Разбираемся из чего делают цемент. Из чего делают цемент

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 сайт 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:

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

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.

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.

Комментарий

Задать вопрос

«Вот так выглядит химический состав готового цементного порошка: 67% оксида кальция (СаО), 22% диоксида кремния (SiO2), 5% окиси алюминия (Al2О3), 3% оксида железа (Fe2O3), 3% прочие составляющие.»

Основные характеристики

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

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.

Комментарий

Руководитель бригады ремонтно-строительной компании "Дом Премиум"

Задать вопрос

«Буквой «Д» обозначаются данные о специальных добавках, использующихся в цементе. Например, Д10 говорит о том, что в сухую смесь добавили 10% добавок. Благодаря им удаётся придать готовой конструкции дополнительную прочность и морозостойкость.»

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.

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.

Комментарий

Руководитель бригады ремонтно-строительной компании "Дом Премиум"

Задать вопрос

При выборе цемента обращайте внимание на такой показатель, как тонкость помола. Чем мельче структура порошка, тем крепче будет смесь.»

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.

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:

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.
Затем гранулы дополнительно дробят. Измельчение происходит в специальных перемалывающих мельницах. Они представляют собой барабаны с помещёнными туда стальными шариками.
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.

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 %;

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.

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;

Ингредиенты берут в определенном соотношении, что обеспечивает образование силикатов кальция, алюмоферритной и алюминатной фаз

время застывания. На процесс гидратации и окончательного застывания материала влияет тонкость помола клинкера. По мере уменьшения зерна увеличивается прочность. При определении застывания растворов и бетонов учитывается нормальная густота состава. Продолжительность до схватывания зависит от водопотребности и количества минералов. При нормальной густоте схватывание заснимает от 45 минут до 10 часов. При увеличении температуры сроки сокращаются, в холодное время – увеличиваются;
водопотребность – это потребление воды для гидратации вещества и приобретения достаточной пластичности. Обычно рекомендуется состав с 15–17 % жидкости. Для увеличения подвижности раствора можно закладывать воду в пропорции 30–35 %;
плотность насыпи. Истинная плотность материала составляет 3000–3100 кг/см3. Плотность после высыпания 900–1100 кг/см3, после уплотнения показатель составляет 1400–1700 кг/см3;
устойчивость к коррозии. На показатель влияет минеральный состав и . По мере снижения зернистости клинкера и увеличения пористости уменьшается устойчивость к коррозии;
тепловыведение. В ходе застывания из цемента неизбежно выделяется тепло. Если скорость течения процесса относительно низкая, уменьшается риск появления трещин в процессе эксплуатации. Быстрое тепловыделение – это нежелательный процесс при строительстве многоэтажных и высоконагруженных зданий. Для регулировки тепловыделения в состав вносятся активные и инертные добавки;
морозостойкость. Показатель отражает устойчивость к замерзанию и оттаиванию как в пресной, так и солёной воде.

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 , 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

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, ;
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;

Прочность. Это параметр, который отвечает за разрушение материала под воздействием определенных условий

гипс влияет на скорость гидратации цемента. Стандартно в состав добавляется до 6 % компонента;
различные вспомогательные добавки. Присадки используются для увеличения пластичности состава, повышения устойчивости к холодам, ускорения застывания. Благодаря наличию добавок цемент можно применять в более широком спектре работ.

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:

Перемешивание всех компонентов для создания клинкера. В его состав вводится 75 % известняка и 25 % глины.
Обжиг при воздействии высокой температуры, процедура помогает сформировать клинкер. Глина с известью соединяются при нагреве до температуры 1450 °С и выше.
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.

Цемент. Классификация и маркировка.

Вот без чего не обойтись ни на одной стройке, так это без цемента. Значения не имеет, какой дом строится: деревянный или кирпичный. Разница лишь в его количестве. Фундамент нужен любому дому. А в кирпичном же вдобавок он идёт на кладку. При блочном же строительстве из него отливаются целые комнаты. А дорожное строительство? А защита от морской стихии? А отвод селевых потоков? А мосты и плотины через бурные реки? Выстрадан был этот строительный материал опытным путём в течение столетий, потому надёжен и имеет такое значение.

