Основные составляющие цемента. Как делают цемент – методы производства

Цементом называется вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса и добавок. Клинкер получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых других материалов (мергеля, нефелинового шлама, доменного шлака), взятых в соотношении, которое обеспечивает образование в клинкере силикатов кальция, алюминатной и алюмоферритной фаз. Клинкер – один из важнейших компонентов цемента, от его состава зависят основные свойства цемента, полученного на его основе.

Введение в состав цемента до 15% активных минеральных добавок, предусмотренных стандартом, влияет на его свойства сравнительно в небольшой степени. Если ввести таких добавок больше (выше 20%), свойства получаемого продукта будут уже заметно отличаться от свойств цемента. Такой продукт называют пуццолановым цементом. Предусмотренный стандартом разрыв в дозировке гидравлических добавок от 15 до 20% сделан для того, чтобы более отчетливо различать цемент и пуццолановый цемент.

Удельный вес портландцемента колеблется в пределах 3,0-3,2. Объемный вес цемента в рыхлонасыпанном состоянии 900-1300 кг/м3, а в уплотненном 1400-2000 кг/м 3 . При расчете емкости складов объемный вес принимают равным 1200 кг/м 3 , а при объемной дозировке материалов для приготовления бетонной смеси 1300 кг/м 3 .

Цемент (ГОСТ 10178-76) выпускают без добавок или активными минеральными добавками, отвечающими требованиям ОСТ 21-9-74. К основным свойствам цемента относятся: прочность (активность), сроки схватывания, равномерность изменения объема, тонкость помола, плотность, водопотребность, водоотделение, морозостойкость, тепловыделение, сцепление со стальной арматурой.

Водопотребность цементного теста. Вода добавляемая к цементу при затворении, необходима для нормального течения химических процессов, происходящих при твердении цемента, и для придания свежеприготовленному цементному раствору или бетону подвижности (пластичности, текучести), что обеспечивает плотность его укладки в форму или опалубку. Уменьшить водопотребность и увеличить пластичность цемента можно путем введения пластифицирующих органических и неорганических поверхностно-активных веществ, например сульфитно-дрожжевой бражки.
Подробнее — водопотребность и связующая способность цементного теста .

Материал используется очень широко. Его применяют как самостоятельный продукт и вводят в растворы. Все это благодаря свойству сухой смеси - она может становиться пластичной при добавлении воды и через некоторое время отвердевать, превращаясь в . Ее характеристики несколько варьируются в зависимости от состава, поэтому важно знать, из чего делают цемент.

В его составе всегда пять основных ингредиентов. Разберем их на примере портландцемента, одной из самых востребованных разновидностей:

• окись кальция - не меньше 61%;
• кремния диоксид - не менее 20%;
• глинозем около 4%;
• окись железа - не меньше 2%;
• окись магния - не менее 1 %.

Необходимые минералы добывают открытым способом, это:

• Карбонатные породы: доломит, мергель, ракушечник, мел и другие известняки.
• Глинистые породы: лесс, суглинки, сланцы.

В качестве добавок используются апатиты, плавиковый шпат, кремнезем, глинозем и т.д.

Портландцемент

Отвердевает на воздухе и в воде. Минеральные добавки отсутствуют. Широко используется для возведения разноплановых монолитных конструкций.

Сульфатостойкий

Его особенность - повышенная устойчивость к химическим агрессивным средам. Характеризуется невысоким коэффициентом насыщения. Это позволяет применять сульфатостойкий цемент для строительства гидротехнических, и т.п.

Пуццолановый

Глиноземистый

Кислотоупорный

В состав входит кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Замешивается не водой, а жидким стеклом. Используется для получения кислотостойких покрытий. Не выдерживает постоянного воздействия воды.

Пластифицированный

Изготавливается со специальными добавками, придающими морозостойкость и повышенную подвижность приготовленным на этом цементе растворам. Они приобретают большую прочность, лучше сопротивляются коррозионным воздействиям и отличаются повышенной водонепроницаемостью.

