Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о строительном продукте из цемента. Информацию об объекте производства, внесенном в список австралийского наследия, см. В разделе Портлендского цементного завода .

Множественные мешки с портландцементом, обернутые и уложенные на поддон.
Завод Blue Circle Southern Cement недалеко от Берримы , Новый Южный Уэльс, Австралия.

Портландцемент - самый распространенный тип цемента, широко используемый во всем мире в качестве основного ингредиента для бетона , раствора , штукатурки и неспециализированных растворов . Он был разработан Джозефом Аспдином из других типов гидравлической извести в Англии в начале 19 века и обычно происходит из известняка . Это мелкодисперсный порошок , который получают путем нагревания известняка и глинистых минералов в печи с образованием клинкера , измельчения клинкера и добавления 2–3 процентов гипса.. Доступны несколько типов портландцемента. Самый распространенный, называемый обычным портландцементом (OPC), серый, но также доступен белый портландцемент. Его название происходит от его сходства с портлендским камнем, который добывали на острове Портленд в Дорсете , Англия. Он был назван Джозефом Аспдином, который получил на него патент в 1824 году. Однако его сын Уильям Аспдин считается изобретателем «современного» портландцемента из-за его разработок в 1840-х годах. [1]

Портландцемент едкий , поэтому может вызвать химические ожоги. [2] Порошок может вызвать раздражение или, при сильном воздействии, рак легких, и может содержать ряд опасных компонентов, включая кристаллический кремнезем и шестивалентный хром . Экологические проблемы заключаются в высоком потреблении энергии, необходимом для добычи, производства и транспортировки цемента, и связанного с этим загрязнения воздуха, включая выбросы парниковых газов (например, двуокиси углерода ), диоксина , NO x , SO 2 и твердых частиц. На производство портландцемента приходится около 10% мирового углекислого газа.эмиссия. [3] Международное энергетическое агентство оценило , что производство цемента увеличится на от 12 до 23% к 2050 году для удовлетворения потребностей растущего населения мира. [4] В настоящее время ведется несколько исследований, направленных на замену портландцемента дополнительными вяжущими материалами. [5]

Низкая стоимость и широкая доступность известняка, сланца и других природных материалов, используемых в портландцементе, делают его одним из самых дешевых материалов, широко используемых в прошлом веке. Бетон из портландцемента - один из самых универсальных строительных материалов в мире.

История [ править ]

Мемориальная доска в Лидсе в честь Джозефа Аспдина
Уильям Аспдин считается изобретателем «современного» портландцемента. [1]
Свежеуложенный бетон

Портландцемент был разработан из натуральных цементов, производимых в Великобритании в середине 18 века. Его название происходит от его сходства с портлендским камнем , типом строительного камня, добываемого на острове Портленд в Дорсете, Англия. [6]

Разработка современного портландцемента (иногда называемого обычным или нормальным портландцементом) началась в 1756 году, когда Джон Смитон экспериментировал с комбинациями различных известняков и добавок, включая трасса и пуццоланы , в связи с запланированным строительством маяка [7], ныне известного как Башня Смитона . В конце 18 века римский цемент был разработан и запатентован в 1796 году Джеймсом Паркером . [8] Римский цемент быстро стал популярным, но в 1850-х годах был в значительной степени заменен портландцементом. [7] В 1811 году Джеймс Фрост произвел цемент, который назвал британским цементом.[8] Джеймс Фрост, как сообщается, построил мануфактуру для изготовления искусственного цемента в 1826 году. [9] В 1811 году Эдгар Доббс из Саутварка запатентовал цемент, изобретенный 7 годами позже французским инженером Луи Вика . Цемент Вика - это искусственная гидравлическая известь , которая считается «основным предшественником» [7] портландцемента.

Название портландцемент записано в справочнике, опубликованном в 1823 году, и связано с Уильямом Локвудом и, возможно, другими. [10] В своем патенте на цемент 1824 года Джозеф Аспдин назвал свое изобретение «портландцементом» из-за его сходства с портландским камнем . [6] Однако цемент Аспдина не был похож на современный портландцемент, а был первым шагом в развитии современного портландцемента и получил название «прото-портландцемент». [7]

Уильям Аспдин покинул компанию своего отца, чтобы основать собственное цементное производство. В 1840-х годах Уильям Аспдин, по-видимому, случайно произвел силикаты кальция, которые стали средней ступенью в развитии портландцемента. В 1848 году Уильям Аспдин усовершенствовал свой цемент. Затем, в 1853 году, он переехал в Германию, где занялся производством цемента. [10] Уильям Аспдин сделал то, что можно было бы назвать «мезопортландцементом» (смесь портландцемента и гидравлической извести). [11] Исаак Чарльз Джонсон усовершенствовал производство «мезопортландцемента» (средний этап развития) и заявил, что является настоящим отцом портландцемента. [12]

