Портландцемент для производства асбестоцементных изделий
В начале нашего века, когда зародилось производство асбестоцементных изделий, оно базировалось на применении портландцемента, качество которого характеризовалось тогда пределом прочности при сжатии раствора 1:3 жесткой консистенции примерно в 10,0 МПа. Выпускались, в основном, плоские прессованные асбестоцементные изделия. Основной продукцией в настоящее время являются непрессованные волнистые кровельные листы обыкновенного и усложненного профиля разных размеров, весьма значителен объем производства асбестоцементных труб.
Как известно, микроармирование цементного камня оказывает наиболее благоприятное влияние на асбестоцементную композицию, повышая ее прочность на растяжение и изгиб в связи с преобладанием игольчато-призматической структуры гидратных новообразований. Поэтому возникла необходимость повышения требований к качеству портландцемента, как основной матрицы дисперсно-армированной композиции, которой является асбестоцемент. Поэтому большое внимание уделяется благоприятной структуре клинкера, точному соблюдению дисперсной характеристики портландцемента соответственно требованиям ГОСТ. В цементе для асбестоцементных изделий должно быть повышенное содержание алита (до 55—60%), ограниченное количество С3А (в пределах 3—8%), а также содержание менее 1% растворимых щелочей и крайне малое количество оксида железа.
Основными стадиями современной технологии производства асбестоцементных материалов являются: 1) приготовление предварительно распушенного асбеста и цемента, взятых в соотношении по массе примерно 85:15, суспензии, в которой соотношение твердой и низкой фаз Т:Ж составляет 0,06—0,2; 2) формование изделий на листоформовочных (асботрубных) машинах, заключающееся в отфильтровывании твердой фазы из суспензии на сетчатом цилиндре до образования на нем первичного слоя; 3) обезвоживание и уплотнение последующих первичных слоев и получение из них «сырого» полуфабриката и его уплотнение. На конечной стадии полуфабрикат твердеет под действием тепловлажностной обработки в горячей воде.
Исследования некоторых специфических свойств портландцемента для асбестоцементных изделий показали, что алит и белит образуют с асбестом суспензии с необходимой фильтруемостью. Роль гипса в этом случае положительна, в то время как худшими фильтрующими свойствами обладает алюмоферритная фаза. Отрицательно влияет восстановительная среда обжига, когда в клинкере образуются закисные соединения железа.
Отфильтровывание твердой фазы из асбестоцементной суспензии и ее дальнейшеее обезвоживание и уплотнение с помощью отжимных средств и вакуума из-за дисперсного характера гидратирующегося цемента и распушенного асбеста являются весьма сложными процессами. Для ускорения процессов обезвоживания желательно применять крупномолотый цемент, однако при этом снижается содержание тончайших фракций, от которых зависит прочность сцепления цемента с асбестовым волокном. Как известно, гидратация цемента приводит к появлению гидратных новообразований с высокой удельной поверхностью. Благодаря своей высокой дисперсности гидраты адсорбируют на своей поверхности значительное количество воды, трудно удаляемой даже в условиях ваккума, создаваемого на формовочной машине.
При грубом помоле цемента обезвоживание облегчается, но замедляется скорость твердения. Поэтому потребовалось увеличение дисперсности цемента, так как это способствует более энергичному взаимодействию его с водой и, следовательно, более активному выделению гидроксида кальция, который адсорбируется асбестом и усиливает его физическое сродство к воде;
проникание воды во внутренние полости волокна, активная адсорбция в его микротрещинах гидроксида кальция ускоряет процесс расщепления волокон асбеста и способствует гидратации цемента.
В результате физико-химического взаимодействия асбестового волокна с гидратными новообразованиями цемента упрочняется их взаимосвязь в формуемых на машине асбестоцементных первичных слоях и в «сыром» полуфабрикате и в результате увеличивается прочность и ударная вязкость асбестоцемента, снижается его водопоглощение и коробление. Для ускорения обезвоживания суспензии с тонкомолотым цементом применяют подогрев (примерно до 303—308 К) воды, вызывающий понижение ее вязкости и облегчающий благодаря этому отделение от нее твердой фазы. Процесс фильтрации улучшается также в присутствии гипса в цементе, который способствует кристаллизации гидросульфоалюмината кальция и сдерживает (по данным Т. М. Берковича) образование высокодисперсных гидроалюмннатов кальция. Желательно ограничивать содержание в цементе крупных фракций примерно >50—60 мкм, способствующих появлению твердого осадка в отфильтрованной воде, а также особо мелких, менее 5 мкм.
По данным, процесс формования асбестоцементных материалов на цементах, характеризующихся постоянным содержанием алюмосодержащих фаз и различным количеством силикатов кальция, интенсифицируется с увеличением содержания в цементе алита. При использовании таких цементов достигается большая полнота его сцепления в суспензии и в первичных слоях асбестоцемента в процессе их образования. Об этом свидетельствует незначительный твердый осадок в отфильтрованной воде. Повышение взаимосвязи асбеста с цементом способствует ускорению обезвоживания и повышению степени уплотнения пленки на сукне и полуфабриката, благодаря чему улучшается качество готовой продукции. Эти положения учтены в ГОСТ на портландцемент для производства асбестоцементных изделий марок 400 и 500.
Тонкость помола этого цемента должна характеризоваться удельной поверхностью в пределах 2200—3200 см2/г. Содержание свободной извести в нем
не должно превышать 1 %; С3Б должно быть не менее 52% и С3А не менее 3 и не более 8%. Содержание MgO и SО3 такое же, как и в обычном портландцементе. Начало же схватывания в отличие от него должно наступать не ранее 1 ч 30 мин от начала затворения. Цемент не должен содержать минеральных активных или инертных добавок.
В асбестоцементной промышленности в последнее время решается ряд технических проблем, связанных с расширением ассортимента изделий. Применяются поточные автоматизированные линии для производства крупноразмерных прессованных и непрессованных плит. Их использование вместо мелкоразмерного шифера позволяет вдвое уменьшить трудоемкость монтажа кровли и сократить расход асбестоцемента на 6—7% на 1 м2 площади кровли.
Внедряется технология производства асбестоцементиых изделий методом экструзии, позволяющей изготавливать изделия сложной конфигурации. Для этой технологии необходим портландцемент с удельной поверхностью 4000—4800 см2/г с добавкой 0,25% полиакриламида. Применение панелей, полученных по такой технологии, позволяет заменить железобетонные покрытия зданий и экономить 3,5—4 кг металла на 1 м2 покрытий.
В весьма ограниченном объеме у нас выпускаются асбестоцемептные изделия по автоклавной технологии, при которой песчанистый портландцемент с содержанием 35% песка подвергается гидротермальному твердению при давлении 0,8 МПа. При автоклавной технологии содержание алита в цементе следует ограничивать, в связи с чем ориентируются на применение белитоалюмоферритного клинкера.