Шлакоцемент

В его рецепт включается шлак, процент содержания которого может варьироваться от 20% до 80% от массы продукта. Это удешевляет материал, замедляет скорость его отвердевания и увеличивает жаростойкость. Применяется для возведения наземных, подводных и подземных объектов.

Как делают цемент

Технология изготовления заключается в получении и последующем измельчении . Так называются гранулы, которые являются промежуточным продуктом производства. Их состав всегда неизменен. Это известняк и глина, смешанные в пропорции 3:1. В природе существует минерал, полностью идентичный по составу клинкеру. Он называется мергель. Однако его запасы ограничены и не могут обеспечить потребность производства.

Поэтому на заводах используется искусственный аналог мергеля. Для его получения необходимые ингредиенты тщательно смешиваются в больших емкостях специальными барабанами. Подготовленная таким образом масса подается в , где обжигается около четырех часов. Температура процесса составляет порядка 1500 о С. В таких условиях порошок начинает спекаться в небольшие гранулы. После остывания клинкерные зерна направляются на помол. Их измельчают в больших барабанах с шаровыми ситами грохотами. На этом этапе важно размолоть гранулы и получить порошкообразный продукт определенных размеров. Помол определяется размерами ячеек сита. Полученный порошок смешивается с необходимыми добавками, которые определяют марку и свойства продукта.

Несмотря на общую технологию, для производства состава в зависимости от свойств сырья могут использоваться три способа.

Сухой способ

Этот метод позволяет значительно сократить время и затраты на изготовление цементной смеси. Он предполагает несколько этапов:

1. Сырье дробится до получения зерен мелкой фракции.
2. Подготовленные гранулы сушатся до достижения нужной влажности. Это делается, чтобы облегчить последующие операции.
3. Ингредиенты смешивают в определенных пропорциях. После чего измельчают, получая муку.
4. Порошок подается во вращающуюся , где обжигается, но не спекается в гранулы.

После остывания готовый продукт направляется на склад или на участок фасовки.

Сухой способ считается наименее энергозатратным, а потому очень выгоден для производителей. К сожалению, он применим не для всех категорий сырья.

Отправим материал вам на e-mail

Цемент − один из самых распространённых строительных материалов. Он используется как в качестве компонента для приготовления растворов, так и в виде самостоятельного продукта. Используется как связующий материал, который при взаимодействии с водой образует пластичную массу, а затем при высыхании становится твёрдым камневидным. Поговорим о том, из чего делают цемент на производстве.

Цемент − самый востребованный продукт, используемый в строительстве

Данная продукция используется одинаково широко по всему земному шару. Строители в Древнем Риме уже умели изготавливать растворы, которые обладали гидравлическими свойствами. Сегодня мировые разработки шагнули далеко вперёд. Человечество научилось создавать продукт, способный твердеть не только в сухих условиях на воздухе, но и во влажных.

Сегодня лидерами производства считаются такие страны, как Китай, США и Индия. Причём Китай производит в несколько раз больше продукции, чем два других лидера вместе взятые, темпы строительства в Поднебесной также крайне высоки. Заводы по производству продукции возводят в непосредственной близости к точкам добычи сырья, чтобы на его себестоимость не влияла цена доставки компонентов.

Так из чего делают цемент? Состав его может незначительно отличаться в зависимости от типа. Для примера возьмём наиболее популярный вид цемента − портландцемент, который более всего востребован в строительстве. В его состав входят:

• оксид кальция (CaO) −минимум 62%;
• диоксид кремния (SiO 2) −минимум 20%;
• глинозём (Аl 2 O 3) − минимум 4%;
• оксид железа (Fe 2 O 3) −минимум 2%;
• магния оксид (MgO) −минимум 1%.

Дополнительно к нему подмешиваются добавки. Химическая формула цемента не определена, поскольку существуют различные виды и марки продукта. Для производителя и потребителя гораздо более важную информацию дают показатели минералогического состава.

Этапы производства и нормативная документация

Пришло время узнать, как получают цемент. Нужно отметить, что данное производство относится к категории сложных. Технически оно представляет собой процесс смешивания клинкера и гипса.

