Значение состава портландцементов в интенсификации производства асбестоцементных изделий

Производительность формовочных машин и качество продукции, выпускаемой заводами асбестоцементной промышленности, в значительной мере зависят от химико-минералогического состава и удельной поверхности применяемых цементов.

В свое время проф. П. Н. Соколов и инж. М. Ф. Медведев 1 установили, что прочность сцепления асбеста с цементом возрастает с увеличением содержания в цементе трех- кальциевого силиката.

Последующие работы, выполненные в Центральной научно-исследовательской лаборатории асбестоцементной промышленности 2, показали, что зависимость прочности сцепления асбеста с цементом и прочности асбестоцементных образцов при изгибе и растяжении от химико-минералогического и гранулометрического состава портландцементов подчиняется единому закону и может быть выражена формулой


Как было установлено П. Н. Соколовым, наибольшую прочность асбестоцементным изделиям в поздние сроки твердения (90 сут.) придают цементы с высоким содержанием трехкальциевого силиката и низким содержанием алюминатов кальция. Четырехкальциевый алюмоферрит обеспечивает более высокую конечную прочность, чем трехкальциевый алюминат, поэтому для производства асбестоцементных изтелин следует применять цементы, в которых алюминаты кальция представлены, главным образом, в виде четырех- кальцневого алюмоферрнта.

Исследования образцов с различным химико-минерало- 1 нческим составом цементов, проведенные в Центральной научно-исследовательской лаборатории асбестоцементной промышленности. показали, что увеличение содержания трехкальцневого силиката при уменьшении количества двухкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината, а также повышение удельной поверхности цементов способствует улучшению важнейших свойств асбестоцемента. Увеличение количества C3S за счет снижения содержания цемента QS и СзА и повышение удельной поверхности цементов приводят к росту прочности асбестоцементных изделий, снижению их водопоглощення и коробления.

По исследованиям влияния химико-минералогического состава цементов на морозостойкость образцов асбестоцемента, проведенным Т. М. Славиной (НИИАсбестцемент). повышение количества трехкальциевого алюмината вызывает снижение их морозостойкости при любом содержании трехкальциевого силиката. Образцы, изготовленные на цементе, содержащем 14,5% С3А и 40% C3S, являются совершенно не- морозостоикими.

В меньшей степени изучено влияние состава цементов на производительность листоформовочных машин и физико-механические свойства выпускаемой продукции. Для выяснения этого вопроса нами проведены экспериментальные работы на действующем оборудовании — трехцилиндрозых листоформовочных машинах с сетчатыми цилиндрами диаметром 1000 мм. Машины снабжены дополнительными подпрессовочными валиками. Скорость движения технического су-г 40 м/мин.

Для формования листов использовалась меска асбеста, содержащая по весу 40% волокна марки П-5-50. 40%—М-5-60 и 20% — П-6-45. Количество асбестового волокна в асбестоцементе составляло 14°п, цемента — 86%.

Обработка асбеста заключалась в волокна на бегунах в течение 15 мин. при смачивании водой (45% ст веса). При этом достигалось 30—35-процентная распушка асбеста. Окончательно обрабатывалось волокно в голлендере. причем степень распушки достигала уже 90—95%.

Подготовленный таким образом асбест з течение 5 мин. перемешивался с цементом. Температура золы и асбестоцементной суспензии равнялась 25—30°. Опьтные партии листов изготовлялись из цементов различного минералогического состава (табл. 1).

При помоле клинкеров добавлялся гипс в количестве 5" л Удельная поверхность цементов была в пределах 3150— 3200 см2/г.

Формование образцов (листов) производилось при максимальном давлении форматного барабана и подпрессовочного, допускаемых прочностью пленки и полуфабриката, зависящей от активности испытуемого цемента. Дальнейший процесс изготовления листов не отличался от обычной технологии производства асбестоцементных изделий.

После 3, 7 и 14-суточного твердения в теплом помещении волнистые асбестоцементные листы испытывались на прочность вдоль листа, водопоглощение и объемный вес. Испытания велись по методике, рекомендованной стандартом на листы «ВО».


Экспериментальные данные показывают, что с увеличением в цементе содержания трехкальциевого силиката при уменьшенном количестве двухкальциевого силиката и постоянном — трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита создаются условия для интенсификации работы листоформовочных машин. Возможна работа на пленках повышенной толщины, при этом формование ведется на высоких скоростях движения сукна, передающего пленку от сеточной к прессовой части формовочной машины. Снижается осадок в отходящей воде, в результате чего уменьшаются потерн сырья.

