примеси в строительных материалах

Иногда большое количество MgO содержится также в до­менных шлаках. При использовании таких шлаков вместо гли­ны в составе сырьевой смеси необходимо следить за тем, чтобы содержание MgO в клинкере оставалось в допустимых преде­лах. Примеры можно увидеть в проектах строительства домов

 Щелочи. Щелочи вносятся с обрабатываемым сырь­ем - глиной и мергелями, где К₂0 и Na₂0 содержатся в мелко­зернистом полевом шпате, включениях слюды и глинистом минерале иллите. Небольшая часть щелочей образуется из уголь­ной золы при сжигании твердого топлива. В Сред­ней Европе в составе глин содержится значительно больше КгО, чем Na₂0, а в других районах мира, например в США, в глинах содержится большее количество Na₂0. При обжиге цемента во вращающихся печах часть щелочей улетучивается в зоне спекания и возникает возмож­ность щелочной циркуляции.  Некоторые заполнители для бетона, применяющиеся, напри­мер, в ряде районов США, Дании, ФРГ и ГДР, содержат компоненты, чувствительные к щелочам, например опал (водосодержащий кремнезем), которые вступают в реакцию со щелочами цемента, что при определенных неблагоприятных условиях может привести к неравномерному изменению объема (щелочному вспучиванию). На основе опытных данных для предотвращения щелочного вспучивания в строительстве рекомендуют применять цемент с низким содержанием щелочей, при котором общее количество щелочей не превышает 0,6% по массе. С учетом практики других стран  в ФРГ также вве­дено ограничение содержания щелочей, равное 0,6% по массе в пересчете на Na₂0, однако это ограничение распространяется только на портландцемент. Было установлено, что для шлако-портландцементов можно увеличить предельное содержание щелочей, и поэтому для цементов с низкой эффективной щелоч­ностью (цемент NA) при количестве шлака до 50% допускается предельное содержание щелочей, равное 0,9%, а при количест­ве шлака до 65%-2,0% по массе.

В тех случаях, когда в строительстве домов требуется цемент NA, а щелочность клинкера, полученного из имеющегося в наличии сырья, превы­шает допустимые пределы, необходимо удалить часть летучих щелочей путем частичного отвода (байпаса) печных газов пе­ред   их   поступлением   в   теплообменник.

Можно отметить, что федеральные нормы США SS-С-192Ь, стандарты Американской ассоциации государственного дорож­ного строительства AASHO и нормы ASTM ограничивают ще­лочность портландцемента величиной 0,6% в пересчете на Na₂0. Указанные ограничения должны соблюдаться, когда цемент вступает во взаимодействие с заполнителями для бетона, чувствительными к щелочной реакции. Однако из-за трудности раз­деления цементов в строительстве домов с низкой и высокой щелочностью обычно требуют, как это принято во многих районах США, чтобы все цементы соответствовали нормам низкой щелочности.

 Сера. Сера встречается в основном в виде сернистых соединений (пирит и марказит FeS2) почти во всех типах це­ментной сырьевой смеси. При обследовании более 90 месторож­дений известняка в ФРГ установлено, что максимальное содер­жание серы (сульфатные и сульфидные соединения) равно 0,16%, а при обследовании 67 месторождений глины оно состав­ляет в среднем 0,22%. Сернистость топлива меняется в значи­тельных пределах - от нуля для природного газа до 3,5% для тяжелого мазута. Уголь Рурского бассейна в среднем содержит 1,1% серы. При обследовании 21 цементной печи с предва­рительным подогревом сырья (ФРГ) установлено, что с сырье­вой смесью вносится от 0,5 до 11 г S0₃ на 1 кг клинкера, а с топливом - при использовании жидкого топлива с очень вы­соким содержанием серы-максимум 6 г S0₃ на 1 кг клинкера.

При горении и газообразовании в зоне спекания печи се­ра, содержащаяся в топливе и сырьевой смеси, превращается в газообразный продукт. Который, вступая во взаимодейст­вие с летучими щелочами печных газов и кислородом, образует парообразный сульфат щелочного металла, конденсирующийся на обжигаемом материале в более холодных зонах печи и по­догревателе. Весь сульфат щелочного металла, за исключением небольшой части, остающейся в летучей пыли, возвращается с обжигаемым материалом в зону спекания и вследствие летуче­сти   серы   разносится   по   клинкеру.

Если количество S0₂ недостаточно для связывания всей ще­лочи, то возникает циркуляция летучих карбонатов или хлори­дов щелочных металлов. Углекислые соли ще­лочных металлов, не вошедшие в клинкерные фазы, могут сно­ва   испариться   в   зоне   спекания.

При избытке S0₂ еще в подогревателе начинается его сое­динение с СаС0₃ и образование CaSCi, который возвращается в зону спекания. В зоне спекания снова происходит разложение CaS0₄, что приводит к росту содержания S0₂ в циркулирующих печных газах. Однако часть неразложившегося CaS04 попада­ет   в   клинкер.

Наличие в сырьевой смеси избыточного количества щелочей по сравнению с количеством, нейтрализуемым при взаимодей­ствии с серой, имеет преимущество, связанное с возможностью применения топлива с высоким содержанием серы без выпуска из печи в атмосферу отработанных газов с заметным содержа­нием S0₂. Сульфат щелочного металла, связанный в клинкере, оказывает благоприятное влияние на начальную прочность це-

мента. В противоположность этому повышенное содержание серы может привести к возрастанию  отходя­щих газов, к засорению подогревателей сырьевой смеси и об­разованию колец привара во вращающихся печах.

Строительный цемент требует добавления минимального количества суль­фата кальция - чаще всего в форме молотого гипса - для ре­гулирования сроков схватывания. С другой стороны, максималь­но допустимое суммарное содержание SОз, которое должно предотвратить сульфатное вспучивание цемента, регламентиро­вано соответствующими нормами и составляет от 2,5 до 4%. В определенных условиях при минимальных нормативных зна­чениях S0₃ отсутствует возможность глубокой сульфатизации щелочей.

Хлориды. Содержание хлоридов в строительных смесях обычно составляет от 0,01 до 0,1% по массе, а в редких случа­ях превышает 0,3%. Как уже отмечалось, во вращающихся печах хлориды вступают в реакцию со щелочами, что приводит к образованию хлоридов щелочных металлов, которые отводят­ся с печными газами и осаждаются в подогревателе. Вместе с обжигаемым материалом они возвращаются назад в печь, од­нако в отличие от сульфатов щелочных металлов почти пол­ностью испаряются в зоне спекания. Поскольку большая часть хлоридов щелочных металлов осаждается в подогревателе сырьевой смеси, между зоной спекания и подогревателем воз­никает циркуляция, сохраняющаяся до прекращения эксплуа­тации печи из-за склеивания и образования корки. Эта цирку­ляция должна быть ослаблена до 10-15% путем частичного отвода (байпаса) печных газов. По опытным данным, частичный отвод печных газов необходим при содержании в сырьевой сме­си   около  0,015% С1   по   массе.

Раньше для повышения начальной прочности строительного материала для домов даже к самым высококачественным цементам добавляли хлористый кальций. После того как было установлено, что хлорид способствует кор­родированию стали и представляет особую опасность для на­прягаемой проволочной арматуры в предварительно напряжен­ных бетонных конструкциях,  вообще запретили добавлять в строительный цемент хлорид. В то же время количество хлорида, попавшего в цемент при обработке сырья, ограничено.