Производственный процесс можно разделить на два основных этапа:

• получение клинкера;
• измельчение основного вещества и введение добавок.

Цемент получают одним из способов:

• сухим;
• мокрым;
• комбинированием обоих.

Выбор технологии напрямую зависит от качества сырья. На всех этапах производства лаборатория определяет характеристики будущей продукции, согласно установленным нормам. В России действует система ГОСТ. Для каждого типа цемента разработаны свои технические условия, которым он должен соответствовать. Большинство из стандартов были приняты ещё во времена существования Советского Союза. Чаще всего применяются:

• ГОСТ 969-91 (технические условия для глинозёмистой и высокоглинозёмистой продукции);
• ГОСТ 10178-85 (технические условия для портландцемента);
• ГОСТ 30515-97 (общие технические условия);
• ГОСТ 22266-94 (технические условия для сульфатостойкой продукции).

Основные характеристики продукта

Технические характеристики определяются согласно марке продукции. Она обозначается на упаковке в виде цифр с буквой «М» впереди. Фактически число означает прочность при сжатии и является величиной условной.

Обсудим основные характеристики продукта.

Типы продукции по сфере использования

Прежде чем подойти к вопросу о том, как сделать стандарт цемента, поговорим о тех типах, которые сегодня производятся и используются повсеместно.

Многие ошибочно полагают, что б етонная конструкция сама по себе − изделие довольно прочное. Это не так. При воздействии агрессивных сред цементные связи разрушаются, поэтому в строительстве очень важно правильно подобрать тип и марку продукции.

Важно! В подавляющем большинстве случаев под цементом понимают именно портландцементы и другие типы, изготовленные на основе клинкера.

Что такое цементный клинкер

Прежде чем подробно описать технологический процесс, коснёмся основного компонента цемента − клинкера. Этот гранулированный промежуточный продукт получается путём обжига в печи смеси глины и известняка при температуре +1450°C. Известняка требуется 3/4, а глины − 1/4 часть. Их можно заменить схожими по качеству материалами. Известняк − это мел, мергель или другие породы.

В процессе обжига происходит плавление, в результате чего образуются разные по величине гранулы − клинкер. При его помоле и соединении с добавками, преимущественно с гипсом, и получается цемент.

Из чего делают цемент: основное сырьё

Основу любого типа современного продукта составляет минимум компонентов. Все они создаются природой. В основе цемента:

• карбонатные породы;
• глина;
• корректирующие добавки.

Расскажем о каждом из них подробнее.

Карбонатные породы − это мел, мергель, известняк и известняк-ракушечник, туф известковый, мрамор. Все они применяются в производстве цемента, исключение составляет только мрамор. Точное количество компонента определяется путём анализа его свойств и содержания. Порода может содержать гипс, кварц, доломит. Чем больше в её составе присутствует веществ с кристаллической структурой, тем тяжелее она плавится.

Глинистые породы, используемые в производстве цемента, − это глина, суглинок, лесс, монтмориллонит, глинистый сланец. Глина − порода осадочного происхождения с тонкодисперсной структурой. Её основное качество − пластичность при контакте с водой. Также она имеет свойство разбухать.

Для корректировки состава производители вносят добавки, содержащие кремний, железо, глинозём. Для них чаще всего заказывают отходы с других производств, например, пыль из доменных печей или пиритные огарки.

Дополнительно в состав цемента могут входить минерализаторы, шлам белитовый, иные отходы с производств.

Как делают цемент на производстве: три основных способа

Как мы говорили ранее, существует несколько способов изготовить цемент в условиях промышленного предприятия. Три основных метода:

• сухой;
• мокрый;
• комбинированный.

Сухой способ

В зависимости от свойств исходного сырья выбирают схему производства. Сухой способ делится на следующие этапы:

• дробление сырья;
• просушка до определённой влажности;
• помол компонентов после их соединения до получения муки;
• обжиг муки во вращающейся печи;
• охлаждение и отправка на склад.

Такой способ производства считается наиболее выгодным и менее энергозатратным.