Предыстория

Как только человек начал строить жилище из камня, сразу же понадобилось средство, которое бы связывало эти камни. Поначалу это была просто глина. Но такие построики долговечностью не отличались, да и внешне здание выглядело непрезентабельно. Потом были замечены связующие свойства извести. Сначала это обнаружили древние греки и римляне, причём римляне обнаружили, что при добавлении в известь пуццолана (вулканического пепла) и трасса (затвердевшего пепла вулканов) высохшая кладка становится почти монолитной. На Руси из глинистых известняков получалась серая известь, схватывающаяся в сырой и влажной кладке. Практически и Рим, и Русь почти подошли опытным путём к изготовлению цемента: и в глинах и в пуццолане содержались оксиды железа и алюминия, которые в результате воздействия воды и извести подвергались процессу гидратации. Потом длительное время изменений в составе связующего средства не было (менялись лишь наполнители в растворах). И уж недавно в 1822- 1824 г .г. почти одновременно русский Челиев и шотландец Аспинд получили строительные смеси, близкие по составу к современным цементам. Причём шотландец додумался до получения клинкера и производства из него цемента. Название "портландцемент" также пошло из Англии, так как бетон из цеменда шотландца и цветом, и прочностью напоменал камень, добываемый в горах близ города Портланд.

Что такое цемент?

Сам собой в природе он нигде не образуется. И, слава Богу, иначе бы не видать нам песочка и травы, ходили бы по бетону. Это искусственный строительный материал, образующий при смешении с водой вяжущую пластичную массу. По прошествии времени масса затвердевает и становится камневидным телом, монолитом. От других вяжущих веществ цемент отличает то, что он набирает прочность и монолитность в условиях повышенной влажности и даже под водой. Если же взять воздушную известь или гипс в качестве вяжущих, то они затвердевают только на воздухе. Причина в том, что в бетоне цемент твердеет не столько благодаря испарению воды, сколько тем, что вода вступает в реакцию с цементом. При этом образуются только твёрдые или кристаллические вещества и выделяется тепло. Скорее всего, именно поэтому процесс смешивания цемента и воды называют затвором, а не растворением. Образование монолитной массы происходит в результате гидратации цемента. Поэтому, если дать бетону быстро высохнуть на солнце, его "порвёт", то есть он пойдёт трещинами и начнётся его разрушение. Чтобы этого не произошло, его смачивают до тех пор, пока бетон полностью не затвердеет.

Производство цемента

Для начала надо заготовить сырьё. Сырьем служат известняки. Наилучшие известняки для получения цемента ― это мергель, мел и известковые туфы. Доломиты и гипсы, хотя и являются известняками, качество цемента ухудшают. То есть, лучший цемент получается из мелкопористых известняков с отсутствием кремниевых включений. Известняк измельчают и тщательно смешивают с глиной. В получившейся смеси глины примерно четверть, остальное ― известняки. Это состав поступает в крутящуюся печь диаметром от 2 до 7 метров и длиной около 200 метров. В печи ― 1450°С, это "температура спекания", в это время частицы глины и известняка подплавляются и диффузируют друг в друга. Из печи состав выходит через 2-4 часа в виде спёкшихся комочков разной величины, это так называемый цементный клинкер. Далее клинкер измельчают до частиц величиной 1-100 мкм. При этом добавляется до 6% гипса, это нужно для предотвращения процесса схватывания цемента от влаги, находящейся в воздухе. Почему цемент так "торопится" схватиться от атмосферной влаги? Да просто поверхность слипания после помола очень велика: площадь поверхности частиц всего лишь одного грамма достигает 5000 см2. Добавляются ли другие минеральные добавки? Естественно, ведь цемент нужен и в фундаменте, и для кладки, и для перекрытий, нужен, к примеру, водоотталкивающий или быстро твердеющий цемент. Для получения разных свойств нужен разный состав, вот минеральные добавки и призваны для обеспечения тех или иных свойств.

Классификация цементов

Единой и всеобъемлющей классификации цемента, подобной периодической системе Менделеева или классификации растительного мира Карла Линнея, нет. Поэтому существует несколько классификаций, каждая из которых учитывает какую-то отдельную категорию признаков.

