СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Цветные портландцементы

Это гидравлические вяжущие вещества, получае­мые путем совместного тонкого измельчения белого Или цветного цементного клинкера, активной минераль­ной добавки ■— белого диатомита, гипса и пигмента или красковой руды. Цветной клинкер можно измельчать и без пигмента. Получают его в результате обжига до спекания (или плавления) сырьевой смеси надлежащего состава и охлаждения в условиях, обеспечивающих его отбеливание и изменение цвета.

По ГОСТ 15825—80 цветной цемент должен содер­жать не менее 80% клинкера, не более 6% диатомита и не более 15% минерального синтетического или природного пигмента, пигментного сырья или красковой руды. Органического пигмента должно быть не больше 0,5% массы клинкера. В цветной цемент можно вво­дить также пластифицирующие добавки или гидро - фобизующие в количестве не более 0,3% массы цемента в пересчете на сухое вещество.

Пигменты и пигментное сырье должны обладать щелочестойкостью, светостойкостью и не содержать вредных для прочности и морозостойкости цементного камня примесей. При измельчении цемента одновре­менно можно применять не более двух пигментов. В цветные цементы, предназначенные для покрасок, следует вводить стеарат кальция не более 1% или хло­ристый кальций не более 2% массы цемента. Существу­ют утвержденный эталон, а также специальная шкала на цементы следующих цветов: светло-желтый, желто - золотистый, оранжевый, светло-розовый, розовый, крас­ный, светло - и темно-коричневые, зеленый, голубой и черный.

Окраска природных минералов объясняется в большинстве случаев присутствием в составе минерала элементов красителей, называемых хромофорами. Имеются минералы, окраска которых не Связана с их химическим составом и обусловлена содержанием в виде изоморфной примеси иона-хромофора. Хромофо­рами являются Fe, Са, Ni, Мп, Cr, Ti, Си и др. Первое место среди хромофоров занимает железо в виде ок­сида F3+. Оно придает цементу интенсивный цвет — красный, бурый, желтый; ион F2+ дает зеленоватые и голубоватые цвета. Окраска хрома обусловлена при­сутствием преимущественно трехвалентного Сг3+. В зависимости от особенностей кристаллической струк­туры минерала трехвалентный хром может придавать ему изменчивый цвет от красного до изумрудно-зеле­ного.

Минеральные синтетические и природные пигменты, пигментное сырье и красковые руды, за исключением марганцовых и хромистых, являются преимущественно железоокс'идиыми. Большинство органических пигмен­тов не обладает щелочестойкостью. Исключение состав­ляют голубой и зеленый фталоцианиновые красители, характеризующиеся высокой стойкостью к щелочам, кислотам и атмосферным реагентам. Они обладают сильной красящей способностью, позволяющей получать цементы чистого и яркого цвета.

П. И. Боженов и Л. И. Холопова [14] разработали способ окрашивания самих клинкерных минералов путем введения малых количеств красителя. В резуль­тате исследований ими установлено, что для получения цветных клинкеров необходимо в маложелезистую сырьевую смесь до обжига вводить один из оксидов или соединений хрома, марганца, кобальта и никеля (0,05%—1%). При применении оптимального количе­ства оксидов марганца, хрома или никеля наиболее эффективно окрашиваются белитовые клинкеры. Белит обладает высокой восприимчивостью к окраске, по­скольку в его кристаллическую структуру может вхо­дить хромофор. Характерно, что алит воспринимает окраску лишь в отдельных случаях, например при до­бавке соединений кобальта.

На Щуровском заводе обжигали зеленый клинкер1 из маложелезистой сырьевой смеси, в которую вводи­лись добавки боя хромомагнезитового кирпича. Содер­жание красящих оксидов в клинкере составляло: Сг203 — 1,19% и Fe203 — 0,75%. Клинкер охлаждался в воде по технологии, принятой при производстве бело­го цемента. Полученный цемент обладал интенсивной зеленой окраской и повышенной прочностью на сжатие.

Следует указать на то, что четкое представление о цвете цемента, полученного из окрашенного клинкера, можно получить при его твердении. Гидратация окра­шенных клинкерных зерен вызывает заметное измене­ние цвета, на поверхности цементных зерен появляются гелевидные и субмикрокристаллические гидратные но­вообразования, окрашенные даже если они содержат очень малые количества железистых соединений. Вы­зывают изменение цвета пропаривание и автоклавная обработка, после чего он становится устойчивым. Наи­более цветоустойчивы в этих условиях твердения бели - товые цементы. Алитовые высокоалюминатные цемен­ты при гидратации хуже сохраняют окраску, которую придают им слабо гидратированные окрашенные зерна менее активного белита.

Чтобы цвет цементов, полученных из окрашенных клинкеров был более интенсивным, П. И. Боженов и Л. И. Холопова предложили ««подкрашивать» их, вводя в состав цемента при его помоле соответствую­щие по цвету щелочестойкие железооксидные либо фта - лоцианиповые пигменты (0,05—3%). Такие цементы должны твердеть преимущественно в нормальных ат­мосферных условиях. Интересные опыты проведены на Опытном заводе Гипроцемента по прокрашиванию клинкера белого цемента в водных растворах солей металлов и некоторых органических красителей, обра­зующих с гидроксидом кальция твердеющего цемента нерастворимые цветные лаки. Этим способом можно также повысить интенсивность цвета цемента из окра­шенного клинкера. По предложению С. С. Черепов - ского и О. К. Алешиной, клинкер охристого цвета' можно получать путем отбеливания в слабо восстано­вительной газовой среде клинкера с относительно вы­соким содержанием оксида железа 0,8—2,5%. Цветные цементы разделяются на марки 300, 400, 500 (ГОСТ 15825—80). Производство их организовано на трех цементных заводах.

Электроплавленые цветные цементы по технологии НИИЦемепта получают путем расплавления ферро - хромовых или доменных шлаков. Смесь феррохромо - вого шлака и извести расплавляют в трехфазной элект­родуговой полупроизводственной печи. При 2223 К расплав выпускают из печи, он быстро заполняет из­ложницу, где и охлаждается. Проводилась также опытная грануляция расплава [45]. Из-за преобладав­ших в печи при высоких температурах восстанови­тельных процессов клинкер содержал до 0,16% оксида железа (II) и до 0,34% оксида хрома. Интересно, что в процессе плавки происходило восстановление оксида магния и его возгонка. В результате содержание MgO в клинкере снижалось с 8 до 4%. Коэффициент отра­жения медленно охлажденного клинкера составлял 60—78%, а гранулированного па 5—6% ниже, причем клинкер приобретал зеленоватый оттенок.

Поскольку электроплавленые шлаки содержат хром, их можно использовать в качестве окрашивающей добавки для получения цемента зеленого цвета при применении маложелезистого клинкера. Электроплав­леные цементы несколько отличаются от белых цемен­тов, полученных спеканием. Нормальная густота этих цементов на 4% ниже, чем у цемента Щуровского за­вода. Испытания образцов цементов двухгодичного срока твердения показали непрерывный рост их проч­ности. Для них предпочтителен водный режим тверде­ния. Они характеризуются также меньшей усадкой и вполне удовлетворительной морозостойкостью.