Мокрый способ

Данный метод предполагает измельчение компонентов и добавление к ним воды. В итоге получается не мука, а сырьевой шлам. Он попадает в печь на обжиг, а затем − в холодильник. Охлаждённый клинкер перемалывается, и при необходимости вносятся добавки.

Комбинированный способ

В данном случае сначала мокрым способом получают сырьевой шлам, затем он обезвоживается, и получаются гранулы. Они проходят печь, используемую при сухом способе производства. Как правило, целесообразность данного способа исходит из качества исходного сырья и снижения себестоимости конечного продукта.

Любой из методов требует максимально тщательного смешивания сырья и тончайшего помола. Продукт должен получиться однородным. Готовая продукция складируется в цементных силосах, которые представляют собой башни. В них цемент аэрируется, что позволяет ему не слёживаться. Пакуется продукция в бумажные пакеты или не упаковывается, а отправляется навалом.

Как и из чего делают цемент: видео

Предлагаем ознакомиться с видео об этапах производства цемента:

Как сделать цемент в домашних условиях

Можно изготовить цемент своими руками. Однако для этого понадобятся два типа оборудования:

• мельница для измельчения клинкера;
• высокотемпературная печь для обжига.

На выходе получится цемент марок с низкой степенью прочности (не выше М200), в итоге такой продукт можно будет применять только для лёгких бетонных конструкций. Ещё одна проблема: сложность возникнет с выполнением анализов, поэтому качество цемента будет хромать.

Вам понадобится мел и каолин в пропорции 75% и 25%, соответственно. Сырьё измельчается в мельнице до однородного порошка. Оно должно хорошо перемешаться перед тем, как попасть в печь. После обжига вновь производится помол, затем необходимо добавить 5% гипса к полученной смеси. Продукт готов! Вне зависимости от того, купили вы продукт или самостоятельно его произвели, вам понадобится информация о том, как сделать цементный раствор.

Как приготовить цементный раствор

Чтобы начать строительные работы, потребуется приготовить цементный раствор. Каждый мужчина должен знать, как изготавливается смесь. Растворы на основе цемента бывают различного типа, но все они имеют один и тот же основной состав.

Состав цементного раствора

Стандартно для приготовления цементной смеси необходимо три компонента:

• цемент для связки;
• вода;
• наполнитель.

В качестве наполнителя используют песок, гравий, щебень и другие компоненты. Важнейшим правилом при получении является соблюдение пропорций.

Статья

Цемент входит в число основных строительных материалов. Он используется при создании связующих строительных растворов, цемент используют при изготовлении бетонных и железобетонных изделий. От качества данного материала зависит, насколько прочное и долговечное будет здание, или железобетонная конструкция.

История цемента началась в Англии, где в 1824 году был зарегистрирован патент на его изобретение. В то время для изготовления цемента использовалась известковая пыль, смешанная с глиной. Полученная смесь подвергалась воздействию высокой температуры, при которой она спекалась.

Обожжённый полуфабрикат цемента называется клинкер. Цементом он становится после перемалывания клинкера до порошкообразного состояния.

В строительстве используется основное свойство цемента – при смешивании с водой он постепенно твердеет, а затем превращается в прочный камень. Характерную для готового изделия прочность материал может приобрести даже в воздушной среде, если присутствует избыточная влажность.

Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления

Сегодня процесс изготовления цемента изменился. Изготовляют его несколькими способами, да и компоненты, входящие в его , тоже отличаются от использовавшихся две сотни лет назад.

Чтобы было понятно, из чего делают цемент и как происходит его производство, необходимо знать, какие виды сырья используют сегодня производители этого важного строительного материала.

Так как сырьём для производства цемента , служат естественные породы, то и предприятия, занимающиеся его изготовления, чаще всего размещают поблизости от мест добычи этих пород.

Все ископаемые, из которых делается цемент, делятся на два вида:

1. Карбонатные ископаемые, отличающиеся характеристиками и особенностью структуры. Именно структура породы обеспечивает эффективное её взаимодействие с остальными ингредиентами состава продукта.
2. Глинистые и горные породы, имеющие осадочное происхождение. Имея минеральную основу, при увлажнении они приобретают пластичность и увеличиваются в объёме. Так как для данного вида сырья характерна вязкость, то их можно использовать, производя цемент сухим способом.

