Из чего делают цемент


Структура статьи:

Из чего делают цемент? (видео)

Опубликовано Артём в 17.07.2020 17.07.2020

Исторические сведения

Римляне подмешивали к извести определённые материалы для придания ей гидравлических свойств. Это были:

Несмотря на различия, все эти материалы содержат в своем составе оксиды: диоксид кремния SiO2 (кварц или кремнекислота), оксид алюминия Al2O3 (глинозём), оксид железа Fe2O3 — и вызывают взаимодействие с ними извести; при этом происходит присоединение воды (гидратация) с образованием в первую очередь соединений с кремнезёмом. В результате кристаллизуются нерастворимые гидросиликаты кальция. В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига загрязнённых глиной известняков по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их.

Растворосмеситель для подземных бетонных работ

После этого начался вековой период усиленного экспериментирования. При этом основное внимание было обращено на разработку специальных месторождений известняка и глины, на оптимальное соотношение этих компонентов и добавку новых. Только после 1844 года пришли к выводу, что, помимо точного соотношения компонентов сырьевой смеси, прежде всего необходима высокая температура обжига (порядка +1450 °С, 1700 K) для достижения прочного соединения извести с оксидами. Эти три оксида после спекания с известью определяют гидравлические свойства; их называют оксидами, обусловливающими гидравличность (факторами гидравличности).

Портландцемент получается при нагревании известняка и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры +1450…+1480 °С. Происходит частичное плавление и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер размалывают совместно примерно с 5% гипсового камня. Гипсовый камень управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67% СаО, 22% SiO2, 5% Al2О3, 3% Fe2O3, 3% других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50—70 %. Это трёхкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счёт размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg2+, Al3+ и Fe3+. Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15—30 %. Это двукальциевый силикат Ca2SiO4, модифицированный введением в структуру инородных ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде β-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Содержание алюминатной фазы составляет 5—10 % для большинства нормальных цементных клинкеров. Это трехкальциевый алюминат сокращенно обозначаемый 3СaAS (состав — 3CaO*Al2O3*SiO2), существенно изменённый по составу, а иногда и по структуре, за счёт инородных ионов, особенно Si4+, Fe3+, Na+ и К+. Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.

Ферритная фаза составляет 5—15 % обычного цементного клинкера. Это — четырёхкальциевый алюмоферрит, сокр. 4СaAFS (4CaO*Al2O3*Fe2O3*SiO2), состав которого значительно меняется при изменении отношения Al/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в поздние сроки.

Выдающийся учёный химик Шуляченко Алексей Романович считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Антонова для обжига и производства клинкера. По вопросам цементной технологии и твердения гидравлических вяжущих много работ провели Ю. М. Бутт, С. М. Рояк, И. Ф. Пономарев, Н. А. Торопов и другие.

Основные характеристики продукта

Показатели плотности цемента: насыпная — 900-1100 кг/м³, с уплотнением — 1400-1700. Значения истинного удельного веса достигают 3 т/м³. Существует несколько технических характеристик, по которым судят о качестве вяжущего порошка:

  1. Тонина помола — определяет активность цемента: чем меньше частички, тем большую поверхность в один слой они покрывают. Контрольные замеры выполняют рассеиванием на сите с ячейкой 80 мкм.
  2. Водопотребность — количество влаги, необходимой для гидратации цемента и придания тесту пластичности. Излишняя вода в растворе приводит к образованию пор и трещин, снижению прочности.
  3. Морозостойкость — способность изделий на основе цементного порошка выдерживать многократные заморозки и оттаивания без разрушения. Необходимого показателя добиваются специальными добавками при замешивании раствора.
  4. Время схватывания — в зависимости от густоты замеса находится в диапазоне 0,7-10 часов. Показатель зависит и от количества гипса, добавляемого в клинкер при размоле.
  5. Прочность определяется по разрушению образца, изготовленного из цемента от каждой партии выпущенного раствора. Возраст кубиков устанавливается стандартом — 28 дней.

На все отгружаемые цементным заводом объемы заполняют паспорта качества, в которые вносят перечисленные характеристики. Потребители самостоятельно проводят входной контроль, чтобы подтвердить добросовестность поставщика.

Виды цемента

В зависимости от того, из чего сделан цемент, материал различается по группам. Каждый вид обладает особыми техническими характеристиками.

Сегодня производится множество видов цемента

На основании материала изготовления выделяют группы:

  • известковый;
  • мергелистый;
  • глинистый. Рекомендуется внесение вспомогательных компонентов цемента, боксита и шлака для повышения водонепроницаемости, огне- и морозоустойчивости.

Преимущественно производство цемента включает соединения карбона и глины, но в отдельных видах выполняется внесение искусственных веществ (шлаков, отходов металлургии и химического производства) и естественных компонентов (глинозема).

Цемент делят на следующие виды:

  • портландцемент. Отличается высокой скоростью затвердевания, включает 10–15 % минеральных веществ. В основу портландцемента закладывается гипс и клинкер, которые проходят обжиг при температуре 1500 °С. Его активно используют в современном строительстве благодаря способности создавать монолитные конструкции при смешивании с водой;
  • шлакопортландцемент. В составе присутствуют те же компоненты, а также доменные шлаки;
  • гидравлический;
  • напрягающий – быстро схватывается и застывает;
  • тампонажный. Применяется для создания бетонных конструкций в сфере газо- и нефтедобычи;
  • декоративный, отличается белым цветом;
  • сульфатостойкий. Главные отличия сводятся к низкой скорости застывания и высокой устойчивости к минусовым температурам.

Различают портландцемент и шлакопортландцемент

Состав цемента

В вопросе, из чего сделан цемент, принципиальных изменений не было уже давно, состав сохранился с прошлых столетий. Основу всегда составлял клинкер, также в состав входят минеральные добавки с оптимальным содержанием 15-20 %. В такой концентрации минералы оказывают малозначимое влияние на эксплуатационные и технические характеристики. Если концентрация добавок свыше 20 %, свойства сильно изменятся, состав называют пуццолановый цемент.

Химический состав цемента:

  • алит (Са3SiO5) – увеличивает скорость взаимодействия с водой. Компонент важен на этапе приобретения прочности. В составе клинкера количество трёхкальциевого силита составляет 50–70 %;
  • белит (Ca2SiO4) – обеспечивает набор прочности на поздних этапах застывания. Изначально слабо реагирует на воду, увеличение прочности за счёт двухкальциевого силиката вначале практически не происходит. В клинкере содержится 15–30 %;

Цемент – вяжущая субстанция, которая имеет свойство твердеть в воде и на открытом воздухе

  • алюминатная фаза (Са3Al2O6) – при смешивании с водой провоцирует быструю реакцию, обеспечивает начальное схватывание. Для контроля за процессом застывания в состав добавляют гипс и подобные вещества. Трёхкальциевого алюмината содержится 5–10 %;
  • ферритная фаза (Са3Al2O6). Вступает в активную фазу реакции между циклами алита и белита. Количество четырёхкальциевого алюмоферрита составляет 5–15 %;
  • остальные компоненты – сульфаты щелочного типа, оксид кальция – до 3 %.

Пропорции химических веществ в цементном растворе могут отличаться, но обычно в пределах указанных значений.

Производство

Цемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4·2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре +1450…+1480 °C в течение 2—4 часов в длинных вращающихся печах (3,6×127 м, 4×150 м и 4,5×170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь условно можно поделить на зоны:

  • подогрева (+200…+650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2O3·2SiO2·2H2O → Al2O3·2SiO2 + 2H2O; далее при температурах +600…+1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
  • декарбонизации (+900…+1200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твёрдофазового синтеза новых соединений (СаО·Al2O3 — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато;
  • экзотермических реакций (+1200…+1350 °C) завершается процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
  • спекания (+1300 → +1480 → +1300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который, взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО, образует минерал алит (С3S — твёрдый раствор трёхкальциевого силиката и небольшого количества (2—4 %) MgO, Al2O3, P2O5, Cr2О3 и других);
  • охлаждения (+1300…+1000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Как делают белый цемент

Технология производства белого цемента незначительно отличается от технологии производства обычного «серого» материала. Как и обычный «серый» материал, белый цемент выпускают сухим и мокрым способом. Основное отличие технологии – обжиг исходного сырья при высокой температуре и резкое охлаждение в воде.

Клинкер белого цемента характеризуется как «маложелезистый» и содержит в своем составе: минеральные добавки, известняк, гипс, соли и другие компоненты. В качестве исходного сырья для клинкера используются карбонатная и глинистая порода (известняк, каолиновая глина, отходы обогащения, кварцевый песок).

В Российской Федерации белый цемент производится только на одном предприятии – ООО «Холсим (Рус) СМ» (до 2012 года ОАО «Щуровский цемент»). Большинство белого цемента поставляется на рынок России из-за рубежа следующими компаниями: «Холсим» (Словакия), «Cimsa иAdana» (Турция), «AalborgWhite»(Дания) и «AalborgWhite» (Египет).

Основное достоинство белого цемента его уникальная характеристика – белоснежность, а основной недостаток в разы большая стоимость по сравнению с обычным «серым» материалом.