Увеличение содержания в цементе C3S, упрочняя взаимосвязь поверхности асбестового волокна с частицами гидратируемого цемента, способствует снижению влажности асбестоцементной пленки, позволяет увеличивать интенсивность обезвоживания и давление прессования с целью получения более плотного и прочного полуфабриката. Таким образом, применение цементов с высоким содержанием трехкальциевого силиката обеспечивает высокую производительность формовочных машин и надежное качество продукции.

Представляют интерес результаты работ канд. техн. наук Т. М. Берковича и инж. Д. А. Новиковой , которые изучали фильтрационные свойства асбестоцементных суспензий, получаемых с применением цементов различного химико-минералогического состава. Этн свойства характеризовались пептозационным эффектом Кп и фильтрационным эффектом Кл. В одном из опытов были полусны данные, приведенные в табл. 2.


Из этих данных следует, что при увеличении содержания трехкалыциевого алюмината в цементах фильтрационный эффекты возрастают, указывая на снижение фильтрационных свойств суспензий.

Влияние количества трехкальциевого алюмината на процесс формования и качество асбестоцементных изделий изучалось в заводских условиях на цементах с удельной поверхностью 3150—3200 см2/г.

Технологические условия формования асбестоцементных листов на цементах указанного состава изменялись соответственно свойствам этих вяжущих. Они приведены в табл. 3, где представлены и результаты испытания волнистого шифера после 7-суточного твердения.

Из всех соединений, входящих в состав цемента, трехкальциевый алюминат наиболее энергично гидратируется при затворении вяжущего водой, образуя коллоидальные гидроалюминаты кальция. В присутствии СзА ускоряется взаимодействие с водой трехкальциевого силиката, сопровождающееся возникновением коллоидальных новообразований.

Возрастание количества трехкальциевого алюмината при высоком содержании в цементах C3S вызывает увеличение коллоидальных новообразований в асбестоцементных суспензиях, что в значительной степени ухудшает их фильтрационные свойства.

Формование изделий с применением таких цементов сопровождается снижением толщины отфильтрованных асбестоцементных слоев на поверхности сетчатых цилиндров и пленки на сукне. При этом производительность листоформовочных машин заметно снижается. Энергичное образование геля в асбестоцементных суспензиях в этих случаях приводит к необходимости уменьшения давления прессования первичных асбестоцементных слоев и пленок, что вызывает увеличение влажности и снижение плотности полуфабриката. В результате этого уменьшается прочность и плотность продукции, повышается ее водопоглощенне.

В дальнейшем изучалось влияние удельной поверхности цементов на производительность формовочных машин и качество получаемых волнистых листов. Из клинкеров с коэффициентами насыщения 0,80, 0,85 и 0,90 приготовляли немете, чем по три состава цемента, значительно отличающихся по удельной поверхности.

Как показали исследования Т. М. Берковича н Д. А. Новиковой, увеличение удельной поверхности вяжущего способствует повышению прочности изготовленного на его основе асбестоцемента в пластичном состоянии. С учетом этого, по мере повышения удельной поверхности цементов интенсифицировался процесс обезвоживания и уплотнения пленки и полуфабриката путем увеличения вакуума с 300 до 400 ст., давления форматного барабана—с 25 до 50 кг/см и подпрессовочного валика — с 10 до 14 кг/см. Остальные технологические параметры сохранялись как и в прежних опытах. Результаты экспериментов приведены в табл. 4.

Увеличение удельной поверхности цементов, отличающихся постоянным содержанием трехкальциевого и четырехкальциевого алюмината, улучшает работу листоформовочных машин. Осадок в отходящей воде уменьшается, а потери сырья снижаются. Упрочнение асбестоцемента, обусловленное повышением удельной поверхности вяжущего, позволяет формовать изделия из асбестоцементных слоев и пленок повышенной толщины, что способствует увеличению производительности машин.


Изменение удельной поверхности цементов оказывает более эффективное воздействие на производительность машин и качество продукции в случае использования вяжущего с более низким содержанием C3S.

Совсем иначе на работу машин и на качество шифера влияет удельная поверхность цемента с повышенным содержанием трехкальциевого алюмината. Об этом можно судить по результатам (табл. 5), которые были получены при производстве волнистых листов с применением цемента из клинкеров, содержащих- C3S—38,4%; C2S—28,6%; С3А—14,4%; C4AF—12,9%; КН-0,84.