Теперь следует назвать конкретно, какие ископаемые относятся к каждому из видов сырья, используемых при производстве цемента.

К карбонатным породам относят следующие виды природного сырья:

• мел, представляющий разновидность известняка. Обладает способностью легко измельчаться;

• мергелистый известняк, в природе встречается как в рыхлом, так и в твёрдом состоянии. В породе могут содержаться примеси глины, поэтому данный вид известняка считается сырьём переходным, обладающим свойствами, характерными и для известняков, и для глины;

• известняки – ракушечники, не имеющие включений кремния. Порода имеет пористую, легко разрушающуюся при сжатии структуру;

Известняки – ракушечники

• доломитовые породы и другие ископаемые осадочного происхождения. Они содержат карбонаты, придающие породе ценные свойства.

Глинистые породы включают следующие виды ископаемых:

• глина с минеральными включениями, набухающими при контакте с водой;

• суглинки, содержащие повышенную концентрацию частиц ;

• сланцы, имеющие глинистую основу. Данное сырьё относят к горным породам, повышенной прочности. При механическом воздействии разделяется на пластинчатые пластины. Характеризуется стабильным составом и низким содержанием влаги;

• лесс, пористая порода, с включениями частиц и силиката.

Кроме данных видов сырья, что изготавливать цементную смесь на заводе используют некоторые виды производственных отходов. Для улучшения качества в его состав добавляют добавки, предусмотренные технологическим процессом: глинозём и кремнезём, плавиковый шпат и апатиты.

Применение песка просто необходимо при проведении самых разных ремонтных и строительных работ. все о применении карьерного песка.

При проведении отделочных работ на кухне, в ванной или в любом другом помещении необходимо знать время высыхания плиточного клея. можно узнать, сколько сохнет плиточный клей.

В настоящее время декоративная штукатурка по праву является самым популярным и прогрессивным методом отделки. Перейдя по ознакомитесь с самостоятельным ее приготовлением.

Все добавки, называемые пластификаторами, также природного происхождения. Они влияют в лучшую сторону на следующие качества цемента:

• увеличивают стойкость к изменениям температуры;
• усиливают прочность;
• подвижность и эластичность продукта;
• уменьшает проникновение воды в готовое изделие.

В зависимости от свойств, добавленных в состав цемента пластификаторов, его раствор будет застывать быстрее, или же медленнее.

Состав, из которого производят цемент

Часть людей работающих в сфере строительства не знают, из чего делается цемент.

Состав цемента может быть различным в зависимости от марки и предназначения.

Однако вне зависимости от вида цемента, то есть рецепта, использованного при его производстве, основой для него служат два компонента – известняк с добавлением глины.

Количество известняка в три раза превышает количество глины. Такие необходимы для получения качественного клинкера, являющегося полуфабрикатом для производства цемента.

Теперь можно назвать основные компоненты состава, чтобы каждому было ясно, из чего делают цемент:

• клинкер, основа конечной продукции, определяющая её характеристики прочности. Используется в виде гранул диаметром до 60 мм. Его термообработка выполняется при температуре, доходящей до 1500°. При плавлении клинкера образуется масса, для которой характерно высокое содержание кремнезёма и кальциевого диоксида;
• данные компоненты влияют на эксплуатационные характеристики конечного продукта. Перед обжигом гранулы клинкера измельчаются до пылеобразного состояния;
• гипс, определяющий скорость затвердевания цемента. В базовых рецептах предусмотрено добавление в состав чистого гипса до 6 % от общего количества компонентов;

• специальные добавки (пластификаторы, морозостойкие присадки, жидкое мыло и т.д.), усиливающие свойства, уже имеющиеся у продукции, или же придающие ей специальные характеристики, способные расширить область применения цемента.