Мировое производство цемента

В 2010 году мировое производство цемента достигло 3,325 млрд тонн. В тройку крупнейших производителей вошли Китай (1,8 млрд тонн), Индия (220 млн тонн), и США (63,5 млн тонн). По данным Росстата, производство в России портландцемента, цемента глинозёмистого, цемента шлакового и аналогичных гидравлических цементов в 2012 году составило 61,5 млн тонн.

Крупнейшие производители цемента в мире на 2011 год:

Производство цемента в России

Десять ведущих производителей цемента в России на 2013 год (объём в млн тонн / доля на рынке в %):

Проектная мощность заводов по итогам 2014 года (млн тонн в год):

  1. «Евроцемент груп» — 33,1
  2. «Мордовцемент» — 7,2
  3. «Новоросцемент» — 6,9
  4. «Сибирский цемент» — 6,7
  5. Heidelberg Cement — 4,9
  6. Holcim — 4,6
  7. «Востокцемент» — 4,3
  8. Dyckerhoff — 3,7
  9. «Себряковцемент» — 3,4
  10. «Базэлцемент» — 3,2

Корректирующие добавки

Цементный состав делают из минерального сырья с применением специальных пластификаторов, добавляемых при производстве.


Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены

Технология предусматривает использование добавок на базе ископаемых, содержащих:

Введение корректирующих добавок, с помощью которых делают цемент и улучшают его характеристики, предусмотрено технологией. Пластификаторы позволяют улучшить следующие свойства цементного состава:

  • стойкость к воздействию коррозионных процессов;
  • устойчивость к воздействию перепадов температуры, глубоким циклам замораживания;
  • прочностные характеристики;
  • продолжительность твердения;
  • подвижность цементного раствора, его эластичность;
  • степень проницаемости водой.

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 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.

Так выглядит вращающаяся печь цементного завода

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.

Отличия сухого и мокрого способов

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.

Цементные силосы ELKON

Маркировка цемента

Приведенные обозначения прочностных показателей портландцемента — это только небольшая часть зашифрованной в полной маркировке информации о свойствах изготовленного цемента.

В условиях одновременного использования стандартов с прежними обозначениями и от 2003 г. многие коды несут идентичные сведения.

Производители цементов стараются донести информацию о качестве и свойствах продукции, применяя термины обоих стандартов.

Что обозначает маркировка цемента по виду добавок

Помимо основных компонентов, в состав вяжущего минерального вещества вводятся присадки, позволяющие применять цемент в бетонах специального назначения. Информация об особых свойствах закладывается в маркировку продукции. Буквами шифруются порошок и добавки:

  • ПЦ — портландцемент без улучшающих присадок;
  • ШПЦ — при размоле клинкера добавлен шлак в количестве ≥20%, продукт называется шлакопортландцементом;
  • ППЦ — пуццолановый цемент, используется при бетонировании в обводненных условиях (пуццоланы — это продукты деятельности вулканов: пепел, туфы, пемза);
  • СПЦ, ССПЦ, ССШПЦ — сульфатостойкие вяжущие, противокоррозионные;
  • Б — быстротвердеющий порошок;
  • БЦ — белый цемент; клинкер для его производства изготавливают из каолина и светлых сортов известняка;
  • Г — быстросхватывающийся глиноземистый порошок, сырьевыми составляющими для обжига являются карбонатные породы и бокситы;
  • ГФ — гидрофобный цемент для бетонных изделий в воде;
  • ПЛ — пластифицированный, обеспечивает удобство укладки раствора даже при низких температурах;
  • ВРЦ — влагонепроницаемый расширяющийся цемент, твердеет в любой среде.

Маркировка по виду добавок.

В маркировке ГОСТ 10178-85 количество добавок обозначается буквой и числом процентов: Д0, Д5, Д20. В конце шифра указывается стандарт, по которому изготовлен продукт. Пример: ПЦ 400-Д20-Б-ПЛ ГОСТ 10178-85 — портландцемент прочностью 400 кг/см² с добавками в количестве 20%, быстротвердеющий, пластифицированный.

Расшифровка маркировки цемента по новым нормативам

Кодирование информации о продукции по ГОСТ 31108-2003 основано на разделении видов цемента на 5 групп, обозначаемых римскими цифрами. Первые 3 буквы взяты из названия порошка — ЦЕМ.

У каждого объединения есть признаки, указывающие на особенности изготовления:

  • I — портландцемент бездобавочный, состоит на 95-100% из цементного клинкера;
  • II — эта группа подразделяется на подклассы А с добавками 6-20% и В — 21-35%. Здесь же находятся пуццолановые цементы, содержащие Заключение

Теперь вы знаете, как делают цемент на заводе в общем случае. Информацию как правильно делать цемент во всех подробностях, цифрах, схемах, таблицах и других тонкостях смотрите в специальной литературе.

Марки цемента и их применение

Используются портландцементы в соответствии с маркировкой, которая прямо указывает на особые условия, если они имеются. Для строительных работ при выборе марки обращают внимание на показатель класса прочности или марки цемента.

Действия по обустройству в зависимости от твердости вяжущего порошка:

  • М200 — цемент предназначен для штукатурных работ, изготовления бетона М100;
  • М300 — соответствует монолиту М200, применяется для бетонирования подстилающих поверхностей под фундаменты, заливки оснований под малоэтажные строения;
  • М400 — строительство железобетонных сооружений прочностью М300, дорожных покрытий, тротуарной плитки, бордюрных камней, опорных конструкций;
  • М500 — все виды наружных бетонных работ, изготовление аэродромных плит и гидротехнических сооружений из монолита М400.

Составы растворов могут различаться и задаются под условия возводимого объекта. Рецептура смесей определяется проектом.

Кол-во блоков: 30 | Общее кол-во символов: 26368
Количество использованных доноров: 8
Информация по каждому донору:

Как и из чего делают цемент?

Строительные материалы появились в тот момент, когда на заре нашей цивилизации первые люди начали строительство домов и укреплений. С течением времени человечество искало материалы, обладающие большой прочностью и доступностью в любом месте проживания. После длительных поисков и экспериментов было выявлено, что мелкодробленый известняк и гипс, при смешивании с водой и минералами, приобретает особые вяжущие свойства.

После затвердевания образует монолитное соединение имеющие характеристики твердого камня. С того момента цемент начали производить в больших количествах и использовать в строительстве больших и маленьких сооружений. Проходя очередной раз мимо постройки из камня и металла, мы часто задаёмся вопросом: «Так как же делают цемент?»

Из чего делают цемент?

Первый этап производства начинается в известняковом карьере, когда с помощью горнодобывающих машин из почвы изымают компоненты будущего цемента. Чтобы строительный материал имел требуемую прочность, для производства выбирают известняк, который лежит близко к поверхности. В его составе, в большом количестве, присутствует кремний, железо и окись алюминия. Если копать глубже, то порода будет чище, но с большим содержанием углекислого кальция. Добытый камень, по необходимости, сортируют и отправляют на производство, где меняют пропорции, чтобы получить цемент разных марок.

Обработка известняка

На заводе по производству цемента, породу выгружают в аппарат для первичного дробления камней. Большие валуны под воздействием давящей силы в несколько тон, постепенно измельчаются до размеров теннисного мяча и поступают на конвейер. Мелкие и крупные камни направляются на вторичное дробление, где они уменьшаются до размеров мячика для гольфа и в мелкий порошок. Известняк, с разным процентом содержания углекислого кальция, обрабатывается отдельно.

Схема линии по измельчению и сушке известняка: 1 – питатель ленточный ПЛ-650; 2 – магнитный сепаратор; 3 – сушильный комплекс; 4 – элеватор; 5 – расходный бункер с шиберной головкой; 6 – питатель ленточный ПЛ‑500; 7 – мельница МЦВ-3; 8 – мельница роторно-струйная МРС-2/770; 9 – циклон-бункер ЦБ-4,5; 10 – пылеуловитель II ПЦ‑2,0 с бункером; 11 – фильтр рукавный ФРИ-60; 12 – питатель секторный ПС-1В; 13 – вентилятор ВВД; 14 – вентилятор среднего давления; 15 – шиберные заслонки; 16 – компрессор.

Это необходимо для дальнейшего их смешивания в разных пропорциях и по определенной технологии, чтобы производить цемент разных марок.

Сортировка и шлифование

Мелкий известняк, с помощью сортировочного погрузчика, размещают в сухие склады, защищенные от влаги и перепадов температуры. Формируются кучи из сырьевой смеси, разного состава, готовые к этапу шлифования. По конвейеру дробленый камень поступает в шлифовальную машину – вальцовую мельницу, в которой образуется известняковая пыль.

Смешивание

Чтобы создать цемент разных марок, к подготовленной породе добавляют железо, двуокись алюминия и кремний. Состав и количество добавок определяется после химического исследования известняка. Роллер равномерно перемешивает составляющие цемента, до получения однородного порошка без камней. По завершению процесса готовую смесь направляют на термическую обработку.

Из чего делают разные марки цемента, их химический состав

Если посмотреть на масштабы использования цементных растворов в строительстве, создается впечатление, что такой материал был разработан несколько тысяч лет назад. Однако по-настоящему качественная технология производства и правильный состав были получены буквально недавно. Строителям важно знать, из чего делают цемент и в чем секрет изготовления качественного и долговечного сырья.

Типы вяжущих составов

Для соединения камней, из которых возводились доисторические постройки, использовалась глина. Но такое связующее вещество не поддавалось технологии обжига, поэтому большинство помещений были разрушены под воздействием эрозии, возраста и других факторов. Единственные дошедшие до нынешнего времени дома обрабатывались известковым раствором.


