe2O3 + m*H2O = 3CaO*Al2O3*6H2O + CaO*Fe2O3*nH2O.

 Гидроалюминат связывается добавкой природного гипса, как указано выше, а гидроферрит входит в состав цементного геля.

Температура оказывает очень большое влияние на твердение портландцемента. При температурах от 0 до 8 оС происходит значительное (в 2 – 3 раза) по сравнению с твердением при обычных температурах замедление этих процессов, а ниже 0 оС они почти полностью прекращаются. Повышение же температуры твердеющих растворов и бетонов сопровождается большим ускорением роста прочности. Оно становится достаточно заметным уже при температуре бетонных смесей 30 – 40 оС при их твердении в теплые периоды года. В больших же массивах эти температуры могут держаться и в холодное время.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.[2] Изменение прочности по времени образцов из цементного теста, твердевших при 20 оС

1 и 2 – тонкость помола 3000 и 5000 см2/г, В/Ц = 0,25;

3 и 4 – тонкость помола 3000 и 5000 см2/г, В/Ц = 0,35.

 

Резкое ускорение процессов твердения цементов и бетонов наступает при 70 – 95 оС и особенно при 175 – 200 оС и выше. Однако такое интенсивное воздействие температуры на твердение цементов, а, следовательно, и бетонов проявляется лишь при наличии в них воды в жидком состоянии. Недостаток воды во время твердения при повышенных температурах не только замедляет процессы гидратации, но и снижает прочность и стойкость бетонов. При полном испарении воды процессы твердения прекращаются.