В 1859 году Джон Грант из Столичного совета работ изложил требования к цементу, который будет использоваться в лондонском проекте канализации . Это стало спецификацией портландцемента. Следующим шагом вперед в производстве портландцемента стало внедрение вращающейся печи , запатентованной Фредериком Рэнсомом в 1885 году (Великобритания) и 1886 году (США); что позволило получить более прочную, более однородную смесь и непрерывный производственный процесс. [7] «Бесконечная» обжиговая печь Хоффмана, которая, как говорили, давала «идеальный контроль над горением», была испытана в 1860 году и показала, что этот процесс позволяет получать цемент лучшего качества. Этот цемент производился на заводе Portland Cementfabrik Stern в Штеттине, где впервые использовалась печь Hoffmann. [13]Ассоциация немецких производителей цемента выпустила стандарт на портландцемент в 1878 году [14].

Портландцемент был импортирован в Соединенные Штаты из Германии и Англии, а в 1870-х и 1880-х годах он производился на портландцементе Eagle около Каламазу, штат Мичиган. В 1875 году первый портландцемент был произведен в печи Coplay Cement Company под руководством Дэвида О. Сэйлора в Коплей, штат Пенсильвания . [15] К началу 20 века портландцемент американского производства вытеснил большую часть импортного портландцемента.

Состав [ править ]

ASTM C150 [2] определяет портландцемент как:

гидравлический цемент (цемент, который не только затвердевает в результате реакции с водой, но и образует водостойкий продукт), полученный путем измельчения клинкеров, которые в основном состоят из гидравлических силикатов кальция, обычно содержащих одну или несколько форм сульфата кальция в качестве добавки к грунту. [16]

Европейский стандарт EN 197-1 использует следующее определение:

Клинкер из портландцемента представляет собой гидравлический материал , который состоит из , по меньшей мере на две трети по массе силикатов кальция , (3 СаО · SiO 2 , и 2 СаО · SiO 2 ) , остальное состоит из алюминий- и железосодержащих фаз клинкера и другие соединения. Отношение CaO к SiO 2 должно быть не менее 2,0. Содержание оксида магния ( MgO ) не должно превышать 5,0% по массе.

(Последние два требования уже были изложены в Немецком стандарте , выпущенном в 1909 году).

Клинкеры составляют более 90% цемента, наряду с ограниченным количеством сульфата кальция (CaSO 4 , который контролирует время схватывания) и до 5% второстепенных компонентов (наполнителей), как это допускается различными стандартами. Клинкеры представляют собой конкреции (диаметром 0,2–1,0 дюйма [5,1–25,4 миллиметра]) из спеченного материала, которые получают при нагревании исходной смеси заданного состава до высокой температуры. Ключевая химическая реакция, которая отличает портландцемент от других видов гидравлической извести, происходит при этих высоких температурах (> 1300 ° C (2370 ° F)), поскольку белит (Ca 2 SiO 4 ) соединяется с оксидом кальция (CaO) с образованием алита (Ca 3 SiO 5 ). [17]

Производство [ править ]

Клинкер из портландцемента получают путем нагревания в цементной печи смеси сырья до температуры прокаливания выше 600 ° C (1112 ° F), а затем до температуры плавления, которая составляет около 1450 ° C (2640 ° F) в течение современные цементы для спекания материалов в клинкер.

Материалами цементного клинкера являются алит, белит, трикальциевый алюминат и тетракальциевый алюмоферрит. Оксиды алюминия, железа и магния присутствуют в виде флюса, позволяющего силикатам кальция образовываться при более низкой температуре [18], и вносят небольшой вклад в прочность. Для специальных цементов, таких как низкотемпературные (LH) и сульфатостойкие (SR) типы, необходимо ограничить количество образующегося трикальцийалюмината (3 CaO · Al 2 O 3 ).

Основным сырьем для производства клинкера обычно является известняк (СаСО 3 ), смешанный со вторым материалом, содержащим глину в качестве источника алюмосиликата. Обычно используется нечистый известняк, содержащий глину или SiO 2 . Содержание CaCO 3 в этих известняках может составлять всего 80%. Вторичное сырье (материалы в сырьевой смеси, кроме известняка) зависят от чистоты известняка. Некоторые из используемых материалов - глина , сланец , песок , железная руда, бокситы , летучая зола и шлак . Когда цементная печь топится углем, зола угля выступает в качестве вторичного сырья.