Еще много сотен лет назад люди дошли до мнения, что обожженный и измельченный оксид кальция, более известный как известняк, при контакте с водой начинает затвердевать, поглощая газ из воздуха, а затем становиться камнем. Из минусов подобного материала выделяют низкую устойчивость к воздействию влаги, поэтому такой вариант может быть актуальным только при производстве силикатных кирпичей.

Существует еще один тип вяжущего сырья, способного достигать высоких прочностных свойств при воздействии воздуха — гипс. Его производят посредством тепловой обработки и последующего размола природного гипсового камня (CaSO 4−2 H 2) или ангидрида CaSCu.

Гипсовые составы отличаются богатой историей применения и не теряют своей популярности до нынешнего времени. В качестве наиболее ярких примеров использования такого материала — роскошная лепнина и украшения, хорошо сохранившиеся до сегодняшнего времени.

Что касается воздушных веществ, то они могут применяться только там, где постройкам не грозит повышенная влага. В противном случае необходимо добавлять в состав гидрофобизирующие добавки или заниматься обустройством гидроизоляционного слоя. Из-за этого недостатка строители отдают предпочтение гидравлическим вяжущим растворам.

В их числе — составы, создающие гидратные соединения, способные набирать прочность в условиях повышенной влажности. При этом воздействие воды никак не грозит таким изделиям и не вызывает их деформацию.

Растворы для возведения водостойких построек создаются из гидравлической извести, которая включает в себя осадочные известковые породы — мергели, а также портландцемент. Последний компонент делает конечное изделие монолитным, гарантируя отличные прочностные свойства. Известковые варианты актуальны лишь для тех условий эксплуатации, где отсутствуют интенсивные нагрузки.

Немного истории

В поисках эффективного способа борьбы с низкой влагостойкости извести и гипса предки шли на самые смелые меры. Появление цемента произошло в результате смешивания разных минеральных веществ с водоотталкивающими характеристиками в известковые растворы. Зачастую в состав добавляли дробленные, битые кирпичи из обожженной глины и даже породу вулканического происхождения. К примеру, строители Древнего Рима делали цемент с добавками отложений пепла из вулкана Везувий.

В течение долгих лет проводились различные эксперименты, ведь спрос на доступное и надежное вяжущее вещество постоянно поднимался. Работа продолжалась до тех пор, пока строители не выработали адекватную технологию и не подобрали правильный химический состав цемента.

Значительный вклад в опыты внес военный техник из России Егор Челиев. Ему принадлежит научная работа о цементе для подводного строительства (1825 год). Также над появлением нынешнего рецепта цементного раствора трудился английских ученый Джон Аспдин, который запатентовал понятие «портландцемент». Название происходит от острова Портленд, размещенного в проливе Ла-Манш и состоящего из известковой породы.

В те времена, порода, добытая на этом острове, пользовалась большим почетом и считалась одним из наиболее престижных стройматериалов в Британии. Интересный факт: технология русского техника Челиева максимально приближена к той, что используется в современном портландцементе, а вариант Аспдина создавался без применения технологии спекания исходного сырья.

Технология производства

Современные производители цемента могут изготавливать его по разному рецепту, но общая технология производства остается одинаковой для всех марок. Основные отличия заключаются в разном исходном сырье вяжущей добавки, а весь остальной технологический процесс идентичный.

Его можно разделить на несколько стадий:

  1. Первый этап — приготовление исходного сырья. Процедура подразумевает продолжительное измельчение известковых камней и глины, а затем смешивание компонентов в правильной пропорции. Зачастую состав цементного раствора включает в себя 3 части известняка и одну часть глины. Также в нем может присутствовать мергель, который является осадочной горной породой.
  2. Второй этап — обжиг состава и подготовка клинкера. Исходный раствор помещается в специальный резервуар и обрабатывается под воздействием высокой температуры. Ее значение может достигать 1500 градусов Цельсия. В такой среде шлам успешно обжигается, становясь клинкером. Затем его измельчают с помощью специальных жернов до порошкообразного состояния.
  3. Третий, последний этап — соединение всех частей для производства портландцемента. Измельченный клинкер разбавляется гипсом в пропорции 5%, а также дополнительными минеральными компонентами.

Обзор каждого этапа

На первом этапе используется один из двух способов получения смеси — «сухой» и «мокрый». При повышенной влажности компонентов, глина и мел начинают растворяться. Чтобы удалить воду, используется технология сильного нагрева воды. В результате образуется особая смесь с мелкими частицами. «Мокрый» метод не пользуется большой популярностью ввиду своей дороговизны. Более оптимальное решение — «сухая» обработка. Она не требует кипячения сырьевой суспензии, а для измельчения раствора используется механическая технология.

Обработка сырьевого шлама методом обжига происходит в специальной цилиндровой печи. Ее диаметр составляет от 5 метров, а длина — до 200 м. Резервуар находится под небольшим уклоном, что обеспечивает свободное перемещение сырья. Под воздействием высокой температуры формируются окатанные гранулы, известные как клинкер.

После комплексного обжига готовый продукт остужается и выдерживается в течение двух недель перед окончательным измельчением. В конечном итоге его измельчают и размешивают с гипсом, что создает требуемую плотность цемента. На этом этапе происходит конечное формирование состава материала и его других свойств, включая удельный вес цемента, показатели прочности и другие характеристики.

Химическая основа

При выборе строительного материала многих покупателей интересует значение маркировки цемента. Расшифровка имеющихся показателей не занимает много времени и под силу даже начинающему строителю.

В зависимости от марки, портландцемент может обладать разной химической основой, которая обязательно включает в себя такие минеральные компоненты:

  • Алит — является 3-кальциевым силикатом, занимающим 50−60% от общей доли клинкера. В молекулярной решетке этого сырья присутствуют ионы марганца, железа и алюминия, что гарантирует высокую прочность готового изделия из бетонной или растворной смеси.
  • Белит — 2-кальциевый силикат, которому принадлежит 15−30% состава клинкера. Его задача заключается в обеспечении прочности в более поздние сроки.
  • Алюминатная фаза — 3-кальциевый алюминат, пропорцией 5−10%. Минерал характеризуется быстрой реакцией с водой, поэтому его разбавляют гипсом.
  • Ферритная фаза — 4-кальциевый алюмоферрит. Доля этого минерала в химической основе цемента не превышает 5−15%.

При изменении пропорций этих фаз допустимо менять свойства конечной цементной смеси. Это может принести огромную пользу при отслеживании конкретной задачи.

Существующие разновидности

На рынке строительных материалов предлагается несколько разновидностей цемента. В качестве примера можно рассмотреть шлакопортландцемент, который создается посредством добавления к известному портландцементу шлака в гранулированном состоянии. Последний компонент получается в результате выплавки чугунных слитков в доменных печах. Стоят такие стройматериалы дешевле остальных, а их состав гарантирует высокую водостойкость постройки.

Популярным типом цемента является быстротвердеющий материал. В его составе присутствует большое содержание алита и алюминатной фазы. Также клинкер характеризуется мелким помолом, что сокращает сроки набора необходимых прочностных показателей.

Сульфатостойкие марки портландцемента эффективны при проведении подводных работ, возведении гидротехнических сооружений или других задачах, когда необходимо защитить объект от сульфатной коррозии. В исходном сырье такого материала минимизировано содержание 3-кальциевого алюмината и белита.

Модели с низким тепловыделением при наборе прочности задействуются для возведения массивных и объемных конструкций, которые поддаются повреждениям и трещинам во время экзотермической реакции набора прочности. Такие материалы напоминают по составу сульфатостойкий цемент.

Продукция, в основе которой лежит белый цемент, характеризуется повышенными эстетическими свойствами. Если исходное сырье состоит из окисей железа и марганца, это способствует появлению характерного серо-зеленого оттенка, что недопустимо в белом цементе. Для устранения проблемы клинкер создается из светлых, каолиновых глиняных сортов.

Есть множество других типов цементных растворов, которые могут демонстрировать следующие характеристики:

  • Гидрофобность.
  • Водонепроницаемость.
  • Пластифицируемость.

Также на рынке доступны глиноземистые, пластифицированные, песчанистые и многие другие вяжущие составы.

Прочностные показатели

Одним из наиболее важных показателей хорошего качества такого строительного материала является прочность конечного сооружения, построенного на его основе. ГОСТ предусматривает ряд значений, которые определяются соответствующей маркировкой. Цифра указывает на прочностной предел, устойчивость к удельным нагрузкам и другие характеристики цемента. Если материал соответствует марке М400, это значит, что при проведении проверки на прочность образцы выдержали нагрузку в 400 кг/см2.

В результате лабораторных исследований удалось доказать, что минеральный состав исходного сырья является ключевым фактором, определяющим прочность цементного раствора или бетона. При грамотном подборе основных элементов можно подготовить правильную пропорцию и найти оптимальную середину между скоростью набора прочности, а также конечной величиной и устойчивостью к нагрузкам. Со временем прочность только усиливается. С помощью цемента марки М500 можно сделать высокопрочные балки и плиты, выдерживающие внушительные нагрузки.

В настоящее время существует большое разнообразие цементных и бетонных растворов, которые могут обладать разной классификацией и свойствами. В большинстве случаев выбор подходящего сырья для производства такого материала определяется экономическим фактором, ведь производителю важно сделать цемент максимально доступным и качественным.

