Для изготовления асбестоцементных изделий применяют цемент и песчанистый цемент.
Цемент представляет собой гидравлическое вяжущее, т. е. вяжущее, которое, будучи затворено водой, способно после затвердевания длительно сохранять или увеличивать свою прочность во влажной среде или под водой. Цемент изготовляют путем совместного тонкого измельчения цементного клинкера определенного состава и некоторого количества гипса.
Цементный клинкер получают во вращающейся печи путем ,обжига до спекания (при температуре 1450 0С), т. е. до частичного плавления сырьевой смеси определенного состава. В качестве сырья для получения клинкера применяют в определенном соотношении известняковые и глинистые породы. Первые состоят в основном из углекислого кальция СаСО3, вторые содержат главным образом окись кремния SiO2, окись алюминия Аl2О3 и окись железа Fе2O3.
В процессе обжига сырьевой смеси происходят химические реакции, в результате которых образуются следующие клинкерные минералы, составляющие основу цемента: трехкальциевый силикат — 3СаО*SiO2 – С3S, двухкальциевый силикат — 2СаО*SiO2 – C2S, трехкальциевый алюминат — 3СаО· Аl2О3 (С3А), четырехкальциевый алюмоферрит — 4СаО*Аl2О3*Fе2O3 — C4AF. Кроме указанных клинкерных минералов в цементе содержится в небольшом количестве окись кальция СаО и окись магния MgO.
Для получения цемента клинкер измельчают в мельницах. При помоле клинкера к нему добавляют до 3% гипса (CaSO4*2H20). Полученный таким образом цемент способен при затворении водой сравнительно быстро схватываться, а затем затвердевать, превращаясь в камневидный материал.
При затворении цемента водой происходят процессы гидратации и гидролиза, состоящие во взаимодействии с нею клинкерных минералов. Основная составляющая цемента — трехкальциевый силикат — при взаимодействии с водой образует двухкальциевый гидросиликат и гидрат окиси кальция 3СаО*SiO2+H20=2CaO*SiO2*nH20+Ca(OH)2. Этот процесс происходит сравнительно активно, в результате чего цемент быстро приобретает высокую механическую прочность. При взаимодействии с водой двухкальциевого силиката образуется двухкальциевый гидросиликат 2СаО* SiO2*nН2О. Эта реакция идет значительно медленнее, чем у трехкальциевого силиката, и цемент из этого минерала твердеет сравнительно долго, хотя в дальние сроки прочность цементного камня из него не уступает прочности цементного камня из трехкальциевого силиката. Трехкальциевый алюминат взаимодействует с водой очень активно, образуя гидроалюминат кальция — 3СаО*АI2О3*6Н2О, чем способствует быстрому схватыванию и набору прочности в начальные сроки твердения. Однако в дальнейшем рост прочности практически прекращается. Четырехкальциевый алюмоферрит также быстро реагирует с водой с образованием гидроалюмината кальция. Однако в отличие от трехкальциевого алюмината он обеспечивает рост прочности, не только в начальные сроки твердения, но и в последующие. Состав сырьевой шихты подбирают так, чтобы после обжига и помола готовый цемент обладал следующими свойствами: при затворении водой определенное время не схватывался, а затем достаточно энергично набирал прочность.
Процесс твердения цемента состоит из нескольких стадий. Сразу же после затворения ,цемента водой образуется подвижное тесто, которое через некоторое время запустевает — схватывается. Процесс твердения протекает продолжительный период, в результате которого цемент приобретает значительную механическую прочность.
Плотность цемента 3,0-3,2 г/смЗ, насыпная плотность в среднем 1,2 г/см3.
Согласно ГОСТ 10178-76 цемент подразделяют на марки: 400, 500, 550 и 600. Численно марки равны величине предела прочности при сжатии (кгс/см2) образцов из цемента и песка в соотношении 1 : 3 (по массе) через 28 суток после их изготовления. Марка цемента зависит от его минералогического состава и тонкости помола. Обычно чем больше в составе цемента трехкальциевого силиката и чем выше тонкость помола, тем большую активность он показывает.
Качество цемента для производства асбестоцементных изделий нормируется ГОСТ 9835-77.
