Цементный клинкер – твердый материал, получаемый при производстве портландцемента в качестве промежуточного продукта. Клинкер встречается в виде комков или узелков, обычно диаметром от 3 миллиметров (0,12 дюйма) до 25 миллиметров (0,98 дюйма). Его производят путем спекания (сплавления без плавления до точки разжижения ) известняка и алюмосиликатных материалов, таких как глина , на этапе цементной печи . [1] [2]
Портландский клинкер по существу состоит из четырех минералов: двух силикатов кальция , алита (Ca 3 SiO 5 ) и белита (Ca 2 SiO 4 ), а также алюмината трикальция (Ca 3 Al 2 O 6 ) и алюмоферрита кальция (Ca 2 (Al, Fe ) 2O5 ) . Эти основные минеральные фазы производятся путем нагревания при высокой температуре глины и известняка . [3]
Основным сырьем для изготовления клинкера обычно является известняк, смешанный со вторым материалом, содержащим глину в качестве источника алюмосиликата. Можно использовать нечистый известняк, содержащий глину или диоксид кремния (SiO 2 ). Содержание карбоната кальция (CaCO 3 ) в этих известняках может составлять всего 80% по весу. В процессе обжига, который происходит при производстве клинкера, известняк распадается на известь (оксид кальция), который включается в конечный продукт клинкера, и диоксид углерода, который обычно выбрасывается в атмосферу.
Второе сырье (материалы в сырьевой смеси , кроме известняка) зависят от чистоты известняка. Некоторые из вторичных сырьевых материалов: глина, сланец , песок , железная руда , бокситы , летучая зола и шлак .
Портландцементный клинкер изготавливается путем нагревания однородной смеси сырья во вращающейся печи при высокой температуре. Продукты химической реакции объединяются вместе при температуре их спекания около 1450 ° C (2640 ° F). Оксид алюминия и оксид железа присутствуют только в виде флюса для снижения температуры спекания и незначительного вклада в прочность цемента .
Для специальных цементов, таких как низкотемпературные (LH) и сульфатостойкие (SR), необходимо ограничивать количество образующегося трикальцийалюмината .
Клинкер и реакции его гидратации характеризуются и подробно изучаются многими методами, включая калориметрию , развитие прочности , дифракцию рентгеновских лучей , сканирующий электронный микроскоп и атомно-силовую микроскопию . [4]
Портландцементный клинкер (сокращенно «к» в европейских нормах) измельчается в мелкий порошок и используется в качестве связующего вещества во многих цементных продуктах. Небольшое количество гипса (менее 5 мас.%) необходимо добавлять, чтобы избежать мгновенного схватывания трикальциевого алюмината ( Ca 3 Al 2 O 6 ), наиболее реакционноспособной минеральной фазы (экзотермическая реакция гидратации) в портландском клинкере. Его также можно комбинировать с другими активными ингредиентами или добавками к цементу для производства других типов цемента , в том числе в соответствии с европейским стандартом EN 197-1: [5]
Клинкер — один из ингредиентов искусственной породы, имитирующей известняк и названной пульхамитом в честь его изобретателя Джеймса Пулхэма (1820–1898). Другими ингредиентами были портландцемент и песок. Пуламит может быть чрезвычайно убедительным и был популярен при создании естественных альпинариев в девятнадцатом веке.
Клинкер при хранении в сухих условиях может храниться несколько месяцев без заметной потери качества. По этой причине, а также потому, что с ним можно легко обращаться с помощью обычного погрузочно-разгрузочного оборудования, клинкер продается на международном уровне в больших количествах. Производители цемента, приобретающие клинкер, обычно измельчают его в качестве добавки к собственному клинкеру на своих цементных заводах. Производители также отправляют клинкер на мельницы в районы, где нет сырья для производства цемента.
Гипс добавляют в клинкер прежде всего в качестве добавки, предотвращающей схватывание цемента, но он также очень эффективен для облегчения помола клинкера , предотвращая агломерацию и налипание порошка на поверхность шаров и стенки мельницы . [ нужна цитата ]
Органические соединения также часто добавляют в качестве вспомогательных средств для измельчения, чтобы избежать агломерации порошка. Триэтаноламин (ТЭА) обычно используют в концентрации 0,1 мас. % и оказался очень эффективным. Иногда используются и другие добавки, такие как этиленгликоль , олеиновая кислота и додецилбензолсульфонат. [6]
При добавлении воды минералы клинкера реагируют с образованием различных типов гидратов и «схватываются» (затвердевают), когда гидратированное цементное тесто становится бетонным . Гидросиликаты кальция (CSH) (гидраты минералов алита и белита ) представляют собой основные «клеевые» компоненты бетона. После первоначального схватывания бетон продолжает затвердевать и развивать свою механическую прочность .
Первые 28 дней являются наиболее критическими для закаливания. Бетон не сохнет, но говорят, что он схватывается и затвердевает. Цемент представляет собой гидравлическое вяжущее вещество, для гидратации которого требуется вода. Он может прекрасно сидеть под водой. Вода необходима для его затвердевания, и следует избегать потерь воды в молодом возрасте, чтобы избежать развития трещин. Молодой бетон защищен от высыхания (испарения непрореагировавшей воды). Традиционные методы предотвращения высыхания включают накрытие изделия влажной мешковиной или использование полиэтиленовой пленки.
В случае более крупных проектов, таких как автомагистрали, поверхность опрыскивается раствором отвердителя, который оставляет водонепроницаемое покрытие. [7]
По состоянию на 2018 год [обновлять]на производство цемента приходилось около 8% всех выбросов углерода во всем мире, что существенно способствовало глобальному потеплению . Большая часть этих выбросов приходится на процесс производства клинкера. [8]