И чтобы не ошибиться с выбором подходящей продукции, нужно взвесить массу особенностей, а также ознакомиться с основными свойствами столь важного строительного продукта. Также важно знать, из чего состоит цемент, какие бывают типы, что может означать маркировка на мешке. Совершая покупку, следует определить, для каких целей она предназначается, какими свойствами должен обладать цементный раствор. Лучше десять раз отмерить, а затем раз отрезать, нежели потом жалеть о неправильном подборе составляющих для строительства.

Всё дело в пропорциях: из чего делают цемент, чтобы фундамент простоял долго

На чтение: 4 минуты Нет времени?

Бетон – основа любой строительной конструкции. Практически каждое строение, находящееся вокруг нас, так или иначе, было возведено с помощью цементного раствора. Строительный бетон, созданный на основе цемента, десятилетиями выдерживает многотонную нагрузку, практически не испытывая негативного влияния извне. Почему уже многие десятилетия именно цемент является самым популярным строительным материалом? Редакция HouseChief.ru попытается раскрыть ту самую секретную формулу, благодаря которой, мы наконец-то узнаем, из чего именно делают цемент и почему его считают одним из самых прочных материалов во всём мире.

Цемент – связующее звено любой конструкции. От ступенек подъезда до элитных небоскрёбов

Читайте в статье

Нормативные документы

Цемент, как и любой другой товар, обязательно должен пройти процедуру сертификации. Существует несколько ГОСТов и СНиПов, которые в той или иной степени касаются качества цементной смеси. Перечислим основные из них:

  1. ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия».
  2. ГОСТ 30515-97 «Цементы. Общие технические условия».
  3. ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия».

Здесь же можно найти ссылки на дополнительные акты и нормативные документы, которые могут пригодиться при глубоком изучении данного вопроса.

Стандарты определяют не только качество самого сырья, но и допустимые сферы его использования, правила транспортировки, время схватывания, особенности заливки и другие параметры

Химический состав цемента

Сам по себе цемент − не что иное, как порошок. Его создают на основе клинкера. В составе могут содержаться разные компоненты и наполнители.

Интересный факт! Когда цементный раствор застывает, его плотность не уступает плотности камня. Для создания искусственного камня используется тоже цемент.

Гранулы клинкера (основного элемента, из которого создают цемент) получаются путём нагрева при экстремально высоких температурах известняка и глины

Нагрев происходит до показателей +1450°C. Структура природных компонентов меняется, и получается новое вещество – клинкер. После этого полученное вещество соединяют с гипсом и перемалывают, в результате и получается знакомый всем цементный порошок.

Основные характеристики

Для цемента главной технической характеристикой остаётся его марка, именно эта маркировка скажет о такой важной характеристике, как показатель максимальной нагрузки в кг.


Обычно этот показатель имеет обозначение буквой «М». Далее идут цифры, показывающие прочность, к примеру, М400 или М500

Числа указывают на максимальный показатель нагрузки, которую может выдержать застывший цемент. Его ещё называют показателем прочности на сжатие. На практике такое значение говорит о весе, который способен выдержать материал и при этом не разрушиться. Например, при использовании цемента М200 нагрузка, которую сможет выдержать 1 см³, составляет 200 кг.

Интересно, что тестировать цемент разрешено только после полного высыхания, а это происходит через 28 суток и не ранее. После этого тестовый образец цемента укладывают под пресс и сжимают. Давление, при котором он начал разрушаться, и является его маркой. Причём процедуру повторяют шесть раз, а потом из 4 лучших показателей вычисляют среднее арифметическое. Показатель этот измеряется в МПа и кг/см².

Добавки могут влиять на износостойкость материала, его влагоустойчивость, защиту от коррозии, влиять на цвет и крепость. Выпускаются вяжущие вариации цемента от М300 до М800.

Типы цемента по сфере использования

Как мы уже замечали ранее, на качество цементной смеси влияют разные добавки. От этого зависит его сфера применения и прочность. К примеру, морозостойкие образцы применяются в строительстве жилых домов и строений на территориях с суровым климатом, в сейсмически опасных зонах применяются добавки, увеличивающие параметры клейкости смеси. Они, в свою очередь, не дают бетонным конструкциям растрескиваться.

Интересный факт! В процессе заморозки вода, содержащаяся в бетоне, расширяется и начинает разрушать его изнутри. Однако современные технологии позволяют улучшить степень морозоустойчивости, в цементный порошок вносятся минеральные добавки, например, нейтрализованный древесный пек. Они создают прочную оболочку вокруг водяных частиц.

Самая популярная марка цемента с прочностью 400 кг/см³, или М400. Её используют для проведения самых различных строительных работ

Чаще всего в цементную смесь добавляют разные добавки, процентное содержание которых может достигать 10 и 20%. Для возведения монолитных зданий использую цемент марки М500. У такого материала более высокая скорость застывания и прочность. Обычно именно из такой цементной смеси возводят перекрытия и несущие конструкции.

Из чего делают цемент

Обычно заводы по производству цемента строят там, где находятся залежи известняка и других пород, которые используются при создании клинкера. Главными природными элементами, из которых делают цемент, являются:

  • ископаемые карбонатного типа: кристаллические породы, поддающиеся обжигу;
  • глинистые материалы, а также горные породы осадочного характера минерального происхождения. Сырьё характеризуется вязкостью, применяется при сухом методе производства.

Карбонатные породы

Какие карбонатные породы используются при производстве цемента:

  • мел (вариация известняка) – легко подвергается обработке, дёшев и универсален;
  • мергель, или мергелистый известняк. Плюс этих пород в том, что в них находится достаточное количество влаги, кроме того, они содержат необходимые частички глины;
  • известняковое сырьё, ракушечники, отличающиеся отсутствием включений кремния. Порода обладает пористой структурой, легко разрушается под воздействием сжимающих усилий;
  • карбонатные породы. Они характеризуются ценными физическими свойствами.

Сырьё добывается разными фракциями, уже на производстве ведётся его отбраковка и сортировка

Глинистое сырьё

К глинистым породам относятся:

  • глина, содержащая минеральные включения, разбухающие при добавлении воды;
  • суглинки − разбавлены песчаной фракцией;
  • сланцы – прочные глинистые породы;
  • лёсс – неэластичная пористая порода с включением кварца.

Корректирующие добавки

Кроме минерального сырья, при производстве цемента используются специальные пластификаторы. Чаще всего используют добавки на базе ископаемых, содержащих плавиковый шпат, а также апатиты.

Важно! Основой любого вяжущего является цементный клинкер и всего 15-20% минеральных добавок. Именно от него зависит крепость будущего цемента и прочие его характеристики.

Как делают цемент на производстве

Как и любое производство, создание цементной смеси происходит строго по специальной технологической схеме. И состоит из следующих этапов:

  1. Создание клинкера. Его, напомним, делают из известняка и глины в процентном соотношении 75×25. Смесь помещается в печь, при температуре примерно +1500°C происходит изменение состава. Образуется вязкое вещество, надёжно скрепляющее все гранулы клинкера. Получаемый клинкер охлаждается в специальных холодильных установках.
  2. Затем гранулы дополнительно дробят. Измельчение происходит в специальных перемалывающих мельницах. Они представляют собой барабаны с помещёнными туда стальными шариками.
  3. К измельчённому клинкеру добавляют также тонкодисперстный гипс и минеральные добавки.

Чем мельче фракции цемента, тем крепче и надёжнее будет состав, тем выше марка

Существуют разные технологии подготовки исходного сырья. Рассмотрим основные из них.

Мокрый метод

Мокрая технология предполагает обязательное добавление воды на этапе измельчения, в этом случае вместо извести используется мел. При этом образуется специальная смесь, или шихта, которая затем повторно высушивается в печи, превращаясь в подобие стеклянного шара, который затем вновь измельчается. При этом себестоимость цемента значительно увеличивается. Считаете, что смесь, приготовленная таким способом, более прочная.

Сухой способ

Сухой способ – более дешёвый вариант. В этом случае на практике объединяют две технологические операции – помол и сушку смеси. В шаровую мельницу направляют горячие газы, которые и осуществляют просушку. Здесь на выходе получается уже готовый порошок.

Комбинированные методики

Комбинированный вариант объединяет в себе особенности мокрого и сухого способа. Технологии отличаются на каждом предприятии. Иногда вместо мокрого способа, допускающего увлажнение клинкера до 50%, используют варианты с понижением влажности на этом этапе до 18 или 20%. Второй метод предусматривает подготовку сухой смеси с последующим увлажнением до 14%, гранулированием, заключительным отжигом. Всё зависит от задач, которые стоят перед технологом.

Как сделать цемент в домашних условиях

Несмотря на кажущуюся сложность производства цемента, сделать его своими руками в домашних условиях возможно. Понятно, что этот вариант не будет таким технологичным, как на заводе, и обжечь его при необходимой температуре также не получится. Однако кое-какие хитрости мы можем вам рассказать. Рассмотрим один из популярных рецептов создания состава, вполне подходящего для заделки щелей и стяжек. Для создания смеси нам потребуется водная известь, каменная зола и обычная вода.