Помол цемента [ править ]

Основная статья: Цементный завод
Цементная мельница мощностью 10 МВт, производительностью 270 тонн цемента в час.

Для достижения желаемых свойств схватывания готового продукта в клинкер добавляют некоторое количество (2-8%, но обычно 5%) сульфата кальция (обычно гипса или ангидрита ), и смесь тонко измельчают для образования готового цемента. пудра. Это достигается в цементной мельнице . Процесс измельчения контролируется для получения порошка с широким диапазоном размеров частиц , в котором обычно 15% по массе составляют частицы диаметром менее 5 мкм, а 5% - частицы диаметром более 45 мкм. Обычно используемой мерой тонкости является « удельная поверхность », которая представляет собой общую площадь поверхности частиц на единицу массы цемента. Скорость начальной реакции (до 24 часов) цемента на добавление воды составляетпрямо пропорциональна удельной поверхности. Типичные значения составляют 320–380 м 2 · кг −1 для цементов общего назначения и 450–650 м 2 · кг −1 для «быстротвердеющих» цементов. Цемент транспортируется ленточным или порошковым насосом в силос для хранения. Цементные заводы обычно имеют достаточно места в силосах для производства от одной до 20 недель, в зависимости от местных циклов спроса. Цемент доставляется конечным потребителям либо в мешках, либо в виде порошка, выдуваемого из машины под давлением в бункер заказчика. В промышленно развитые страны 80% и более цемента поставляется наливом.

Типичные составляющие портландского клинкера и гипса
с обозначением химика цемента (CCN)
КлинкерCCNМасса (%)
Силикат трикальция (CaO) 3 · SiO 2C 3 S25-50%
Силикат дикальция (CaO) 2 · SiO 2C 2 S 20–45%
Алюминат трикальция (CaO) 3 · Al 2 O 3С 3 А 5–12%
Тетракальций алюмоферрит (CaO) 4 · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3C 4 AF 6–12%
Гипс CaSO 4 · 2 H 2 OCS̅H 2 2–10%
Типичные составляющие портландцемента
с обозначением химика цемента
ЦементCCNМасса (%)
Оксид кальция, CaOC61–67%
Диоксид кремния, SiO 2S19–23%
Оксид алюминия, Al 2 O 3А 2,5–6%
Оксид железа, Fe 2 O 3F 0–6%
Оксид серы (VI), SO 3S̅1,5–4,5%

Установка и усиление [ править ]

Цемент схватывается при смешивании с водой в результате сложной серии химических реакций, которые изучены лишь частично. [ необходима цитата ] Различные составляющие медленно кристаллизуются, и сцепление их кристаллов придает цементу прочность. Двуокись углерода медленно абсорбируется, превращая портландит (Ca (OH) 2 ) в нерастворимый карбонат кальция . После начальной настройки погружение в теплую воду ускорит схватывание. Гипс добавляется в качестве ингибитора для предотвращения вспышки (или быстрого) схватывания.

Используйте [ редактировать ]

Декоративное использование портландцементных панелей в лондонском поместье Гросвенор [19]

Чаще всего портландцемент используется в производстве бетона. Бетон - это композитный материал, состоящий из заполнителя ( гравия и песка ), цемента и воды. В качестве строительного материала бетон можно заливать практически любой желаемой формы, а после затвердевания он может стать конструктивным (несущим) элементом. Бетон можно использовать при строительстве таких конструктивных элементов, как панели, балки и уличная мебель , или его можно заливать на месте для надстроек, таких как дороги и плотины. Они могут поставляться с бетоном, смешанным на месте, или могут поставляться с « товарным » бетоном, изготовленным на постоянных участках смешивания. Портландцемент также используется в строительных растворах.(с песком и водой только), для штукатурки и стяжек , а также в жидких растворах (цемент / вода смешивается зажатая в зазоры для укрепления фундаментов, дорожно-кровати и т.п.).

Когда вода смешивается с портландцементом, продукт схватывается за несколько часов и затвердевает в течение недель. Эти процессы могут широко варьироваться в зависимости от используемой смеси и условий отверждения продукта, но типичный бетон схватывается примерно за 6 часов и развивает прочность на сжатие 8 МПа за 24 часа. Прочность повышается до 15 МПа через 3 дня, 23 МПа через 1 неделю, 35 МПа через 4 недели и 41 МПа через 3 месяца. В принципе, прочность продолжает расти медленно, пока есть вода для продолжения гидратации [ сомнительно - обсудить ] , но бетон обычно высыхает через несколько недель, и это останавливает рост прочности.

