Расход сульфатного компонента при помоле цемента

Сульфатный компонент цемента, выполняющий функцию регулятора схватывания портландцемента (чаще всего природный гипсовый камень), обычно измель­чается совместно с клинкером. Количество сульфатного компонента должно быть достаточным, чтобы обеспечить наступление схватывания цемента в сроки, установленные ГОСТ 31108—2016, но не более 3,5—4,0 % в пересчете на SO₃. Механизм действия регулятора схватывания заключается в блокировании высокой гидратационной активности алюминатной фазы, — точнее, той ее части, которая выходит на поверхность частиц цемента, — за счет образования эттрингита (C₃A · 3CaSO₄ · 32H₂O) [1, 2]. 

При ответе на поставленный вопрос следует исходить из положения, что любой фактор, способствующий высвобождению ионов алюминия в жидкую фазу, вызывает увеличение количества гипса, необходимого для достижения требуемого эффекта [1]. Поскольку с увеличением удельной поверхности цемента должна возрастать доля алюминатной фазы, выходящей на поверхность цементных частиц, вполне закономерно, что повышение дисперсности должно сопровождаться и увеличением расхода сульфатного компонента. Эта тенденция лучше проявляется в случае цементов с высоким содержанием алюминатной фазы [3]. Вместе с тем проявление данной закономерности может не быть выраженным из-за ряда причин (помимо невысокого содержания фазы C₃A).  

Во-первых, нужно учитывать, что в замедлении гидратации алюминатной фазы на начальном этапе взаимодействия цемента с водой всегда участвует только часть сульфатного компонента, тогда как другая его часть, довольно значительная, механически вовлекается в основной продукт гидратации — гель C—S—H [2, 3]. Соответственно, имеющегося в цементе сульфатного компонента в общем случае должно хватить и на ту часть алюминатной фазы, которая дополнительно окажется на поверхности частиц при более тонком измельчении клинкера.

Во-вторых, следует принимать во внимание характер разрушения зерен клинкера в конкретном случае (т. е. по каким фазам преимущественно идет разрушение) и то, каким будет в результате соотношение содержания алюмосодержащих и силикатных фаз на поверхности частиц [1]; оно может отличаться от общего соотношения этих фаз в цементе. Можно предположить, что чем в большей степени поверхность частиц цемента представлена силикатными фазами, тем в меньшей степени расход гипсового камня будет зависеть от дисперсности цемента, и наоборот. В свою очередь, характер разрушения клинкерных зерен зависит от характеристик самого клинкера, способа его измельчения, применяемых интенсификаторов помола. 

Необходимо также учитывать, что действие сульфатного компонента определяется не только его общим содержанием в цементе, но и его доступностью для реакции с алюминатной фазой. Иначе говоря, его эффективность определяется тем, насколько равномерно сульфатный компонент распределен по поверхности клинкерных частиц (это зависит от технологии измельчения), а также тем, какая часть гипсового камня дегидратируется до более быстро растворимых полугидрата или даже ангидрита (зависит от режима и технологии измельчения) [1—3]. Повышение дисперсности требует увеличения продолжительности измельчения, что может быть сопряжено с повышением степени дегидратации гипса и равномерности его распределения среди частиц клинкера, а значит — с ростом эффективности его использования. Однако следует помнить, что преобладание полностью или частично дегидратированных форм сульфата кальция над двуводной формой может вызывать ложное схватывание [3].

ЛИТЕРАТУРА

1. Тейлор Х. Химия цемента. М.: Мир, 1996. 560 с.

2. Hewlett P., et al. Lea’s chemistry of cement and concrete. 4th ed. / P. Hewlett (ed). Elsevier Science & Technology Books, 2003. 1092 p.

3 Bensted J., et al.  Structure and performance of cements / J. Bensted, P. Barnes (eds). London: Taylor & Francis Group, 2008. 584 p.