Из чего делают цемент

Цемент выполняет функцию вяжущего вещества. От его качества зависит окончательная прочность бетонного изделия. Многих начинающих строителей интересует вопрос про цемент – из чего делают, и от чего зависят его качества? Материал получают в процессе разрушения клинкера, гипса и добавок. Клинкер – это основное вещество в составе цемента, получающееся после спекания сырья, основу которого составляют глина и известняк. В составе могут присутствовать мергель, шлак из доменных печей, нефелиновый шлам.

Состав цемента

В вопросе, из чего сделан цемент, принципиальных изменений не было уже давно, состав сохранился с прошлых столетий. Основу всегда составлял клинкер, также в состав входят минеральные добавки с оптимальным содержанием 15-20 %. В такой концентрации минералы оказывают малозначимое влияние на эксплуатационные и технические характеристики. Если концентрация добавок свыше 20 %, свойства сильно изменятся, состав называют пуццолановый цемент.

Химический состав цемента:

  • алит (Са3SiO5) – увеличивает скорость взаимодействия с водой. Компонент важен на этапе приобретения прочности. В составе клинкера количество трёхкальциевого силита составляет 50–70 %;
  • белит (Ca2SiO4) – обеспечивает набор прочности на поздних этапах застывания. Изначально слабо реагирует на воду, увеличение прочности за счёт двухкальциевого силиката вначале практически не происходит. В клинкере содержится 15–30 %;

Пропорции химических веществ в цементном растворе могут отличаться, но обычно в пределах указанных значений.

Основные характеристики цемента

Технология изготовления предусматривает соблюдение нормативов ГОСТ 10178-76. Состав может включать добавки.

Если они присутствуют, изменяются характеристики цемента:

  • прочность – возможность материала выдерживать определённые нагрузки до наступления разрушения. Прочностные показатели и способность к затвердеванию в процессе гидратации – это взаимосвязанные понятия, для приобретения прочности требуется длительное время, от 28 дней. Цемент разделяется на марки, обозначаются буквой М и индексом: 300, 400, 500, есть менее распространённые составы высокой прочности – М600, М700, М800;

Виды цемента

В зависимости от того, из чего сделан цемент, материал различается по группам. Каждый вид обладает особыми техническими характеристиками.

На основании материала изготовления выделяют группы:

  • известковый;
  • мергелистый;
  • глинистый. Рекомендуется внесение вспомогательных компонентов цемента, боксита и шлака для повышения водонепроницаемости, огне- и морозоустойчивости.

Преимущественно производство цемента включает соединения карбона и глины, но в отдельных видах выполняется внесение искусственных веществ (шлаков, отходов металлургии и химического производства) и естественных компонентов (глинозема).

Цемент делят на следующие виды:


  • портландцемент. Отличается высокой скоростью затвердевания, включает 10–15 % минеральных веществ. В основу портландцемента закладывается гипс и клинкер, которые проходят обжиг при температуре 1500 °С. Его активно используют в современном строительстве благодаря способности создавать монолитные конструкции при смешивании с водой;
  • шлакопортландцемент. В составе присутствуют те же компоненты, а также доменные шлаки;
  • гидравлический;
  • напрягающий – быстро схватывается и застывает;
  • тампонажный. Применяется для создания бетонных конструкций в сфере газо- и нефтедобычи;
  • декоративный, отличается белым цветом;
  • сульфатостойкий. Главные отличия сводятся к низкой скорости застывания и высокой устойчивости к минусовым температурам.

Сферы использования

Бетон применяют в строительстве повсеместно, его область применения практически не ограничена. С помощью цементного раствора создают железобетонные конструкции, заливают фундаменты, балки, основания и другие части сооружения. В последнее время популярно изготовление монолитных построек, где стены, основа и крыша выполнены полностью из бетона, не считая кровельных и отделочных материалов.

Что делают из цемента:

  • несущие стены, колонны, перегородки;
  • плиты перекрытий;
  • фундамент, стяжка, цокольный этаж;
  • различные плиты, стеновые блоки и т. д.

Состав

На практике процедура изготовления материала не слишком сложна, а химические вещества представляются в виде распространённых природных ресурсов. Правила, как делают цемент, приблизительно одинаковые для всех марок, в основе всегда известняк и глина.

Основные компоненты состава:

  • клинкер. Чаще всего концентрация известняка в клинкере в 3 раза превосходит количество глины, что определяет показатели прочности. Вносится в форме гранул с размерами до 60 мм. Компонент подвергают термообработке при температуре 1500 °С. В процессе расплавления появляется масса с большим количеством кремнезёма и кальциевым диоксидом;

Процесс изготовления

Важно точно знать, как делают цемент и из чего, это поможет правильно понимать свойства материала и обеспечит высокое качество конструкции.

Рассмотрим поэтапно цемент как делают:

  1. Перемешивание всех компонентов для создания клинкера. В его состав вводится 75 % известняка и 25 % глины.
  2. Обжиг при воздействии высокой температуры, процедура помогает сформировать клинкер. Глина с известью соединяются при нагреве до температуры 1450 °С и выше.
  3. Разрушение материала для создания пылеобразной фракции. Измельчение выполняется шаровыми мельницами – это барабаны с горизонтальным размещением, внутри их располагаются металлические шары, которые разрушают твёрдые, крупные частицы клинкера. По мере снижения фракции увеличиваются технические характеристики и марка состава.

Заключение

Отличительными чертами цемента являются долговечность, относительно быстрый процесс застывания, устойчивость к внешней среде, лёгкость приготовления и использования. После застывания получается высокопрочный материал, который способен удерживать многоэтажные здания с минимальным износом и низким риском деформаций.

Состав цемента. Из чего делают цемент

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 (CaSO4-2H2O) 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.


Как делают цемент

Летом прошлого года я провёл съемку на заводе Lafarge («Уралцемент») расположенном в поселке Первомайский, Челябинской области. Завод производит цемент по мокрому способу с 1957 года и по объемам производства находится в десятке крупнейших цементных заводов России. Для производства цемента используют глину и известняк. В качестве топлива выступает природный газ.

История портландцемента начинается 21 октября 1824 года, когда английский каменщик Джозеф Аспдин получил патент на вещество, которое назвал «портландцемент», поскольку его цвет напоминал серый цвет скал, находившихся вокруг города Портланд.

Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, гипса и специальных добавок. Свойства портландцемента зависят от состава клинкера и степени его измельчения. Важнейшее свойство портландцемента — способность твердеть при взаимодействии с водой. Оно характеризуется маркой портландцемента, определяемой по прочности на сжатие и изгиб стандартных образцов цементно-песчаного раствора после 28 суток твердения во влажных условиях.

2. Производство цемента складывается из двух основных технологических процессов: получение клинкера (наиболее трудоемкий и энергозатратный этап) и его помол с соответствующими добавками.

3. Для изготовления цемента сначала добывают известняк и глину из карьера.

6. Пройдя предварительную обработку, исходные материалы поступают в мельницу мокрого самоизмельчения «Гидрофол», где перерабатываются в шлам. Затем шлам домалывается в сырьевых мельницах и усредняется в шламбассейнах.

7. На заводе находится специальная лаборатория, в которой производят постоянный контроль качества и дозировку сырьевых материалов и добавок. И в том числе проводят тестирование конечного продукта на прочность.

11. Затем тонкомолотый сырьевой шлам вводится во вращающуюся печь (длиной около 200 м и диаметром 4 м) и обжигается при температуре 1450 градусов Цельсия.

12. При обжиге частички сырья сплавляются между собой, образуя клинкер.

13. Печь для обжига представляет собой вращающийся металлический цилиндр, который наклонен к горизонтальной плоскости под углом 3-4 градуса, чтобы обеспечить возможность движения материала вдоль печи.

14. Полученный клинкер охлаждается в холодильниках, дробится и подается транспортерами в бункеры цементных мельниц для помола.

15. Электрофильтры на вращающихся печах позволяют сократить выбросы пыли в атмосферу в 10-30 раз.

18. Остывший клинкер подается в мельницу.

20. Это самый шумный участок производства. Находится в цеху без наушников просто невозможно.

21. Цемент получают путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, минеральных добавок (10-15%) и гипса (3-7%), который служит для регулирования сроков схватывания. Размер зерен цемента лежит в пределах от 1 до 100 мкм.

24. Процедура LOTOTO (LockOut / TagOut / TryOut). Комплекс действий для повышения безопасности на производстве.

25. Различные минеральные добавки служат для придания бетонам, растворам и др. изделиям на основе цемента специальных свойств (скорость затвердевания, устойчивость в природных водах, морозостойкость).

28. Полученный портландцемент транспортируется из мельниц в силосы для хранения.

29. Из силосов цемент отгружают железнодорожными вагонами и автомобильным транспортом в следующем виде: навалом, специальными контейнерами МКР весом до 1 тонны, бумажными мешками весом 50 кг.

Как и из чего делают цемент: состав, технология и этапы производства

Цемент является основным строительным материалом, без него не обходится практически ни одна стройка. Для изготовления цементной смеси необходимы специальные материалы, которые перемалываются и смешиваются по определенной технологии.

Из чего делают цемент: основное сырье

Основным сырьем при цементном производстве являются породы из глины и карбоната, а также другие материалы, имеющие естественное происхождение, и отходы производств, такие как шлаки.

Породы карбонатного происхождения включают известняк, мел, мергель и доломиты.