Типы [ править ]

Общие [ править ]

ASTM C150 [ править ]

Существует пять типов портландцемента, с вариациями первых трех согласно ASTM C150. [2] [20]

Портландцемент типа I известен как обычный или универсальный цемент. Обычно предполагается, если не указан другой тип. Он обычно используется для общего строительства, особенно при производстве сборного железобетона и предварительно напряженного железобетона, который не должен контактировать с почвой или грунтовыми водами. Типичными составными композициями этого типа являются:

55% (C 3 S), 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 2,8% MgO, 2,9% (SO 3 ), 1,0% потерь при прокаливании и 1,0 % свободного CaO (с использованием обозначения химика цемента ).

Ограничение по составу состоит в том, что (C 3 A) не должно превышать 15%.

Тип II обеспечивает умеренную сульфатостойкость и выделяет меньше тепла во время гидратации. Этот тип цемента стоит примерно столько же, как и тип I. Его типичный состав смеси:

51% (C 3 S), 24% (C 2 S), 6% (C 3 A), 11% (C 4 AF), 2,9% MgO, 2,5% (SO 3 ), 0,8% потерь при прокаливании и 1,0 % свободного CaO.

Ограничение по составу состоит в том, что (C 3 A) не должно превышать 8%, что снижает его уязвимость для сульфатов. Этот тип предназначен для общего строительства, подверженного умеренному воздействию сульфатов, и предназначен для использования, когда бетон находится в контакте с почвой и грунтовыми водами, особенно в западных Соединенных Штатах из-за высокого содержания серы в почвах. Из-за того, что цена аналогична типу I, тип II широко используется в качестве цемента общего назначения, и большая часть портландцемента, продаваемого в Северной Америке, соответствует этой спецификации.

Примечание: Цемент, соответствующий (среди прочего) спецификациям для типов I и II, стал широко доступен на мировом рынке.

Тип III имеет относительно высокую раннюю прочность. Его типичный составной состав:

57% (C 3 S), 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 3,0% MgO, 3,1% (SO 3 ), 0,9% потерь при прокаливании и 1,3 % свободного CaO.

Этот цемент аналогичен типу I, но имеет более мелкий помол. Некоторые производители делают отдельный клинкер с более высоким содержанием C 3 S и / или C 3 A, но это встречается все реже, и обычно используется клинкер общего назначения, измельченный до определенной площади поверхности.обычно на 50–80% выше. Уровень гипса также может быть немного увеличен. Это дает бетону, в котором используется этот тип цемента, трехдневную прочность на сжатие, равную семидневной прочности на сжатие типов I и II. Его семидневная прочность на сжатие почти равна 28-дневной прочности на сжатие типов I и II. Единственным недостатком является то, что шестимесячная сила типа III такая же или немного меньше, чем у типов I и II. Следовательно, приносится в жертву долговременная сила. Обычно его используют для производства сборного железобетона, где высокая однодневная прочность позволяет быстро перерабатывать формы. Также может использоваться при аварийном строительстве и ремонте, а также при строительстве машинных оснований и воротных сооружений.

Портландцемент типа IV обычно известен своей низкой теплотой гидратации. Его типичный составной состав:

28% (C 3 S), 49% (C 2 S), 4% (C 3 A), 12% (C 4 AF), 1,8% MgO, 1,9% (SO 3 ), 0,9% потерь при прокаливании и 0,8 % свободного CaO.

Процентное содержание (C 2 S) и (C 4 AF) относительно высокое, а (C 3 S) и (C 3 A) относительно низкое. Ограничение этого типа состоит в том, что максимальный процент (C 3 A) равен семи, а максимальный процент (C 3 S) - тридцать пять. Это вызывает тепло, выделяемое реакцией гидратации.развиваться более медленными темпами. Однако, как следствие, прочность бетона растет медленно. Через один-два года прочность выше, чем у других типов после полного отверждения. Этот цемент используется для очень больших бетонных конструкций, таких как плотины, которые имеют низкое соотношение поверхности к объему. Этот тип цемента, как правило, не хранится производителями, но некоторые могут рассмотреть возможность крупного специального заказа. Этот вид цемента не производился в течение многих лет, потому что портланд-пуццолановые цементы и добавка измельченного гранулированного доменного шлака являются более дешевой и надежной альтернативой.

Тип V используется там, где важна сульфатостойкость. Его типичный составной состав:

38% (C 3 S), 43% (C 2 S), 4% (C 3 A), 9% (C 4 AF), 1,9% MgO, 1,8% (SO 3 ), 0,9% потерь при прокаливании и 0,8 % свободного CaO.

