Белый и цветной цемент, производство и применение белого цемента

Белый и цветной цемент, производство и применение белого цемента.
Белый и цветной цемент – разновидности обыкновенного цемента и отличаются от него цветом. Белый цемент (ГОСТ 965-78) получают измельчением маложелезистого белого клинкера, минеральных добавки гипса, а цветные цементы (ГОСТ 15825-70) в зависимости от их цвета – из белого клинкера путем их измельчения вместе с добавкой красящего пигмента и гипса.
Сырьем для производства белого цемента служат известняки, глины и пески с минимальным содержанием красящих окислов железа, марганца, титана. Сырьевую смесь ожигают на беззольном топливе (мазут, газ). Для облегчения обжига в сырьевую смесь белого цемента целесообразно вводить минерализатор – плавиковый шпат или кремнефтористый натрий. Белый цементы в зависимости от степени белизны подразделяют на три сорта – I-III. Эталоном белизны служит молочно-матовое стекло МС-14, коэффициент отражения которого должен быть не менее 95%. Степень белизны цемента по сортам должна быть не менее, %: I — 80, II – 75, III – 68.
По показателям прочности белый цемент выпускают марок: цемент белый М400 и цемент белый М500. Пигменты для получения цветных цементов должны обладать высокой стойкостью против действия щелочей и выцветания, в них не должно быть растворимых солей. При изготовлении цветных цементов необходимо определять: степень белизны применяемого клинкера; соответствие свойств красящих пигментов требованиям ГОСТ 8135-74, 2912-73 и 8019-71; степень белизны гидравлической добавки; содержание добавок в цементе; соответствие цвета, чистоты тона и насыщенности цвета цемента эталону цветной шкалы.
Белый и цветные цементы твердеют медленнее обыкновенных цементов, имеют меньшую коррозийную стойкость и морозостойкость и сравнительно большую усадку. Они используются для архитектурно-отделочных работ в строительстве.
Белый цемент отличается от обычного тем, что содержит минимальное количество железистых и других окрашивающих соединений и имеет поэтому не зеленовато-серую, а белую окраску. По всем другим свойствам он почти не отличается от обычного цемента.
Глиноземный модуль белого цемента очень высок и его величина не является характерной для оценки состава этого цемента. Коэффициент насыщения обычно невелик. Повышенным является силикатный модуль. Клинкер в основном состоит из трех- и двух кальциевого силиката и трехкальциевого алюмината. Содержание алюмоферитов в нем незначительно.
Для производства белого цемента могут служить сырьевые материалы не содержащие окрашивающих цемент веществ, главным образом окиси железа. Приходится учитывать и присутствие других окрашивающих соединений: окисей марганца, хрома и титана. В качестве известкового компонента можно использовать чистый известняк или мел, а в качестве глинистого — маложелезистые песчано-глинистые материалы, как например, отходы каолинового производства (шликер). Чтобы увеличить силикатный модуль, в сырьевую смесь добавляют белые безжелезистые тонкозернистые кварцевые пески или другие чистые породы, которые содержат большое количество кремнезема. Содержание окиси железа в известковом компоненте не должно превышать 0,1 %, а в глинистом 1 %. Если количество Fе₂O₃ в глинистом компоненте значительно ниже указанного предела, то содержание Fе₂О₃ в известковом компоненте может быть повышено. В обоих компонентах должны содержаться лишь следы окисей марганца и хрома.
Производство белого цемента имеет ряд особенностей. Так например, чтобы устранить попадание железа и его окислов в цемент в процессе его производства, сырье и клинкер размалывают в мельницах, футерованных фарфоровыми или кремниевыми плитами, а также особо твердой, малоистираемой стальной футеровкой из высококачественной стали. Мелющие тела изготовляют из того же материала. Сырьевую смесь нужно молоть возможно тоньше.
Из-за отсутствия или малого содержания в сырьевой смеси окиси железа, понижающей температуру спекания, обжиг белого цемента затруднителен и происходит при повышенной температуре. В сырьевую смесь целесообразно вводить интенсификаторы процесса обжига, не содержащие окрашивающих примесей, например 0,5-1% плавикого шпата. Печи для обжига белого клинкера футеруют тальковым кирпичом. Так как зола топлива также может окрашивать цемент, то применяют беззольное топливо — газ или мазут.
Содержание Fе₂O₃ в белом цементе не должно превышать 0,4 — 0,5%. При количестве окиси железа, приближающемся к предельному или несколько превышающем его, клинкер приобретает зеленоватый оттенок.