Физические свойства этих пород сильно влияют на качество произведенного цемента. Породы, имеющие кристаллическую структуру, хуже вступают во взаимодействие с остальными компонентами во время обжига, если сравнивать с породами, у которых аморфная структура. Свойства этих пород следующие:

  1. Мел — это мягкая порода осадочного типа, которая представляет из себя известняк с мажущей способностью. Мел можно без труда измельчить. Этот материал — важный компонент при создании цементной смеси.
  2. Мергель — порода осадочного происхождения, находящаяся между известью и глиной по своим свойствам. Бывает как в твердом, так и рыхлом состоянии. Плотность и влажность этой породы различаются зависимо от того, какой процентный состав глины в нее входит.

При изготовлении цемента используются такие породы, как: глина, лесс, глинистый сланец и суглинки лессовидного типа. Эти материалы со следующими свойствами:

  1. Глины являются породами осадочного типа, которые включают минералы с различными свойствами, при смачивании они становятся пластичными и набухают. Если изготавливать цемент с помощью сухого метода, пластифицирующая способность глины дает возможность гранулировать муку и создавать брикеты. Суглинок — это обыкновенная глина, в которую попали частицы пыли и песка.
  2. Глинистый сланец — порода с высокой плотностью и твердостью. Пластинки, из которых состоит эта порода, имеют небольшую толщину. По сравнению с глиной сланцы не такие влагоемкие и имеют более стабильный состав.
  3. Лесс состоит из мельчайших частиц минералов, таких как кварц, полевой шпат, имеет высокую рыхлость, пористость и невысокую пластичность. Между суглинком и лессом по свойствам находится лессовидный суглинок.

Корректирующие добавки

Процесс изготовления цемента предполагает применение различных добавок, в зависимости от типа необходимого на выходе итогового продукта. Чаще они делаются на основе ископаемых, содержащих следующие компоненты: глинозем, диоксид кремния, флюорит, глину и апатиты.

С помощью корректирующих добавок, ввод которых в состав цемента осуществляется по определенной технологии, улучшают характеристики этого строительного материала. Например, с применением пластификаторов цементный состав начинает обладать такими свойствами:

  1. Становится более стойким к отрицательному воздействию коррозии.
  2. Более высокое сопротивлением к изменениям температуры и долгому замораживанию.
  3. Улучшается прочность бетона.
  4. Увеличивается время затвердевания.
  5. Увеличивается подвижность и эластичность цементного раствора.
  6. Уменьшается степень водопроницаемости.

Добавки, содержащие железо, глинозем и кремнезем — добавляют в цементную смесь, чтобы скорректировать величины модулей этих минералов. В качестве добавки, содержащей железо, обычно выступают пиритные огарки с промышленных предприятий, производящих серную кислоту. Также в этом качестве используют, но чуть реже, колошниковую пыль, получаемую из домн.

Глиноземистая добавка включает в себя глины с малым содержанием железа, бокситы, иногда каолин.

В качестве кремнеземистой добавки в цемент выступают пески из кварца, опоки, трепелы. Чтобы понизить влажность шлама применяют концентраты сульфитно-дрожжевой бражки.

Специальные добавки применяются для получения различных видов цемента. С помощью добавок производятся нижеследующие:

  1. Гидрофобный. Противодействует высокой влажности. Благодаря этому цементу готовый бетон имеет хорошую сопротивляемость низким температурам и минимальную проницаемость для влаги.
  2. Белый цемент. Применяют в качестве сырья, из которого производят разные сухие смеси, в дальнейшем используемые при финишной отделке.
  3. Расширяющийся. При применении этого вида готовый бетон начинает увеличиваться в объеме, что нехарактерно для других видов этого строительного материала (обычно бетон сжимается).
  4. Пуццолановый. Этот строительный материал обладает низким тепловыделением, поэтому применяется при строительстве крупных объектов. При этом заметно снижается вероятность того, что произойдет неравномерная осадка здания.
  5. Цветной. Применяют для производства изделий, которые в дальнейшем не потребуют обработки. При изготовлении цветного цемента обычно добавляют белый клинкер или красители.
  6. Глиноземистый. Прочность уложенного бетона, который замешан на таком цементе, уже через сутки достигает 50%. Часто применяется на бетонных заводах в зимнее время благодаря большому количеству выделяемого тепла.

Как делают цемент на производстве

При производстве цемента имеется определенная технология, которая предусматривает проведение следующих операций:

  1. Все ингредиенты предварительно подвергаются смешиванию для изготовления клинкера, состоящего из известняка и глины. Доля этих материалов в общей массе клинкера составляет соответственно 75 и 25%.
  2. Затем производят обжиг при высокой температуре, собственно благодаря этому и образуется клинкер. Это происходит при взаимодействии глины и извести, находящихся под воздействием высокой температуры, достигающей 1450 о С.
  3. Затем производят измельчение в шаровых мельницах. Такие мельницы представляют собой специальные барабаны с металлическими шарами внутри. Барабаны имеют горизонтальное расположение и позволяют измельчить клинкер в порошок. Чем меньше фракция измельченного материала, тем качественнее получится цемент и марка строительного материала будет выше.

При производстве цемента используются различные методы, что обусловлено расположением цементного завода, применяемым оборудованием, а также спросом на определенные марки продукции.

Технологии производства имеют отличие только по способам подготовки компонентов для изготовления цемента. Они осуществляются следующими способами:

  1. Мокрый. Такая технология предполагает применение мела вместо извести, который при соединении с остальными ингредиентами одновременно измельчается в шаровой мельнице с непременным добавлением воды. В результате образуется шихта, в которой концентрация влаги достигает 40-50%. Далее получившийся продукт проходит обжиг в печи и превращается в клинкер в виде шара, а впоследствии подвергается измельчению.
  2. Сухой. Эта технология позволяет уменьшить затраты на изготовление цемента и добиться сокращения времени цикла производства. Такое удешевление и ускорение процесса связано с тем, что одновременно происходит перемалывание и сушка компонентов цемента в мельнице под воздействием нагретых до высокой температуры газов. В конечном итоге получается шихта в виде порошка.
  3. Комбинированный. Этот вариант соединяет в себе мокрый и сухой методы, но у этого способа есть свои отличия. Один из вариантов предполагает итоговое получение полусухого состава, имеющего влажностью до 18%, который производится с помощью сушки шихты, полученной по технологии мокрого производства. Другая методика основана на подготовке сухой смеси, которую впоследствии увлажняют до 14%, гранулируют, и в заключение отжигают полученную смесь.

Полученный цемент требуется хранить в местах с пониженной влажностью. Иначе при длительном хранении связующие свойства строительного материала ухудшаться и качество произведенного из него бетона не будет соответствовать заявленным характеристикам.

Из чего делают цемент? (видео)

Опубликовано Артём в 17.07.2020 17.07.2020

Исторические сведения

Римляне подмешивали к извести определённые материалы для придания ей гидравлических свойств. Это были:

Несмотря на различия, все эти материалы содержат в своем составе оксиды: диоксид кремния SiO2 (кварц или кремнекислота), оксид алюминия Al2O3 (глинозём), оксид железа Fe2O3 — и вызывают взаимодействие с ними извести; при этом происходит присоединение воды (гидратация) с образованием в первую очередь соединений с кремнезёмом. В результате кристаллизуются нерастворимые гидросиликаты кальция. В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига загрязнённых глиной известняков по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их.

Растворосмеситель для подземных бетонных работ

После этого начался вековой период усиленного экспериментирования. При этом основное внимание было обращено на разработку специальных месторождений известняка и глины, на оптимальное соотношение этих компонентов и добавку новых. Только после 1844 года пришли к выводу, что, помимо точного соотношения компонентов сырьевой смеси, прежде всего необходима высокая температура обжига (порядка +1450 °С, 1700 K) для достижения прочного соединения извести с оксидами. Эти три оксида после спекания с известью определяют гидравлические свойства; их называют оксидами, обусловливающими гидравличность (факторами гидравличности).

Портландцемент получается при нагревании известняка и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры +1450…+1480 °С. Происходит частичное плавление и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер размалывают совместно примерно с 5% гипсового камня. Гипсовый камень управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67% СаО, 22% SiO2, 5% Al2О3, 3% Fe2O3, 3% других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.


Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50—70 %. Это трёхкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счёт размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg2+, Al3+ и Fe3+. Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15—30 %. Это двукальциевый силикат Ca2SiO4, модифицированный введением в структуру инородных ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде β-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Содержание алюминатной фазы составляет 5—10 % для большинства нормальных цементных клинкеров. Это трехкальциевый алюминат сокращенно обозначаемый 3СaAS (состав — 3CaO*Al2O3*SiO2), существенно изменённый по составу, а иногда и по структуре, за счёт инородных ионов, особенно Si4+, Fe3+, Na+ и К+. Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.

Ферритная фаза составляет 5—15 % обычного цементного клинкера. Это — четырёхкальциевый алюмоферрит, сокр. 4СaAFS (4CaO*Al2O3*Fe2O3*SiO2), состав которого значительно меняется при изменении отношения Al/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в поздние сроки.

Выдающийся учёный химик Шуляченко Алексей Романович считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Антонова для обжига и производства клинкера. По вопросам цементной технологии и твердения гидравлических вяжущих много работ провели Ю. М. Бутт, С. М. Рояк, И. Ф. Пономарев, Н. А. Торопов и другие.