Этот цемент имеет очень низкий (C 3 A) состав, что объясняет его высокую сульфатостойкость. Максимально допустимое содержание (C 3 A) составляет 5% для портландцемента типа V. Другое ограничение состоит в том, что состав (C 4 AF) + 2 (C 3 A) не может превышать 20%. Этот тип используется в бетоне, который подвергается воздействию щелочной почвы и сульфатов грунтовых вод, которые реагируют с (C 3А) вызывая разрушительное расширение. Он недоступен во многих местах, хотя широко используется на западе США и в Канаде. Как и в случае с типом IV, портландцемент типа V в основном был вытеснен использованием обычного цемента с добавлением измельченного гранулированного доменного шлака или третичных цементов с добавками, содержащих шлак и летучую золу.

Типы Ia, IIa и IIIa имеют тот же состав, что и типы I, II и III. Единственное отличие состоит в том, что в смеси Ia, IIa и IIIa воздухововлекающий агент измельчается. Воздухововлечение должно соответствовать минимальным и максимальным дополнительным характеристикам, указанным в руководстве ASTM. Эти типы доступны только в восточной части США и Канаде, но только в ограниченном количестве. Это плохой подход [ требуется разъяснение ] к воздухововлечению, что повышает устойчивость к замерзанию при низких температурах.

Типы II (MH) и II (MH) a имеют такой же состав, что и типы II и IIa, но с умеренным жаром.

EN 197 норма [ править ]

Европейская норма EN 197-1 определяет пять классов обычного цемента, в состав которых входит портландцемент в качестве основного компонента. Эти классы отличаются от классов ASTM.

Учебный классОписаниеИзбиратели
CEM IпортландцементСостоит из портландцемента и до 5% второстепенных дополнительных компонентов
CEM IIПортланд-композитный цементПортландцемент и до 35% других * отдельных компонентов
CEM IIIЦемент доменныйПортландцемент и повышенное содержание доменного шлака
CEM IVПуццолановый цементПортландцемент и до 55% пуццолановых компонентов
CEM VКомпозитный цементПортландцемент, доменный шлак или летучая зола и пуццолан

* Допустимыми компонентами портландцемента являются искусственные пуццоланы (доменный шлак (фактически скрытое гидравлическое связующее), микрокремнезем и летучая зола) или природные пуццоланы (кремнеземистые или кремнистые глиноземистые материалы, такие как стекла вулканического пепла, кальцинированные глины. и сланец).

CSA A3000-08 [ править ]

Канадские стандарты описывают шесть основных классов цемента, четыре из которых также могут поставляться в виде смеси, содержащей молотый известняк (где в названиях классов присутствует суффикс L).

Учебный классОписание
ГУ, ГУЛ (он же Цемент Тип 10 (ГУ))Цемент общего назначения
РСЦемент со средней сульфатостойкостью
MH, MHLЦемент средней жары
HE, HELЦемент высокой ранней прочности
ЛХ, ЛХЛНизкотемпературный цемент
HSВысокая сульфатостойкость; обычно развивает силу медленнее, чем другие типы.

Белый портландцемент [ править ]

Основная статья: Белый портландцемент

Белый портландцемент или белый обыкновенный портландцемент (WOPC) во всех отношениях похож на обычный серый портландцемент, за исключением высокой степени белизны. Для получения этого цвета требуется сырье высокой чистоты (низкое содержание Fe 2 O 3 ) и некоторая модификация метода производства, в том числе более высокая температура печи, необходимая для спекания клинкера в отсутствие оксидов железа, действующих в качестве флюса в обычном клинкере. . Как Fe 2 O 3способствует снижению температуры плавления клинкера (обычно 1450 ° C), белый цемент требует более высокой температуры спекания (около 1600 ° C). Из-за этого он несколько дороже серого продукта. Основное требование - иметь низкое содержание железа, которое должно быть менее 0,5 мас.% В пересчете на Fe 2 O 3 для белого цемента и менее 0,9 мас.% Для не совсем белого цемента. Это также помогает получить оксид железа в виде оксида железа (FeO), который получается в печи в условиях небольшого восстановления, то есть при работе с нулевым избытком кислорода на выходе из печи. Это придает клинкеру и цементу зеленый оттенок. Другие оксиды металлов, такие как Cr 2 O 3 (зеленый), MnO (розовый), TiO 2 (белый) и т. д. в следовых количествах также могут придавать цветовые оттенки, поэтому для конкретного проекта лучше всего использовать цемент из одной партии.