Например, существует классификация деления цементов по клинкеру , являющемуся основой их производства:

- портландцементный клинкер;
- высокоглиноземистый и глиноземистый клинкер;
- сульфатоферритный клинкер;
- сульфатоалюминатный клинкер.

По назначению цементы подразделяются на:

- специальные;
- общестроительные.

Некоторые классификации за основу берут вещественный состав . Тогда цементы подразделяются так:

- цементы с минеральными добавками;
- бездобавочные цементы.

Есть классификация, учитывающая прочность на сжатие:

- цементы, где не учитывается прочность;
- цементы с прочностью М600, М550, М500, М400, М300, М200.

Пара классификаций вообще учитывает временные отрезки. Одна, учитывающая скорость твердения делит цементы на:

- нормальнотвердеющие;
- быстротвердеющие.

Другая учитывает сроки схватывания:

- быстросхватывающиеся (до 45 мин);
- нормальносхватывающиеся (45 мин-2 час);
- медленносхватывающиеся (более 2 часов).

Маркировка цемента

В основе определения марки цемента лежит определение его прочности. Как её определяют? Тщательно перемешивается цемент с песком в отношении 1:3. Готовая смесь затворяется водой. Воды берётся в количестве 40% от веса цемента. Из получившейся пластичной массы лепятся кубики или параллелепипеды. Для правильного определения прочности такая заготовка выдерживается в воде в течение 28 суток. Потом эти кусочки бетона проверяются давлением на изгиб и на сжатие. Чаще всего для проверки прочности на сжатие берут половинки, образовавшиеся в результате разлома от проверки на изгиб. И, внимание! Та величина давления, которая понадобилась, чтобы раздавить заготовку, и есть марка цемента. Допустим, что понадобилось давление 500 кг/см 2 . Значит, это цемент с маркой 500.

Теперь разберёмся с маркировкой, написанной, к примеру, на мешке. Надпись ― МПЦ400-Д20. "М" означает, что конструкции с применением этого цемента будут морозоустойчивыми, буквы "ПЦ" означают, что это портландцемент, цифра 400 ― марка, означающая прочность на сжатие, "Д" ― это наличие органических добавок, а цифра после неё показывает процентное содержание этих добавок. Таким образом, перед нами мешок с морозостойким портландцементом марки 400 с 20% органических добавок.

Разновидности цемента

Во главе надо поставить высококачественный портландцемент, не содержащий даже минеральных добавок. Далее идут цементы, содержащие минеральные добавки для изменения свойств. К следующей группе относятся цементы, содержащие органические добавки (обычно это смолы). Выделяют также шлакоцемент, из которого делают массивные бетонные элементы здания. Много о разновидностях цемента могут сказать дополнительные буквы на маркировке.

1. Б. Быстротвердеющий, предназначенный для ремонтных работ.
2. БЦ. Белый цемент для отделочных и скульптурных работ.
3. ППЦ. Пуццолановый цемент с тонкоизмельчённым кремнезёмом. Главнейшее достоинство ― пониженное тепловыделение. Из-за этого верхние и внутренние слои отдают тепло равномерно, а, значит, бетон не будет трескаться.
4. СЦ. Сульфатостойкий цемент с защитой от разрушения бетона солями. Поэтому прекрасно подходит для гидротехнических сооружений.
5. ТЦ. Тампонажный цемент для заглушки газовых и нефтяных скважин.
6. ШЦ. Шлаковый цемент, производимый без клинкерной основы.
7. ЦЦ. Цветной цемент, получаемый благодаря введению красящих пигментов.
8. ПЛ означает, что используются пластификаторы, ГФ ― гидрофобные добавки., благодаря которым появляется эффект несмачиваемости, водоотталкивания.

Цемент – это искусственно созданный материал, без которого не может обойтись ни одно строительство. При этом в зависимости от способа производства и вида цемента, материалами для его производства могут быть различные природные вещества, придающие каждому типу цемента специальные свойства.

Из каких веществ состоит цемент?

Основным сырьем для производства цемента служат глинистые и карбонатные породы — клинкер, а в ряде случаев промышленные отходы – металлургические доменные шлаки.

Под «карбонатными горными породами» подразумеваются и используются для производства цемента: известняк, ракушечник, мел, мергель, доломит и прочие осадочные породы, имеющие аморфную карбонатно-глинистую, меловую или известняковую структуру.