Производство – как изготавливают цемент, процесс получения на заводе

Изготовление материала выполняется в определённом порядке, поэтапно. В технологии его производства предусмотрены следующие операции:

1. Ингредиенты, предназначенные для изготовления клинкера, предварительно смешиваются. Обязательно необходимо точное соблюдение пропорций состава – 25 % глины и 75% известняка.
2. Полученный состав обжигается при высокой температуре. При высокотемпературном обжиге глина и известь соединяются, образуя клинкер.
3. Готовый продукт измельчается шаровыми мельницами, состоящими из барабанов, расположенных в горизонтальном положении, внутри которых размещены стальные шары. Помещённый в них клинкер размельчается до состояния порошка.
4. Чем мельче полученные фракции цемента, тем лучшие эксплуатационные характеристики он будет иметь.

Существует несколько методов изготовления данного строительного материала. Их выбор обусловлен многими факторами, основными из которых является специфика имеющегося на предприятии оборудования и спрос на определённые марки цемента.

Разработанные технологии имеют отличие в способах подготовки сырья, используемого при производстве состава. Порядок его изготовления остаётся прежним.

Разработаны следующие методы:

1. Мокрая технология, предусматривающая замену извести мелом. В процессе смешивания компонентов состава происходит измельчение их в шаровой мельнице. Это процесс выполняется с добавлением воды. В результате образуется шихта, имеющая концентрацию влаги до 50%.
2. Полученный материал затем обжигается в печи. После обжига он уже становится клинкером. Затем его измельчают.
3. Сухая технология значительно уменьшает себестоимость производства, так как она объединяет несколько технологических операций в единый процесс. При использовании данной технологии компоненты, поступающие в шаровую мельницу, одновременно размалываются и сушатся.
4. Для сушки используется воздействие горячих газов. Готовая шихтная масса имеет консистенцию порошка.
5. Комбинированная технология объединяет особенности вышеописанных способов производства. В зависимости от оборудования, используемого на предприятии, может быть получен полусухой состав, имеющий влажность до 18%.
6. Во втором варианте первоначально подготавливается сухая , затем увлажнённая до 14 %. В обоих вариантах подготовленный состав затем отжигается и перемалывается.

Подробнее о производстве цемента смотрите на видео:

Классификация цементных смесей

Существует много разновидностей и различных данного строительного материала. Различают их по основному составу и добавкам, придающим каждому виду особые свойства.

Среди основных типов выделяют:

• портландцемент, с которого начиналось производство популярного в строительстве продукта. Для изготовления связующих растворов его не используют. Он применяется для создания бетонных изделий высокой прочности, и строительных растворов;
• глинозёмистый цемент, отличается устойчивостью к воздействию влаги, быстрым затвердеванием;

• кислотоупорный цемент, в котором используется кварцевый и кремнефтористый натрий. Материал устойчив к воздействию кислот, но недолговечен.

Приобретая любой из видов цемента, следует знать, что его состав активно взаимодействует с окружающей средой, при долгом хранении теряя свою прочность.

Даже если он хранится в сухом помещении, то спустя несколько месяцев его марка изменится в меньшую сторону. Поэтому, при его приобретении, следует обращать внимание на дату изготовления. Так же можете ознакомиться с нашей статьёй о технических характеристиках .

Если судить по масштабам применения в строительстве растворов и бетонов на основе минеральных вяжущих, кажется, что история искусственных камней на основе цементов насчитывает долгие века. Но по-настоящему отработанная технология производства и оптимальный состав цемента стали известны менее двух веков назад.

Изобретение камня

Камни домов доисторического времени скреплялись в стене с помощью глины, но сохраниться без обжига они не могли, и самые древние постройки, дошедшие до нас, были возведены с применением известкового раствора. Обожжённый и размолотый известняк (оксид кальция - Ca(OH)₂) после затворения водой твердеет, поглощая из воздуха углекислый газ, а потом опять превращается в камень. Основной недостаток известкового вяжущего - низкая влагостойкость, поэтому сегодня он применяется больше при изготовлении силикатного кирпича.