Проблемы безопасности [ править ]

На мешках с цементом обычно напечатаны предупреждения о здоровье и безопасности, потому что цемент не только очень щелочной , но и процесс схватывания является экзотермическим . В результате влажный цемент имеет сильную едкость и может легко вызвать серьезные ожоги кожи, если сразу не смыть его водой. Точно так же сухой цементный порошок при контакте со слизистыми оболочками может вызвать сильное раздражение глаз или дыхательных путей. [21] [22] Реакция цементной пыли с влагой в носовых пазухах и легких также может вызвать химический ожог, а также головные боли, усталость [23] и рак легких. [24]

Производство цементов с относительно низкой щелочностью (pH <11) является областью постоянных исследований. [25]

В Скандинавии , Франции и Великобритании уровень хрома (VI) , который считается токсичным и основным раздражителем кожи, не может превышать 2 частей на миллион (ppm).

В США Управление по охране труда и здоровья (OSHA) установило законный предел ( допустимый предел воздействия ) для воздействия портландцемента на рабочем месте в размере 50 млн частиц на кубический фут (миллион частиц на кубический фут) в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH) установила предел рекомендуемой экспозиции (REL) от 10 мг / м 3 общей экспозиции и 5 мг / м 3 дыхательного воздействия в течение 8-часового рабочего дня. При уровне 5000 мг / м 3 портландцемент сразу же опасен для жизни и здоровья . [26]

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Производство портландцемента может оказывать воздействие на окружающую среду на всех этапах производственного процесса. К ним относятся выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в виде пыли; газы; шум и вибрация при работе техники и при проведении взрывных работ на карьерах; расход большого количества топлива при производстве; выброс CO 2 из сырья во время производства и нанесение ущерба сельской местности в результате разработки карьеров. Широко используется оборудование для снижения выбросов пыли при разработке карьеров и производстве цемента, а оборудование для улавливания и отделения выхлопных газов находит все более широкое применение. Охрана окружающей среды также включает повторную интеграцию карьеров в сельскую местность после того, как они были закрыты, путем их возвращения в природу или рекультивации.

Эпидемиологические Примечания и отчеты Диоксид серы Воздействие на портландцементе растениях , из Центров по контролю и профилактике заболеваний , состояния:

Рабочие на предприятиях по производству портландцемента, особенно те, которые сжигают топливо, содержащее серу, должны знать об острых и хронических последствиях воздействия SO 2 [диоксид серы], и следует периодически измерять пиковые и полносменные концентрации SO 2 . [27]

Независимые исследовательские усилия AEA Technology по выявлению критических проблем для цементной промышленности на сегодняшний день пришли к выводу, что наиболее важными проблемами окружающей среды, здоровья и безопасности, с которыми сталкивается цементная промышленность, являются выбросы в атмосферу (включая выбросы парниковых газов, диоксинов, NO x , SO 2 и твердые частицы). ), несчастные случаи и воздействие пыли на рабочих. [28]

CO 2, связанный с производством портландцемента, поступает в основном из четырех источников:

Источник CO 2Количество
Декарбонизация известнякаДостаточно постоянный: минимум около 0,47 кг CO 2 на кг цемента, максимум 0,54, типичное значение около 0,50 во всем мире. [ необходима цитата ]
Печное сжигание топливаЗависит от эффективности установки: эффективная установка прекальцинации 0,24 кг CO 2 на кг цемента, низкоэффективный мокрый процесс до 0,65, типичная современная практика (например, в Великобритании) в среднем составляет около 0,30. [ необходима цитата ]
Производится автомобилями на цементных заводах и в дистрибуцииПрактически незначительно - 0,002–0,005. Таким образом, типичное общее содержание CO 2 составляет около 0,80 кг CO 2 на кг готового цемента.
Производство электроэнергииЗависит от местного источника питания. Типичное потребление электроэнергии составляет порядка 90–150 кВтч на тонну цемента, что эквивалентно 0,09–0,15 кг CO 2 на кг готового цемента, если электроэнергия вырабатывается из угля.

В целом, с помощью атомной или гидроэнергетики и эффективного производства, образование CO 2 можно снизить до 0,7 кг на кг цемента, но может быть вдвое выше [ требуется пояснение ] . Направление инноваций на будущее заключается в сокращении источников 1 и 2 за счет изменения химического состава цемента, использования отходов и внедрения более эффективных процессов [ цитата необходима ] . Хотя производство цемента, несомненно, является очень большим источником выбросов CO 2 , бетон (из которых цемент составляет около 15%) в этом отношении весьма выгодно отличается от других строительных систем. [ необходима цитата ]

Цементные заводы, используемые для удаления или переработки отходов [ править ]

Старые шины загружаются в пару цементных печей

Из-за высоких температур внутри цементных печей в сочетании с окислительной (богатой кислородом) атмосферой и длительным временем пребывания цементные печи используются в качестве варианта обработки различных типов потоков отходов; действительно, они эффективно уничтожают многие опасные органические соединения. Потоки отходов также часто содержат горючие материалы, которые позволяют заменить часть ископаемого топлива, обычно используемого в процессе.