Дело в том, что мел и известняк являются легко измельчаемыми веществами, что очень важно при производстве цемента – мелкодисперсного порошка с уникальными свойствами.

Под «глинистыми породами» подразумеваются: глина, суглинок, лесс и глинистые сланцы. Данные породы состоят из разных видов минералов (полевой шпат, кварц, силикат и пр.), которые имеют способность к увеличению объема, а также приобретают пластичность при контакте с водой.

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.

Кроме основных видов сырья в производстве цемента используются всевозможные присадки придающие «вяжущему» специальные свойства: глиноземистые и кремнеземистые добавки, плавиковый шпат, гипс, апатиты, флюориты, кремнефтористый натрий, хлористый натрий и другие.

Основные этапы технологии производства цемента, наглядно демонстрирующие из чего состоит цемент/

Добыча и обогащение основного сырья (известняк, глина и гипсовый камень);
Дробление, сушка, измельчение, перемешивание и корректировка сырья в четко оговоренных нормативными документами пропорциях;
Получение шлама в зависимости от принятого способов производства: мокрый, сухой или комбинированный;
Обжиг смеси сырья при температуре 1 450 градусов Цельсия – получение клинкера;
Измельчение клинкера до мелкодисперсного состояния;
Смешивание компонентов: измельченный клинкер, гипс и минеральных присадок.

Полученный мелкодисперсный порошок серо-зеленого цвета и есть самый широко применяемый тип «связующего – портландцемент той или иной марки.

Типы цемента – назначение и особенности

Белый цемент. Используется для производства фасованных строительных сухих смесей и возведения декоративных цветных конструкций. Характеризуется ускоренным набором прочности, уникальными декоративными свойствами, повышенной стойкостью к атмосферным факторам и высокой стоимостью по отношению к стандартному портландцементу;
Быстротвердеющие цементы. Представляют собой портландцемент со специальными присадками, ускоряющими процесс схватывания и гидратации;
Расширяющиеся цементы. Этот тип цемента изготавливают из глиноземистого цемента и гипса. В отличии от всех остальных типов «связующего» дающих усадку при схватывании, расширяющийся цемент в соответствии со своим названием увеличивается в объеме;
Водонепроницаемый безусадочный цемент. Применяется для гидроизоляции швов, строительства гидротехнических сооружений, подземных бетонных резервуаров, тоннелей и других конструкций, работающих в условиях повышенной влажности;
Гидрофобный цемент. Представляет собой цемент со специальными присадками, увеличивающими период гарантийного хранения и транспортировки в условиях повышенной влажности воздуха. Используют для приготовления морозостойкого и влагонепроницаемого бетона;
Глиноземистый цемент. Характеризуется очень быстрым набором прочности – до 50% марочной прочности в течение 24 часов. Процесс гидратации идет при значительном выделении тепла, что является положительным свойством при бетонировании в условиях низких температур;
Напрягаемый цемент. Бетон на основе цемента этого типа имеет положительное свойство расширяться при наборе прочности. Кроме того такие бетоны являются лидерами по значению коэффициента водонепроницаемости – до W20, что весьма актуально при возведении резервуаров, бассейнов, монолитных кровель и гидротехнических сооружений без обустройства дополнительной гидроизоляции;
Пуццолановый цемент – портландцемент с добавкой мелкодисперсного кремнезема. Характеризуется увеличенным периодом схватывания и низким тепловыделением при гидратации. Применяется для возведения мощных объемных бетонных конструкций;
Сульфатостойкий цемент. Характеризуется высокой стойкостью к воздействию агрессивных солей. Применяется для возведения гидротехнических сооружений работающих под воздействием морской воды;
Шлакопортландцемент. Изготавливается из измельченного металлургического шлака с добавкой активных веществ: известь, гипс и пр.

Слово цемент знакомо каждому. Даже те, кто никогда не занимался строительством, знают, что цемент нужен для раствора при кирпичной кладке, что он является основным компонентом железобетонных изделий. Однако мало кому известно, из чего делают цемент.

Особенности

Цемент распространен повсеместно. Он применяется не только при возведении всевозможных строений. Без него не обойтись при проведении реставрационных и ремонтных работ. Пока еще замены цементу не существует. Этим оправдывается его востребованность.