Другой вид воздушного минерального вяжущего (то есть набирающего прочность на воздухе) - гипс. Он получается при тепловой обработке и последующем размоле природного гипсового камня (CaSO 4 -2H 2 O) или природного ангидрида (CaSCu). Гипсовое вяжущее имеет огромную историю применения с древнейшего времени до сегодняшних дней. Самые яркие примеры - роскошные лепные и скульптурные украшения, листовые материалы (ГВЛ, ГКЛ) для сухих методов строительства и отделки.

Гидравлические вяжущие вещества

Область применения воздушных вяжущих ограничена теми местами, где готовые конструкции не подвергаются воздействию влаги, в противном случае приходится применять гидрофобизирующие (водоотталкивающие) добавки или проводить гидроизоляционные мероприятия, поэтому применение гидравлических вяжущих более удобно и распространено шире.

К ним относятся вещества, образующие гидратные (молекула воды входит в кристаллическую решетку как составная часть) соединения, когда превращение в камневидное тело и дальнейший набор прочности могут происходить во влажной среде, а воздействие воды в ходе эксплуатации конструкций не приводит к их разрушению.

Растворы и бетоны для выполнения водостойких конструкций приготавливают на основе гидравлической извести (из осадочных известковых пород особого состава - мергелей) и портландцемента, причем именно последний придает монолитным и сборным элементам здания необходимую прочность, а известковые растворы применяются там, где нагрузки минимальны.

История цемента

Попытки преодолеть низкую водостойкость известковых и гипсовых составов предпринимались с древнейших времен. Цемент (caementum в переводе с латыни — дробленый, битый камень) появился путем добавления в известь различных минеральных веществ, обладавших гидрофобными свойствами. Для этого использовали размельченные остатки кирпичей из обожжённой глины, различные вулканические породы. Так, в состав цемента, который применялся строителями Древнего Рима, входили пуццоланы - отложения пепла знаменитого вулкана Везувия.

Эксперименты продолжались долгие века, пока потребность в большом количестве прочного и недорогого вяжущего вещества не заставила строителей выработать оптимальную технологию по его производству. Решающий вклад в такие исследования внесли русский военный техник Егор Челиев, издавший книгу о цементе для подводных работ (1825), и каменщик из английского Лидса Джон Аспдин, получивший патент на портландцемент (1824). Это название происходит от английского острова Портленд, расположенного в проливе Ла-Манш и состоящего из известковых пород. Камни из карьера, находящегося на этом острове, считались самым престижным строительным материалом в Англии. Полученный Аспдином искусственный камень был очень похож на него цветом и прочностью.

Интересно, что технология Челиева более соответствует тому, что теперь называется портландцементом, а цемент Аспдина изготавливался без принятого сейчас спекания исходного сырья.

Технология производства

Цементное вяжущее у разных производителей может отличатся исходным сырьем, но основные технологические операции идентичны. Первая стадия - подготовка исходного минерального сырья, т. е. несколько стадий размельчения известковых камней и глины, смешивание этих компонентов в нужных пропорциях. Из чего состоит цемент? Обычно это 3 весовых части известняка и 1 часть глины. Иногда используется осадочная горная порода - мергель, где данные компоненты содержатся в нужной пропорции.

"Сухой" и "мокрый" способ

Существует два способа получения нужного состояния смеси: "сухой" и "мокрый". Если влажность компонентов высокая, глина и мягкий известняк (мел) растворяются в воде, затем из этой суспензии, называемой сырьевым шламом, вода сильным нагревом (испарением) удаляется. Получается равномерная тонкоизмельченная смесь. Более экономичный способ - "сухой", где нет стадии доведения шлама до кипения, а смесь измельчается механическим способом.

Далее во вращающихся печах - цилиндрах диаметром около 5 м, длиной около 200 м, имеющих уклон для перемещения сырьевой массы в процессе обжига, происходит образование клинкера - окатанных гранул, появляющихся в процессе спекания смеси при температуре 1450 ⁰С в результате физических и химических взаимодействий.