Для повышения белизны клинкер отбеливают путем быстрого охлаждения водой от 1250-1350 до 500-600 0С. После охлаждения его сейчас же отделяют от воды и он высушивается за счет собственного тепла. По данным А. Н. Грачьяна, при медленном охлаждении окислы железа распределяются в алюмоферрите кальция тина C₆A₂F, а при быстром охлаждении — в меньшем числе частиц алюмоферрита типа C₆AF₂ с выделением белых алюминатов кальция. При медленном охлаждении кристаллы белита способны растворять в себе соединения железа, что уменьшает белизну цемента. При быстром же охлаждении кристаллы белита получаются белыми. Поэтому на белизну цемента влияет не только содержание красящих соединений, но и других составляющих клинкера. С увеличением содержания трехкальциевых силиката и алюмината белизна цемента становится больше. А с увеличением содержания двухкальциевого силиката – меньше.
Отбеливающий эффект вызывается также отбеливанием клинкера в специальном аппарате — отбеливателе. В чем клинкер подвергают непродолжительному воздействию (в течение нескольких минут) восстановительной бескислородной газовой среды при температуре 800-1000 ⁰С с последующим охлаждением (без доступа кислорода) примерно до 200 ⁰С. Отбеливание вызывает, по-видимому, восстановление окиси железа Fе₂O₃ до закись-окиси Fе₃О₄, что понижает красящую способность соединений железа. По данным Г. Кюля, в восстановительной среде окись железа переходит в закись, вследствие чего клинкер светлеет. Путем отбеливания удается получить после, помола чисто белый цемент без всяких оттенков.
Возможно также повышение степени белизны за счет добавки в сырьевую смесь хлористых солей NaCl, KCl, NH₄Cl, CaCI₂ и некоторых других. Соединяясь с находящийся в сырьевой смеси окисью железа, эти соли образуют летучее хлорное железо, частично удаляющееся с отходящими газами. Однако это мероприятие может дать эффект только при –мокром способе производства. При сухом же способе вследствие высокой температуры отходящих газов хлористые соли улетучиваются до того, как они прореагируют с окисью железа.
Из белого цемента получают различные цветные цементы (желтые, оранжевые, розовые, красные, коричневые, зеленые, голубые, черные) путем совместного помола белого клинкера с красящими пигментами, которые должны обладать щелочестойкостью, светостойкостью и не и не содержать вредных для прочности цементного камня примесей. Содержание в цветном цементе минеральных пигментов не должно превышать 15%, а органических — 0,3%.
Л. И. Боженов предлагает получать цветные клинкеры из безжелезистой сырьевой смеси с добавкой небольшого количества окислов хрома, марганца, кобальта, никеля и др. Размалывая эти клинкеры, получают цветные цементы.
Для предупреждения появления выцветов на облицовочных покрытиях в белый цемент вводят активные минеральные добавки, не содержащие окрашивающих примесей, например белый диатомит. В состав белого цемента с этой же целью можно вводить до 0,2% пластифицирующей или до 0,1 % гидрофобизующей добавки.
Белые цементы в зависимости от степени белизны подразделяют на три сорта: БЦ-1, БЦ-2 и БЦ-3. Эталоном белизны является сернокислый барий BaSO₄, имеющий коэффициент отражения не менее 96,3. Степень белизны цемента по коэффициенту яркости определяют при помощи фитометра. Степень белизны цемента, выраженная в коэффициенте яркости по BaSO4, должна быть для сорта БЦ-1 не менее 76, для сорта БЦ-2 не менее 73 и для сорта БЦ-3 не менее 70. Для сравнения укажем, что коэффициент белизны обычного цемента составляет 20-40, а фарфора 70-90.
Марки белого и цветных цементов: 300, 400 и 500 при испытании в образцах из раствора жесткой консистенции. Начало схватывания не ранее 45 мин, а конец не позже 9 ч. Содержание SО₃ в цементе должно быть в пределах 1,8-3,5%.
Наряду с цветным цементом можно изготовлять и цветной шлакоцемент, изготовляемый из белого цементного клинкера и содержащий 30-50% светлого гранулированного доменного шлака.
Белые и цветные цементы следует обязательно хранить и транспортировать в таре.
Для получения белых и цветных растворов и бетонов применяют соответствующего цвета инертные материалы – белую и цветную мраморную, гранитную и известняковую крошку, белый кварцевый песок и т.д.
Белый и цветной цементы – ценный декоративный материал. Их применяют для архитектурно-отделочных работ в виде растворов, бетонов и побелок; для облицовочного слоя крупных панелей и блоков; для изготовления скульптур, дорожных знаков и различных строительных изделий; для изготовления цементных красок.