Основные характеристики продукта

Показатели плотности цемента: насыпная — 900-1100 кг/м³, с уплотнением — 1400-1700. Значения истинного удельного веса достигают 3 т/м³. Существует несколько технических характеристик, по которым судят о качестве вяжущего порошка:

  1. Тонина помола — определяет активность цемента: чем меньше частички, тем большую поверхность в один слой они покрывают. Контрольные замеры выполняют рассеиванием на сите с ячейкой 80 мкм.
  2. Водопотребность — количество влаги, необходимой для гидратации цемента и придания тесту пластичности. Излишняя вода в растворе приводит к образованию пор и трещин, снижению прочности.
  3. Морозостойкость — способность изделий на основе цементного порошка выдерживать многократные заморозки и оттаивания без разрушения. Необходимого показателя добиваются специальными добавками при замешивании раствора.
  4. Время схватывания — в зависимости от густоты замеса находится в диапазоне 0,7-10 часов. Показатель зависит и от количества гипса, добавляемого в клинкер при размоле.
  5. Прочность определяется по разрушению образца, изготовленного из цемента от каждой партии выпущенного раствора. Возраст кубиков устанавливается стандартом — 28 дней.

На все отгружаемые цементным заводом объемы заполняют паспорта качества, в которые вносят перечисленные характеристики. Потребители самостоятельно проводят входной контроль, чтобы подтвердить добросовестность поставщика.

Виды цемента

В зависимости от того, из чего сделан цемент, материал различается по группам. Каждый вид обладает особыми техническими характеристиками.

Сегодня производится множество видов цемента

На основании материала изготовления выделяют группы:

  • известковый;
  • мергелистый;
  • глинистый. Рекомендуется внесение вспомогательных компонентов цемента, боксита и шлака для повышения водонепроницаемости, огне- и морозоустойчивости.

Преимущественно производство цемента включает соединения карбона и глины, но в отдельных видах выполняется внесение искусственных веществ (шлаков, отходов металлургии и химического производства) и естественных компонентов (глинозема).

Цемент делят на следующие виды:

  • портландцемент. Отличается высокой скоростью затвердевания, включает 10–15 % минеральных веществ. В основу портландцемента закладывается гипс и клинкер, которые проходят обжиг при температуре 1500 °С. Его активно используют в современном строительстве благодаря способности создавать монолитные конструкции при смешивании с водой;
  • шлакопортландцемент. В составе присутствуют те же компоненты, а также доменные шлаки;
  • гидравлический;
  • напрягающий – быстро схватывается и застывает;
  • тампонажный. Применяется для создания бетонных конструкций в сфере газо- и нефтедобычи;
  • декоративный, отличается белым цветом;
  • сульфатостойкий. Главные отличия сводятся к низкой скорости застывания и высокой устойчивости к минусовым температурам.

Различают портландцемент и шлакопортландцемент

Состав цемента

В вопросе, из чего сделан цемент, принципиальных изменений не было уже давно, состав сохранился с прошлых столетий. Основу всегда составлял клинкер, также в состав входят минеральные добавки с оптимальным содержанием 15-20 %. В такой концентрации минералы оказывают малозначимое влияние на эксплуатационные и технические характеристики. Если концентрация добавок свыше 20 %, свойства сильно изменятся, состав называют пуццолановый цемент.

Химический состав цемента:

  • алит (Са3SiO5) – увеличивает скорость взаимодействия с водой. Компонент важен на этапе приобретения прочности. В составе клинкера количество трёхкальциевого силита составляет 50–70 %;
  • белит (Ca2SiO4) – обеспечивает набор прочности на поздних этапах застывания. Изначально слабо реагирует на воду, увеличение прочности за счёт двухкальциевого силиката вначале практически не происходит. В клинкере содержится 15–30 %;

Цемент – вяжущая субстанция, которая имеет свойство твердеть в воде и на открытом воздухе

  • алюминатная фаза (Са3Al2O6) – при смешивании с водой провоцирует быструю реакцию, обеспечивает начальное схватывание. Для контроля за процессом застывания в состав добавляют гипс и подобные вещества. Трёхкальциевого алюмината содержится 5–10 %;
  • ферритная фаза (Са3Al2O6). Вступает в активную фазу реакции между циклами алита и белита. Количество четырёхкальциевого алюмоферрита составляет 5–15 %;
  • остальные компоненты – сульфаты щелочного типа, оксид кальция – до 3 %.

Пропорции химических веществ в цементном растворе могут отличаться, но обычно в пределах указанных значений.

Производство

Цемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4·2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре +1450…+1480 °C в течение 2—4 часов в длинных вращающихся печах (3,6×127 м, 4×150 м и 4,5×170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь условно можно поделить на зоны:

  • подогрева (+200…+650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2O3·2SiO2·2H2O → Al2O3·2SiO2 + 2H2O; далее при температурах +600…+1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
  • декарбонизации (+900…+1200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твёрдофазового синтеза новых соединений (СаО·Al2O3 — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато;
  • экзотермических реакций (+1200…+1350 °C) завершается процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
  • спекания (+1300 → +1480 → +1300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который, взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО, образует минерал алит (С3S — твёрдый раствор трёхкальциевого силиката и небольшого количества (2—4 %) MgO, Al2O3, P2O5, Cr2О3 и других);
  • охлаждения (+1300…+1000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Как делают белый цемент

Технология производства белого цемента незначительно отличается от технологии производства обычного «серого» материала. Как и обычный «серый» материал, белый цемент выпускают сухим и мокрым способом. Основное отличие технологии – обжиг исходного сырья при высокой температуре и резкое охлаждение в воде.

Клинкер белого цемента характеризуется как «маложелезистый» и содержит в своем составе: минеральные добавки, известняк, гипс, соли и другие компоненты. В качестве исходного сырья для клинкера используются карбонатная и глинистая порода (известняк, каолиновая глина, отходы обогащения, кварцевый песок).

В Российской Федерации белый цемент производится только на одном предприятии – ООО «Холсим (Рус) СМ» (до 2012 года ОАО «Щуровский цемент»). Большинство белого цемента поставляется на рынок России из-за рубежа следующими компаниями: «Холсим» (Словакия), «Cimsa иAdana» (Турция), «AalborgWhite»(Дания) и «AalborgWhite» (Египет).

Основное достоинство белого цемента его уникальная характеристика – белоснежность, а основной недостаток в разы большая стоимость по сравнению с обычным «серым» материалом.

Мировое производство цемента

В 2010 году мировое производство цемента достигло 3,325 млрд тонн. В тройку крупнейших производителей вошли Китай (1,8 млрд тонн), Индия (220 млн тонн), и США (63,5 млн тонн). По данным Росстата, производство в России портландцемента, цемента глинозёмистого, цемента шлакового и аналогичных гидравлических цементов в 2012 году составило 61,5 млн тонн.

Крупнейшие производители цемента в мире на 2011 год:

Производство цемента в России

Десять ведущих производителей цемента в России на 2013 год (объём в млн тонн / доля на рынке в %):

Проектная мощность заводов по итогам 2014 года (млн тонн в год):

  1. «Евроцемент груп» — 33,1
  2. «Мордовцемент» — 7,2
  3. «Новоросцемент» — 6,9
  4. «Сибирский цемент» — 6,7
  5. Heidelberg Cement — 4,9
  6. Holcim — 4,6
  7. «Востокцемент» — 4,3
  8. Dyckerhoff — 3,7
  9. «Себряковцемент» — 3,4
  10. «Базэлцемент» — 3,2

Корректирующие добавки

Цементный состав делают из минерального сырья с применением специальных пластификаторов, добавляемых при производстве.

Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены

Технология предусматривает использование добавок на базе ископаемых, содержащих:

Введение корректирующих добавок, с помощью которых делают цемент и улучшают его характеристики, предусмотрено технологией. Пластификаторы позволяют улучшить следующие свойства цементного состава:

  • стойкость к воздействию коррозионных процессов;
  • устойчивость к воздействию перепадов температуры, глубоким циклам замораживания;
  • прочностные характеристики;
  • продолжительность твердения;
  • подвижность цементного раствора, его эластичность;
  • степень проницаемости водой.

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 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.

Так выглядит вращающаяся печь цементного завода

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.

Отличия сухого и мокрого способов

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.

Цементные силосы ELKON

Маркировка цемента

Приведенные обозначения прочностных показателей портландцемента — это только небольшая часть зашифрованной в полной маркировке информации о свойствах изготовленного цемента.

В условиях одновременного использования стандартов с прежними обозначениями и от 2003 г. многие коды несут идентичные сведения.

Производители цементов стараются донести информацию о качестве и свойствах продукции, применяя термины обоих стандартов.