Клинкер охлаждается и выдерживается до двух недель перед окончательной операцией - совместным измельчением с определенным количеством гипса, который добавляется для замедления процесса схватывания. Здесь окончательно формируется состав цемента, на этой же стадии вводятся различные минеральные добавки, придающие вяжущему нужные специфические свойства.

Химическая основа

Необходимые свойства самого популярного вяжущего определяет химический состав цемента. В результате технологической обработки сырья клинкер становится соединением различных химических веществ в виде четырех основных минералов:

1. Алит - трехкальциевый силикат - составляет большую часть клинкера - 50-60%. Присутствие в молекулярной решетке ионов марганца, алюминия и железа определяет прочность готовой растворной или бетонной смеси, набираемой в течении первых 28 суток.
2. Белит - двухкальциевый силикат - составляет 15-30%, и он - основа прочности, набираемой конструкцией в более поздние сроки.
3. Алюминатная фаза - трехкальциевый алюминат - 5-10%. Быстрая реакция алюмината с водой и возможное слишком быстрое схватывание требуют введения гипса, замедляющего этот процесс.
4. Ферритная фаза - четырехкальциевый алюмоферрит - 5-15 %

Меняя процентный состав этих фаз, вводя дополнительные компоненты, можно производить цемент, состав и свойства которого будут наилучшим образом соответствовать конкретной ситуации в ходе строительства.

Виды цемента

Шлакопортландцемент получается при добавлении к портландцементному клинкеру гранулированного шлака - побочного продукта выплавки чугуна в доменных печах. Применение шлака снижает стоимость, а состав цемента, произведенного по такой технологии, придает конструкциям, выполненным на его основе, повышенную устойчивость к воздействию воды с насыщенным минеральным составом, например, морской.

Быстротвердеющий - это цемент с преобладанием в клинкере алита и алюминатной фазы, отличается особо тонким помолом - всё это ускоряет набор прочности.

Сульфатостойкий портландцемент применяется для гидросооружений, подводные части которых подвергаются постоянному воздействию веществ, вызывающих сульфатную коррозию. Из чего состоит цемент, предназначенный для таких ответственных конструкций? В клинкерном сырье до минимума сведено присутствие трехкальциевого алюмината и белита.

Портландцемент с пониженным тепловыделением при наборе прочности необходим для изготовления конструкций большой массы и объема, когда тепло, выделяемое экзотермической реакцией твердения, может привести к образованию трещин. Состав такого цемента похож на сульфатостойкий.

Белый цемент

Изделия, выполненные с использованием белого цемента, обладают повышенными эстетическими качествами. Присутствие в исходном сырье окиси железа и окиси марганца придает готовому порошку характерный серо-зеленый цвет, соответственно, состав белого цемента предполагает минимальное присутствие таких солей и использование для исходного сырья светлых, каолиновых сортов глины.

Существует еще много видов цементного вяжущего, обладающего специальными качествами: гидрофобный, глинозёмистый, водонепроницаемый расширяющийся, напрягающий, пластифицированный, песчанистый и т. д.

Состав и прочность

Важнейшим показателем качества цемента является прочность изделий, изготовленных на его основе. ГОСТом установлены необходимые показатели, которые обозначаются особой маркировкой. Цифра означает предел прочности на изгиб и сжатие при лабораторных испытаниях стандартных образцов, на устойчивость к нагрузкам которых влияет и состав цемента. М400 означает, что образцы выдержали нагрузку в 400 кг/см² (или 40 Мпа).

Исследования показывают, что минеральный состав исходного сырья - важнейший фактор, влияющий на прочность цементных растворов и бетонов. Правильный подбор компонентов позволяет найти нужную пропорцию между скоростью набора прочности и конечной величиной устойчивости к нагрузкам, которая только увеличивается с течением времени. Состав цемента М500 позволяет создавать балки и плиты, способные выдерживать колоссальные нагрузки.

Сегодня в мире производится огромное количество цемента самого различного качества. Выбор сырья для него часто определяется экономическими факторами, и при правильном отношении к строительному процессу следует знать, из чего состоит цемент, который будет использоваться, чтобы сделать правильный выбор и быть уверенным в прочности и долговечности будущего дома.