Основой строительного материала являются вяжущие неорганические составляющие. Цемент необходим при производстве панельных плит. Из него делают штукатурные и кладочные растворы. В составе бетонов цементу отводится одно из главных мест.

По сути, цемент – это мелкодисперсный порошок. Основная особенность порошковой массы заключается в том, что при взаимодействии с водой она постепенно начинает твердеть. Процесс взаимодействия двух компонентов (цемента и воды) завершается образованием сплошного массива, по твердости схожего с природным камнем.

Прочная структура образуется при избыточной влажности. Происходит реакция как на открытом воздухе, так и в воде. Цемент после отвердевания сохраняет прочность длительное время.

Свойства

Физические характеристики цемента зависят от нескольких факторов.

Наиболее значимыми являются:

виды добавок;
степень помола;
состав.

Тонкость помола цемента влияет на прочность и время, необходимое для затвердевания. Мелкий помол обеспечивает большую прочность и более быстрое застывание.

Чем мельче частицы порошка, тем прочнее получается бетон, тем быстрее он схватывается. От степени помола зависит и стоимость материала.

Для определения тонкости помола используют специальное сито с мельчайшими ячейками до 80 мкм. При приготовлении раствора из цемента слишком мелкого помола требуется больше воды. Устраняется этот недостаток путем смешивания частиц разного размера: крупных и мелких. Крупными считаются пылинки в 80 мкм, а мелкими – в 40 мкм.

Цементу присущи следующие свойства:

прочность;
коррозионная стойкость;
морозоустойчивость;
водопотребность;
время схватывания (застывания).

Прочность

Этот показатель зависит от марки. Определяют прочностные свойства посредством проведения испытаний на сжатие. Опытную болванку выдерживают под нагрузкой в течение лунного месяца – 28 суток. После испытаний образца цементу присваивается соответствующее обозначение. Измеряется прочность в МПа.

Для бытового использования пригоден цемент марок 300 – 600. Для изделий, требующих особой прочности, применяются более высокие марки– 700 или даже 1000.

Коррозионная стойкость

Железобетонные изделия под воздействием воды и других жидких сред начинают коррозировать. Устраняется негативное воздействие несколькими способами. Например, можно изменить состав, ввести в порошковую смесь гидроактивные материалы. Наличие специфических веществ препятствует возникновению пагубных химических реакций.

Коррозионная стойкость увеличивается при использовании полимерных добавок. В результате микропористость снижается, повышается долговечность изделий.

Наибольшей коррозионной защитой обладает пуццолановый цемент. Поэтому он используется для строительства сооружений, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности.

Морозоустойчивость

Одним из основных показателей качества цементы считается способность неоднократного замораживания и оттаивания бетонного изделия.

В цементном камне имеются микропоры, в которых находится вода. При замерзании вода может увеличиться в объеме на 8%.

Многократное замерзание и последующее размораживание с годами приводит к разрушению структуры камня, к появлению трещин.

В строительстве цемент без добавок не применяется. В разные марки добавляются компоненты, придающие цементу способность сопротивляться перепадам температуры.

В процессе изготовления бетона в него включаются добавки, вовлекающие воздух. Мельчайшие пузырьки воздуха распределяются равномерно внутри бетонного тела, чем решают проблему, связанную с замерзанием воды и ее расширением.

Водопотребность

Это выраженное в процентах количество воды, которое требуется для получения цементного раствора оптимальной консистенции.

В растворе номинальной густоты воды столько, сколько способен удержать в себе цемент. К примеру, в портландцементе эта величина находится в пределах 22-28 процентов.

Из цемента с низкой водопотребностью бетон получается более качественный , чем из того, у которого этот показатель высок. В первом случае изделия получаются устойчивыми к температурным перепадам. Во втором – бетон обладает повышенной пористостью и вовсе не пригоден для строительства. Такой цемент используют для производства железобетонных ограждений или дренажных сооружений.

Время схватывания

Это временной отрезок, приходящийся на изменение физических свойств цементного раствора от состояния пластичности до образования камня.