Отходы, используемые в цементных печах в качестве добавки к топливу: [29]

  • Легковые и грузовые шины - стальные ремни легко переносятся в печах
  • Шлам краски от автомобильной промышленности
  • Отработанные растворители и смазочные материалы
  • Мясно-костная мука - отходы бойни из-за опасений по поводу заражения губчатой ​​энцефалопатией крупного рогатого скота
  • Пластмассовые отходы
  • Осадок сточных вод
  • Рисовая шелуха
  • Отходы сахарного тростника
  • Подержанные деревянные шпалы (шпалы)
  • Отработанная футеровка электролизера из алюминиевой промышленности (также называемая использованной футеровкой электролизера )

Производство портландцемента также может извлечь выгоду из использования промышленных побочных продуктов из потока отходов. [30] К ним, в частности, относятся:

  • Шлак
  • Летучая зола (с электростанций)
  • Пары кремнезема (с металлургических заводов)
  • Синтетический гипс (от обессеривания)

См. Также [ править ]

  • Гидрат силиката кальция
  • Энергетически модифицированный цемент
  • Известковый раствор
  • Rosendale цемент
  • Воздействие бетона на окружающую среду
  • Американский институт бетона
  • Портлендская цементная ассоциация
  • Участок Портлендского цементного завода

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Курляндия, Роберт (2011). Бетонная планета: странная и увлекательная история о самом распространенном в мире искусственном материале . Амхерст, Нью-Йорк: Книги Прометея. ISBN 978-1616144814. Проверено 28 августа 2015 года .
  2. ^ a b c «ASTM C185-15a, Стандартный метод испытаний на содержание воздуха в гидравлическом цементном растворе» . www.ASTM.org . Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International . 2015. DOI : 10,1520 / C0185-15A . Дата обращения 16 мая 2017 .
  3. ^ Скривенер, Карен Л .; John, Vanderley M .; Gartner, Эллис М. (июнь 2018 г.). «Экоэффективные цементы: потенциальные экономически жизнеспособные решения для производства материалов на основе цемента с низким содержанием CO 2» (PDF) . Исследование цемента и бетона . 114 : 2–26. DOI : 10.1016 / j.cemconres.2018.03.015 . ЛВП : 10044/1/51016 .
  4. ^ «Технологическая дорожная карта - Переход к низкоуглеродным технологиям в цементной промышленности: разворот» . Интернет-магазин МЭА .
  5. ^ Лотенбах, Барбара; Скривенер, Карен; Hooton, RD (декабрь 2011 г.). «Дополнительные вяжущие материалы». Исследование цемента и бетона . 41 (12): 1244–1256. DOI : 10.1016 / j.cemconres.2010.12.001 .
  6. ^ a b Гиллберг, Б. Фагерлунд, Г. Йёнссон, Å. Тиллман, AM. (1999). Betong och miljö [ Бетон и окружающая среда ] (на шведском языке). Стокгольм: AB Svensk Byggtjenst. ISBN 978-91-7332-906-4.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  7. ^ a b c d e Роберт Г. Блезард, "История известковых цементов" в Hewlett, Peter C., ed .. Химия цемента и бетона Леа . 4. изд. Амстердам: Elsevier Butterworth-Heinemann, 2004. 1-24. Распечатать.
  8. ^ a b Сайкия, Мими Дас. Бхаргаб Мохан Дас, Мадан Мохан Дас. Элементы гражданского строительства . Нью-Дели: PHI Learning Private Limited. 2010. 30. Печать.
  9. ^ Рид, Генри (1868). Практический трактат по производству портландцемента . Лондон: E. & FN Spon.
  10. ^ а б Фрэнсис, AJ (1977). Цементная промышленность 1796–1914: История .
  11. ^ Реймент, DL (1986). «Электронно-зондовый анализ фаз CSH в цементном тесте возрастом 136 лет». Исследование цемента и бетона . 16 (3): 341–344. DOI : 10.1016 / 0008-8846 (86) 90109-2 .
  12. ↑ Хан, Томас Ф. и Эмори Лиланд Кемп. Цементные заводы на реке Потомак . Моргантаун, Западная Вирджиния: Издательство Университета Западной Вирджинии, 1994. 16. Печать.
  13. ^ Рид, Генри (1877). Наука и искусство производства портландцемента с наблюдениями за некоторыми из его конструктивных применений . Лондон: E&F. Spon.