Что обозначает маркировка цемента по виду добавок

Помимо основных компонентов, в состав вяжущего минерального вещества вводятся присадки, позволяющие применять цемент в бетонах специального назначения. Информация об особых свойствах закладывается в маркировку продукции. Буквами шифруются порошок и добавки:

  • ПЦ — портландцемент без улучшающих присадок;
  • ШПЦ — при размоле клинкера добавлен шлак в количестве ≥20%, продукт называется шлакопортландцементом;
  • ППЦ — пуццолановый цемент, используется при бетонировании в обводненных условиях (пуццоланы — это продукты деятельности вулканов: пепел, туфы, пемза);
  • СПЦ, ССПЦ, ССШПЦ — сульфатостойкие вяжущие, противокоррозионные;
  • Б — быстротвердеющий порошок;
  • БЦ — белый цемент; клинкер для его производства изготавливают из каолина и светлых сортов известняка;
  • Г — быстросхватывающийся глиноземистый порошок, сырьевыми составляющими для обжига являются карбонатные породы и бокситы;
  • ГФ — гидрофобный цемент для бетонных изделий в воде;
  • ПЛ — пластифицированный, обеспечивает удобство укладки раствора даже при низких температурах;
  • ВРЦ — влагонепроницаемый расширяющийся цемент, твердеет в любой среде.

Маркировка по виду добавок.

В маркировке ГОСТ 10178-85 количество добавок обозначается буквой и числом процентов: Д0, Д5, Д20. В конце шифра указывается стандарт, по которому изготовлен продукт. Пример: ПЦ 400-Д20-Б-ПЛ ГОСТ 10178-85 — портландцемент прочностью 400 кг/см² с добавками в количестве 20%, быстротвердеющий, пластифицированный.

Расшифровка маркировки цемента по новым нормативам

Кодирование информации о продукции по ГОСТ 31108-2003 основано на разделении видов цемента на 5 групп, обозначаемых римскими цифрами. Первые 3 буквы взяты из названия порошка — ЦЕМ.

У каждого объединения есть признаки, указывающие на особенности изготовления:

  • I — портландцемент бездобавочный, состоит на 95-100% из цементного клинкера;
  • II — эта группа подразделяется на подклассы А с добавками 6-20% и В — 21-35%. Здесь же находятся пуццолановые цементы, содержащие Заключение

Теперь вы знаете, как делают цемент на заводе в общем случае. Информацию как правильно делать цемент во всех подробностях, цифрах, схемах, таблицах и других тонкостях смотрите в специальной литературе.

Марки цемента и их применение

Используются портландцементы в соответствии с маркировкой, которая прямо указывает на особые условия, если они имеются. Для строительных работ при выборе марки обращают внимание на показатель класса прочности или марки цемента.

Действия по обустройству в зависимости от твердости вяжущего порошка:

  • М200 — цемент предназначен для штукатурных работ, изготовления бетона М100;
  • М300 — соответствует монолиту М200, применяется для бетонирования подстилающих поверхностей под фундаменты, заливки оснований под малоэтажные строения;
  • М400 — строительство железобетонных сооружений прочностью М300, дорожных покрытий, тротуарной плитки, бордюрных камней, опорных конструкций;
  • М500 — все виды наружных бетонных работ, изготовление аэродромных плит и гидротехнических сооружений из монолита М400.

Составы растворов могут различаться и задаются под условия возводимого объекта. Рецептура смесей определяется проектом.

Кол-во блоков: 30 | Общее кол-во символов: 26368
Количество использованных доноров: 8
Информация по каждому донору:

Из чего делают цемент?

Одним из самых популярных строительных материалов является цемент. Он используется в разных видах работ: при возведении зданий, ремонте и реставрации старых. В основе этого строительного материала лежат составляющие части неорганического происхождения, имеющие способность связывать между собой компоненты.

Цемент является составной частью бетонных, штукатурных, кладочных смесей, железобетонных блоков, применяющихся при стройке промышленных зданий и различных построек.

Особенности

При смешивании с водой этот популярный материал порошкового вида твердеет, превращаясь в окаменевшую глыбу. Отвердевание происходит при излишней влажности воздушной среды или наличии жидкости. Присутствие воды – важное условие затвердевания готового продукта.

В зависимости от состава выделяют несколько видов цемента. Каждый из них обладает свойственной только ему степенью твердости, по ней и определяется марка, качество продукции. Цемент, который сделан из горных пород, достаточно надежен. Его изготавливают только из качественных материалов.

Самыми широко применяемыми считаются марки от М200 до М600. Использование необходимого вида основано на сфере его использования.

Портландцемент – самый широко используемый вид минерального состава, который также называют силикатным. Он затвердевает в водной среде и в соседстве с влажным воздухом. Порошкообразное вещество серо-зеленого цвета легко растворяется в воде при замешивании. Как только смесь начинает схватываться, начинается медленное отвердевание.

Портландцемент входит в рецептуру практически всех групп цементных смесей. Применение этой марки в чистом виде – очень редкое явление. В основном, он входит в состав смесей, строительных бетонов, растворов.

Пластифицированный цемент обладает большими преимуществами перед другими видами. Его применение помогает понизить траты и время на замешивание сухой смеси. Состав не подвергается воздействию низких температур, излишней влажности, испарению и прочим негативным влияниям внешней среды.

Шлаковый цемент в составе имеет доменный шлак и измельченный клинкер. В эту марку внесены дополнительные вещества в виде известкового порошка и гипса. Такой цемент необходим при соединении строительных смесей.

Глиноземистый высокоактивный цемент имеет уникальный состав. Время до начала затвердевания – всего 45 минут. А до полного застывания раствора необходимо около 10 часов. Основное преимущество этого состава перед другими состоит в том, что независимо от насыщенности воздуха влагой, он быстро схватывается. При добавлении этого типа цемента в бетон в нем проявляются новые качественные признаки: устойчивость перед сыростью, коррозией, большими перепадами температур.

Основными составляющими цементного состава кислотоупорного типа являются кремнефтористый натрий и кварцевый песок. В обыкновенной воде раствор из такого вещества не получить. Для приготовления смеси из этого порошка применяется жидкое стекло, в основе которого использован натрий. Плюсы кислотоупорного цемента в том, что он очень устойчив к минеральным и органическим кислотам. Но при их наличии и применении срок эксплуатации снижается очень быстро.

Цветной цемент в составе имеет простой портландцемент, в который добавлены пигменты. Используется данная марка для декорирования зданий и является частью составов, которые применяются при строительстве шоссе на основе бетонных смесей. При смешивании с водой портландцемент образует материал пластичной структуры. В процессе высыхания он превращается в камень.

Плюсы такого вещества:

  • затвердевание без посторонних усилий;
  • высокопрочное и твердое вещество, получаемое после затвердения;
  • повышенная химическая безопасность;
  • это экологически чистый продукт;
  • пожаробезопасность;
  • низкая стоимость;
  • универсальность.

Белый цемент – это порошок, который приобретает свой светлый цвет при специализированной технологии выработки и определенном составе. В его рецептуре имеется клинкер с малым содержанием железа, содержатся минеральные добавки известняка, хлористых соединений, гипса. Такой состав придает смеси светлые оттенки.

При обжигании такого набора веществ и резком охлаждении идет повышение прочности получаемых изделий.

Состав

Цемент – порошкообразное сухое вещество. Главными составляющими, при соединении которых получается этот материал, являются несколько важных компонентов.

Клинкер – составная часть, отвечающая за прочность. Получение его происходит при обжигании известняка или глины. Является основой готового продукта, в смесях используется в виде гранул диаметром до 6 см. Получение клинкера происходит при температуре, превышающей 1500 градусов Цельсия. При ней происходит плавление с получением смеси, богатой содержанием кальциевого диоксида и кремнеза. Они выполняют функцию регуляторов качественных характеристик цементной смеси. Полученные гранулы измельчаются до мелкой пыли, затем происходит их обжиг.

Гипс отвечает за скорость отвердевания состава. Фиксированное содержание гипса в смеси – 6% очищенного гипса или гипсового камня в виде порошка. При этом в гипсовом камне допустимо наличие примесей.

Специализированные добавки и наполнители усиливают качественные характеристики получаемого раствора, увеличивают спектр применения в различных областях жизни.

Процентное содержание этих составляющих частей в смеси регулируют область использования цементного порошка и его свойства.

Свойства

Цементный порошок – вещество из минерального сырья, которое имеет способность затвердевать при соединении с водой при наличии воздуха.

Для такой смеси характерен ряд важных свойств:

  • Коррозионная стойкость. На затвердевший камень из цемента оказывают воздействие множество негативных факторов внешней среды. При избыточном количестве влаги может возникнуть коррозия железобетонных предметов. Убрать ее можно несколькими способами, например, изменением состава минеральных веществ в рецептуре, добавлением компонентов, которые останавливают процесс окисления солей в изделии. При увеличении коррозионной стойкости добавляются полимерные вещества, снижающие количество пор, делая цемент долговечным материалом.
  • Морозостойкость. Показатель, характеризующий способность застывшего вещества выдерживать многочисленные перепады температур от низких до очень высоких. При застывании вода увеличивается в объеме, что может привести к возникновению трещин и расколу цементного камня. С целью повышения такого свойства, как морозостойкость, в состав смеси вносят минеральные добавки, усиливающие устойчивость к скачкам температур и повышению долговечности.
  • Водопотребность. Свойство, характеризующее впитываемость цементом заданного объема жидкости. Излишняя насыщенность раствора водой приводит к тому, что доля жидкости будет выдавлена наружу, при этом поверхность бетонного изделия потеряет прочность и может разрушаться. Данное свойство необходимо. При получении смеси с невысокой водопотребностью цемент приобретает повышенную морозостойкость и отличное качество. С высокой долей водопотребности сухого вещества раствор теряет прочность, становится пористым.
Выбор редакции:  Изготовление садовых фигур своими руками тонкости и секреты технологий
Добавить комментарий