Повышению качества продукции способствует увеличение >дельной поверхности цементов со значительным содержанием трехкальциевого силиката, однако до определенной величины — 3500 см2/г. Дальнейшее возрастание этого показателя настолько увеличивает количество коллоидальных новообразований в асбестоцементной суспензии, что резко ухудшаются фильтрационные свойства ее и снижается производительность листоформовочных машин Вызванное же этими явлениями уменьшение степени обезвоживания и давления прессования пленки и слоев приводит к падению качества продукции.

Применение цемента с оптимальными показателями химико-минералогического состава и удельной поверхности является основой интенсификации технологического процесса производства асбестоцементных изделий. Цементы, отличавшиеся высоким содержанием трехкальциевого силиката и большими количествами пвухкальциевого силиката и алюмината при сравнительно высокой удельной VBcpxnocTH обеспечивают наиболее прочную и полную связь -Тестового волокна с частицами твердеющего цемента в асбестоцементе.

Прочная связь волокна с вяжхшим допускает в свою очередь интенсивное обезвоживание, уплотнение и прессование асбестоцемента на машине при высокой выработке.

Самое высокое качество продукции при наибольшей производительности машин достигается, если применять цементы, содержащие около 60% C3S, не более 20% C2S и не более 7% С3А Оптимальная удельная поверхность равняется 3500—4000 cxi2/a.

С применением алитовых цементов можно работать на повышенных скоростях порядка 35—40 м/мин и пленках толщиной 1,1—1,2 мм.

Цементы с небольшим содержанием C3S при повышенном количестве С3А допускают формование изделий высокого качества только при малой скорости движения сукна (22—24 м/мин) из тонких асбестоцементных пленок (0,5—0,6 мм)

Выводы о влиянии минералогического состава и удельной поверхности цементов на технологический процесс формования и качество асбестоцементных изделий, вытекающие из проведенных исследовательских работ, подтверждаются производственной практикой.

НИИАсбестцементом проверялось качество шифера, выпускаемого рядом заводов, работающих на цементе разного состава. Результаты проверки, дополненные данными о производительности предприятий за 1960 г., приведены в табл. 6.

Анализ работы различных предприятий асбестоцементной промышленности показывает, что шиферные заводы, достигшие наибольшей производительности оборудования, выпускают и продукцию лучшего качества.

Практически заводы снабжаются цементами различной активности, поэтому однотипные формовочные машины на этих предприятиях работают с весьма различной производительностью и дают продукцию не одинаковую по качеству

Существенная разница в производительности одной технологической линии новороссийского завода «Коммунар» и комбината «Красный строитель» при однотипном оборудовании и примерно одинаковом уровне механизации может быть в значительной мере объяснена применением цементов, резко различающихся по своему химико минералогическому составу и тонкости помола, «Коммунар» получает цемент, характеризующая устойчивым и высоким содержание, трехкальциевого силиката, наименьшим количеством трех




С переводом печей Воскресенского завода на газовое топливо состав клинкера стал более стабильным. Содержание в нем трехкальциевого силиката увеличилось до 49—52%. Повышена тонкость помола цемента. Это заметно повлияло и на увеличение производительности оборудования комбината Красный строитель».

Насколько большую роль в интенсификации производства шифера имеет состав цемента, можно судить и по работе Каспского цементного завода. Он вырабатывает цемент наиболее неравномерного химико-минералогического состава. Например, в I960 г содержание C3S в цементе составляло 34—54%, С3А — 11 -15%, своб. СаО—0,89-г 1 68%.

В результате шиферный цех этого завода имеет самую низкую выработку среди группы старых предприятий асбестоцементной промышленности. В 1960 г. среднегодовой съем с одной технологической линии составил всего 15 млн. уел.

плиток, а часовая производительность равнялась лишь 2352 чел плиткам.

Наличие в составе цемента большого количества трехкальциевого алюмината, снижающего фильтрационную способность суспензий и производительность листоформовочных машин, приводит еще к забиванию сетчатых цилиндров и сукон. Из-за частых простоев машин Каспский завод работает с низким коэффициентом использования оборудования (за 1960 г. он составил в среднем 0,73). При содержании в цементе 40% трехкальциевого силиката и до 15% трехкальциевого алюмината формование шифера становилось возможным только на тонкой пленке (0,5 -0,6 км).

Удельный расход асбеста достигал 151 кг на 1000 плиток Невозможность интенсивного обезвоживания н уплотнения асбестоцементных слоев, пленки и полуфабриката на таком цементе вызывала снижение качества шифера. После 14 с точного твердения показатели прочности водопоглощения не соответствовали требованиям стандарта.

Практика работы предприятии асбестоцементной промышленности полностью подтверждает вывод, что правильный выбор цементов по их минералогическому составу и удельной поверхности является основой интенсификации технологического процесса производства асбестоцементных изделий.