  14. ^ «125 лет исследований качества и прогресса» . Немецкая ассоциация цементных заводов. Архивировано 16 января 2015 года . Проверено 30 сентября 2012 года .CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)
  15. ^ Мид, Ричард Киддер. Портландцемент: состав, сырье, производство, испытания и анализ . Истон, Пенсильвания: 1906. The Chemical Publishing Co. 4–14. Распечатать.
  16. ^ "Портлендский цемент" . dot.gov . Архивировано из оригинала 7 июня 2014 года.
  17. ^ Дилан Мур. «Цементные печи: термохимия клинкера» . Cementkilns.co.uk . Архивировано 6 марта 2014 года.
  18. ↑ Макартур, Хью и Дункан Сполдинг. Техническое материаловедение: свойства, использование, деградация и восстановление . Чичестер, Великобритания: Horwood Pub., 2004. 217. Печать.
  19. ^ "Жилищные прототипы: Пейдж-стрит" . houseprototypes.org . Архивировано из оригинального 16 сентября 2012 года . Проверено 19 января 2007 года .
  20. ^ Руководство подрядчика по качественному бетонному строительству . 3-е изд. Сент-Луис, Миссури: Американское общество бетонных подрядчиков, 2005. 17. Печать.
  21. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано 4 июня 2011 года (PDF) . Проверено 15 февраля 2011 года . CS1 maint: archived copy as title (link)
  22. ^ Болонья, Жан Л .; Джозеф Л. Йориццо; Рональд П. Рапини (2003). Дерматология, том 1 . Мосби. ISBN 978-0-323-02409-9.
  23. ^ Oleru, UG (1984). «Легочная функция и симптомы у нигерийских рабочих, подвергшихся воздействию цементной пыли». Environ. Исследования . 33 (2): 379–385. Bibcode : 1984ER ..... 33..379O . DOI : 10.1016 / 0013-9351 (84) 90036-7 . PMID 6714189 . 
  24. ^ Rafnsson, V; Х. Гуннарсдоттир; М. Киилунен (1997). «Риск рака легких у масонов в Исландии» . Ок. Environ. Med . 54 (3): 184–188. DOI : 10.1136 / oem.54.3.184 . PMC 1128681 . PMID 9155779 .  
  25. ^ Coumes, Селин Кау Дит; Симона Куртуа; Дидье Некту; Стефани Леклерк; Ксавье Бурбон (декабрь 2006 г.). «Создание низкощелочного, высокопрочного и низкотемпературного бетона для хранилищ радиоактивных отходов» (PDF) . Исследование цемента и бетона . Elsevier Ltd. 36 (12): 2152–2163. DOI : 10.1016 / j.cemconres.2006.10.005 .
  26. ^ "CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям - портландцемент" . www.cdc.gov . Архивировано 21 ноября 2015 года . Проверено 21 ноября 2015 года .
  27. ^ "Эпидемиологические заметки и отчеты о воздействии диоксида серы на заводах по производству портландцемента" . cdc.gov . Архивировано 25 июня 2017 года.
  28. ^ «На пути к устойчивой цементной промышленности: улучшение показателей окружающей среды, здоровья и безопасности» (PDF) . wbcsd.ch . Архивировано из оригинального (PDF) 28 сентября 2007 года . Проверено 5 декабря 2006 года .
  29. ^ Крис Бойд (декабрь 2001 г.). «Утилизация отходов в цементных печах» (PDF) . Всемирный деловой совет по устойчивому развитию . Архивировано из оригинального (PDF) 24 июня 2008 года . Проверено 25 сентября 2008 года .
  30. ^ Ш. Косматка; WC Panarese (1988). Проектирование и контроль бетонных смесей . Скоки, Иллинойс : Портлендская цементная ассоциация . п. 15. ISBN 978-0-89312-087-0. В целом, вероятно, 50% всех промышленных побочных продуктов могут использоваться в качестве сырья для производства портландцемента.

Внешние ссылки [ править ]

  • Мировое производство гидравлического цемента по странам
  • Alpha The Guaranteed Portland Cement Company: торговая литература 1917 года из библиотек Смитсоновского института
  • Инициатива устойчивого развития цемента
  • Альтернатива цементу при растрескивании
  • Вид с воздуха на крупнейшую в мире концентрацию мощностей по производству цемента, провинцию Сарабури , Таиланд , на 14.6325 ° N 101.0771 ° E14°37′57″N 101°04′38″E /  / 14.6325; 101.0771
  • Фонтан, Генри (30 марта 2009 г.). «Бетон смешивается с окружающей средой в сознании» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 30 марта 2009 года .
  • CDC - Карманный справочник NIOSH по химической опасности