Белый портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, обладающее всеми свойствами обычного, серого, портландцемента, за исключением цвета - белый.

Белый цемент широко используют для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений, в основном служит для декоративных целей.
Главной задачей при производстве белого портландцемента является регулирование белизны.
Белый цвет цемента достигается рядом технологических операций:
-низкое содержание в сырье Fe₂O₃ (не > 0,35%) и Mn₂O₃ (не > 0,01%);
-использование беззольного топлива;
-футеровка зоны спекания печи магнезиальным или глиноземистым огнеупором;
-резкое охлаждение клинкера в воде;
-специальные методы отбеливания;
-помол клинкера неметаллическими шарами и броней.

Белизна цемента, производимого в России, это только Щуровский цементный завод, достигает до 85% по шкале белизны, где за эталон взят Ba₂SO₄ – 100% белизны.

Обжиг белого портландцемента производится сложнее, и на него тратится в 2-3 раза больше энергоносителей, чем при обжиге серого портландцемента. Это связано с низким содержанием плавней в сырьевой смеси. Температура спекания выше, количество расплава меньше, тоньше слой обмазки, потери тепла корпусом выше.
Белый цемент применяется для офактуривания строительных деталей и изделий, для скульптур, барельефов и других архитектурных изделий и деталей. В качестве заполнителей при изготовлении деталей рекомендуется применять белый мрамор и безжелезистые пески.
На основе белого портландцемента путем совместного помола клинкера белого портландцемента с некоторыми минеральными щелочестойкими и светоустойчивыми красителями изготовляют цветные цементы. В качестве красителей используют природные и искусственные минеральные и органические красители: охру, сурик, редоксайд, мумию, марганцевую руду, окись хрома, ультрамарин, фталоцианиновый пигмент и другие. Различные цвета цементов достигаются использованием различных видов красителя, их комбинациями, концентрациями, водоцементным отношением и др. параметрами. В зависимости от желаемого тона и цвета цемента красители вводят в количестве от 0,1% до 20%, при этом получают цветные цементы с самой разнообразной гаммой цветовых оттенков.
В США для покрытия бетонных и оштукатуренных поверхностей применяют различные портландцементные краски, в которых вяжущим компонентом является белый портландцемент. Эти краски служат как для декоративных целей, так и для придания поверхности водонепроницаемости. Портландцементные краски устойчивы к воздействию агрессивных растворов и паров. В состав этих красок вводят двуокись цинка или сульфит цинка. Эти пигменты добавляют для усиления белизны и кроющей способности краски. Кроме того, в состав красок входят гидрофобные вещества (стеараты кальция или алюминия). Эти краски служат 4-5 лет.