Для производства асбестоцементных изделий применяют цемент марок 400 и 500, который определяется пределом прочности при изгибе образцов-балочек размером 4Х5Х16 см и сжатии их половинок, изготовленных из цементного раствора состава 1 : 3 (одна масса части цемента и три массы части песка), твердевших и испытанных через 28 дней с момента изготовления.
В клинкере цемента для асбестоцементных изделий допускается содержание не более 1 % свободной извести СаОсв, 5% окиси магния MgO, не менее 3 и не более 8 % трехкальциевого алюмината С3А, не менее 52% трехкальциевого силиката С3S. Количество ангидрида серной кислоты SОЗ в цементе должно быть не менее 1,5 и не более 3,5%. Таким образом, применяют цемент, обладающий высокой активностью, которая определяется значительным содержанием в нем трехкальциевого силиката. Количество трехкальциевого алюмината в цементе ограничивается, поскольку он ускоряет схватывание и ухудшает процесс фильтрации. Стандарт ограничивает нижний предел содержания С3А, так как если его в цементе меньше 3 %, замедляется процесс твердения, особенно в первые сутки после изготовления изделий, что также нежелательно.
Тонкость помола цемента также должна находиться в определенных пределах, так как она влияет не только на свойства самого цемента, но и на ход технологического процесса при производстве асбестоцементных изделий. Тонкость помола цемента характеризуется удельной поверхностью, которая при изготовлении асбестоцементных изделий должна быть не менее 2200 и не более 3200 см2/г.
В соответствии с требованиями стандарта начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец — не позднее 10 ч от начала затворения. Если цемент схватывается слишком быстро, то он может превратиться в камневидное тело раньше, чем завершится формование изделия. Скорость схватывания цемента тем выше, чем больше в клинкере С3А и тоньше помол цемента. Для замедления схватывания цемента к клинкеру при помоле добавляют небольшое количество гипса, который, вступая во взаимодействие с С3А, образует новое соединение — гидросульфоалюминат. Цемент для производства асбестоцементных изделий должен иметь более длительный срок начала схватывания (не ранее 1 ч 30 мин). Это объясняется тем, что процесс изготовления асбестоцементных изделий достаточно продолжителен, и материал должен начинать схватываться только после завершения процесса формования и профилирования изделий.
Важным свойством цемента, которое оказывает влияние на технологический процесс изготовления асбестоцементных изделий, является его водоудерживающая способность. На водоудерживающую способность цемента оказывает влияние высокое содержание С3А, тонкость помола цемента, а также добавки (трепел, глина, бентонит).
Песчанистый цемент, применяемый для производства асбестоцементных изделий, должен соответствовать ТУ 21 Литовской ССР. Его изготовляют совместным или раздельным помолом клинкера и песка.
Для изготовления песчанистого цемента применяют кварцевые пески, содержащие не менее 87% кремнезема SiO2, не более 10% глинистых примесей и 3% щелочных окислов Na2O и К2О. Песчанистый цемент содержит 32±3% кварцевого песка.
Изделия, изготовляемые с применением песчанистого цемента, окончательное твердение проходят в автоклавах при температуре 175-180 0С в течение 8-10 ч, что обеспечивает им высокую механическую прочность в короткий срок. Объясняется это тем, что при указанных температурах между кремнеземом тонкомолотого песка и гидратом окиси кальция, выделяющимися при твердении цемента, очень быстро протекают реакции образования гидросиликатов кальция, повышающие прочность изделий. Этому способствует также то, что связывание гидрата окиси кальция кремнеземом уменьшает коррозию, асбестового волокна. Тонкость помола песчанистого цемента должна быть 4-6 % (остаток на сите № 008), а удельная поверхность – 3200-3700 см2/г.
Основные показатели, характеризующие качество цемента, определяют на заводе-изготовителе и вносят в паспорт, прилагаемый к каждой отгруженной партии. Поэтому на предприятиях асбестоцементной промышленности контролируют помол цемента, удельную поверхность и густоту цементного теста. Эти показатели проверяют один раз в смену, а по мере необходимости определяют и сроки схватывания цемента. Тонкость помола цемента, нормальную густоту и сроки схватывания цементного теста определяют в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 310-76.