Идеальным считается раствор, застывающий не слишком быстро, но и не очень медленно. Время схватывания регулируется наличием в составе материала определенного количества гипса. Больший объем гипса обеспечивает скоростное схватывание. В то время как снижение его содержания способствует более продолжительному застыванию раствора.

Не так кардинально, как гипс, влияют на схватывание и другие факторы. В частности, значение имеет объем воды в растворе и температура окружающего воздуха в рабочей зоне.

По стандарту в нормальных условиях портландцемент начинает схватываться спустя три четверти часа. Процесс затвердевания должен закончиться через 10 часов.

Состав

Изготавливают цемент на специализированных предприятиях. Цементные заводы строят в непосредственной близости к местам добывания исходных материалов.

Сырье для его производства получают из естественных горных пород:

ископаемых карбонатного типа;
глинистых материалов.

Карбонаты имеют аморфную или кристаллическую структуру, от которой зависит эффективность взаимодействия материала с другими составляющими в процессе обжига.

К карбонатным породам относятся:

мергель (мергелистый известняк);
известняки, в том числе ракушечники;
породы доломитового типа.

Мергель

Ракушесник

Мел

доломит

Глинистые материалы – это осадочные горные породы. Обладая минеральной основой, они наделены пластичностью, а при избыточном увлажнении способны увеличиваться в объеме. Глинистые материалы используются при сухом методе изготовления.

К глинистым породам относятся:

глина;
суглинки;
сланцы на основе глины;
лесс.

Глина

Суглинки

Лесс

Кроме сырья, при производстве цемента используют корректирующие добавки.

Их получают из ископаемых, в состав которых входят:

апатиты;
глинозем;
плавиковый шпат;
кремнезем.

Вводимые по определенной технологии добавки улучшают качество описываемого материала.

Кремнезем

Глинозем

Плавиковый шпат

Состав цемента зависит от требуемых характеристик, которые определяет присвоенная материалу марка.

Самый популярный портландцемент состоит из:

60% извести;
25% кремниевого диоксида;
10% оксидов железа и гипса;
5% алюминия (глинозема).

В различных марках процентное соотношение исходных материалов отличается, как и сам состав. К примеру, шлакопортландцемент имеет в своем составе шлак. Количественные пропорции могут меняться и с особенностями выбранной технологии изготовления строительного материала.

Для любых марок цемента и при любых способах его получения неизменными составляющим остаются известняк и глина. Причем известняка всегда втрое больше глины. Такое соотношение способствует получению качественного клинкера, из которого и делают цемент.

В промышленности для выпуска цемента используют следующие компоненты:

клинкер;
гипс;
специальные добавки.

Гипс

Клинкер

Клинкер – самая весомая составляющая цемента. Он определяет прочностные качества конечного материала. Клинкер вступает в процесс производства в виде гранул. Диаметр гранул варьируется в пределах 10-60 мм. Термообработка составляющей производится при температуре около полутора тысяч градусов.

Количество гипса определяется установленным периодом твердения. В базовом варианте гипс в виде порошка входит в цемент в объеме 6%.

Добавки позволяют усиливать конкретные характеристики. С их помощью цемент получает дополнительные свойства, что существенно расширяет его возможности.

Производственные этапы изготовления цемента

Сначала производится смешивание известняка с глиной в соотношении 3/1. Затем смесь подвергается обжигу при высокой температуре. В результате образуется исходный материал для получения цемента. Называется он клинкер. Гранулированный клинкер отправляют на измельчение в шаровые мельницы.

Существует три способа получения цемента.

В зависимости от технологии изготовления он может быть:

мокрый;
сухой;
комбинированный.

Различия состоят в методах подготовки исходного сырья.

В соответствии с мокрой технологией используется не известь, а мел. Его смешивание с глиной и другими ингредиентами происходит с добавлением воды. В результате получается шихта влажностью от 30 до 50 процентов. Шихта преобразуется в шарики клинкера во время обжига.

По сухой технологии укорачивается процесс изготовления, так как две операции (сушка и измельчение) объединяются в одну. Получаемая шихта становится порошкообразной.

На разных предприятиях комбинированный способ используют по-разному. В одних случаях сначала получают сухую шихту, а затем увлажняют ее. В других используют не мокрый, а полусухой способ с низкой влажностью, не превышающей 18%. Обжиг выполняется в обоих случаях.