Цемент процесс. Как 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 (CaSO 4 -2H 2 O) или природного ангидрида (CaSCu). Гипсовое вяжущее имеет огромную историю применения с древнейшего времени до сегодняшних дней. Самые яркие примеры - роскошные лепные и скульптурные украшения, листовые материалы (ГВЛ, ГКЛ) для сухих методов строительства и отделки.

Гидравлические вяжущие вещества

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

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

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

История цемента

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

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

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

Технология производства

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

"Сухой" и "мокрый" способ

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

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

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

Химическая основа

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

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

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

Виды цемента

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

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

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

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

Белый цемент

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

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

Состав и прочность

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

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

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

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.

• Время схватывания . Отрезок времени, за который свойства цемента приобретают пластичность, называют схватываемостью. Замер этого промежутка происходит при помощи специальных приборов. Раствор с наилучшими качественными характеристиками застывает в течение 45 минут. Процесс может продлиться до 10 часов. На это свойство влияет содержание минеральных веществ, например, гипса. При увеличении дозы гипсового порошка время застывания уменьшается.
• Тонкость помола . Данное качество вносит коррективы в период застывания цемента. Чем крупнее измельчен порошок, тем ниже скорость отвердевания раствора. При этом очень мелкий порошкообразный состав увеличивает потребность влаги при замешивании. Поэтому стоимость цементной смеси определяется во многом степенью помола.
• Прочность . При определении прочности состава выполняют сжимание опытного образца по прошествии 28 суток с момента закладки. После испытаний цементу присваивается марка от 300 до 600. А для специальных целей – от 700 до 1000.
• Изменение объема . При затвердевании цемента очень часто возникают деформации, например, усадка. Если это показатель очень высокий, с течением времени может произойти разрушение бетонного блока. Соответствие принятым стандартам проводится в специальных условиях.

Сфера применения

В настоящее время цементная смесь считается широко используемым строительным материалом. Область ее применения очень обширна. Этот порошок включают в растворы при заливке фундаментов, установке кровель, настиле напольных покрытий, закреплении санитарно-технических приборов. Главная задача цементной смеси – соединение частей конструкций строящихся зданий.

Цемент входит в состав бетонных смесей, раствором выравнивают поверхности. Универсальность этой смеси доказана его повсеместным применением.

Область применения цемента зависит от типа его марки. Наибольшее распространение получили марки 400 и 500 . Они включены в бетонные смеси при любых видах строительства.

• Цемент марки М600 применяют для возведения военных бункеров, ракетных шахт и прочих объектов.
• Портландцемент применяется во всех строительных работах.

• Глиноземистый состав необходим при аварийных работах повышенной срочности, например, в зимнее время. Такой вид цементного раствора быстро застывает, но его применение ограничено в районах с повышенными температурами.
• Магнезиальная смесь получила применение в подготовке магнезиальных полов.
• Белый цемент обладает уникальными качествами, которые допускают его применение в создании скульптурных и архитектурных сооружений. Возможно его введение в составы для декоративной отделки поверхностей.

• Кислотоупорный состав предназначен для замешивания растворов бетона, не подверженного разъеданию кислотами. Однако при воздействии щелочей такой цемент становится рыхлым.
• Гидрофобный цемент нашел свое применение в сфере создания бетона с повышенной пористостью.
• Водонепроницаемая смесь используется при создании гидроизоляционных покрытий в условиях избыточной влажности, например, при изоляции трещин в строениях.
• Шлаковый цемент используется в строительстве объектов под землей и под водой.

Водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов . Цемент является гидравлическим вяжущим и обладает способностью набирать прочность во влажных условиях, чем принципиально отличается от некоторых других минеральных вяжущих - (гипса , воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.

Цемент для строительных растворов - малоклинкерный композиционный цемент, предназначенный для кладочных и штукатурных растворов. Изготовляют совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок и наполнителей.

Исторические сведения

• романцемент - преобладание белита, в настоящее время не производится;
• портландцемент - преобладание алита, наиболее широко распространен в строительстве;
• глинозёмистый цемент - преобладание алюминатной фазы;
• магнезиальный цемент (Цемент Сореля) - на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
• смешанные цементы - цементы, получаемые путем смешения вышеприведенных цементов с воздушными вяжущими, минеральными добавками и шлаками, обладающими вяжущими свойствами.
• кислотоупорный цемент - на основе гидросиликата натрия (Na 2 O·mSiO 2 ·nH 2 O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия , затворяется водным раствором жидкого стекла.

В подавляющем большинстве случаев под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера. В конце ХХ века количество разновидностей цемента составляло около 30.

По прочности цемент делится на марки, которые определяются главным образом пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40*40*160 мм, изготовленных из раствора цемента состава 1 к 3 с кварцевым песком. Марки выражаются в числах М100 - М600 (как правило с шагом 100 или 50) обозначающим прочность при сжатии соответственно в 100-600 кг/см2 (10-60 МПа). В настоящее время цемент марки М300 и менее не выпускается. Цемент с маркой 600 благодаря своей прочности называется «военным» или «фортификационным» и сто́ит заметно больше марки 500. Применяется для строительства военных объектов, таких как бункеры, ракетные шахты и т.д.

Также по прочности в настоящее время цемент делится на классы. Основное отличие классов от марок состоит в том, что прочность выводится не как средний показатель, а требует не менее 95% обеспеченности (то есть 95 образцов из 100 должны соответствовать заявленному классу). Класс выражается в числах 30-60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).

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 СaSO 4 ∙2H 2 O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1470°C в течение 2-4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 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: Al 2 O 3 ∙2SiO 2 ∙2H 2 O → Al 2 O 3 ∙2SiO 2 + 2H 2 O; далее при температурах 600…1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
• декарбонизации (900…1200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО 3 → СаО + СО 2 , одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al 2 O 3 , SiO 2) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al 2 O 3 - сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С 3 А), протекающих ступенчато;
• экзотермических реакций (1200…1350 °C) завершется процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С 3 А, С 4 АF (F - Fe 2 O 3) и C 2 S (S - SiO 2) - 3 из 4 основных минералов клинкера;
• спекания (1300→1470→1300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C 2 S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С 3 S);
• охлаждения (1300…1000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Мировое производство цемента

В 2002 году мировое производство цемента достигло 1,8 млрд. т. В тройку крупнейших производителей вошли Китай (704 млн. тонн), Индия (100 млн. тонн), и США (91 млн. тонн).

Цена на цемент на европейских биржах составляет около 100$ за тонну. Цены на цемент в Китае составляют около 40$ за тонну. Большинство биржевых сделок с цементом в России на 2010 год осуществляется на Московской Фондовой Бирже.

Источники

Райхель В., Конрад Д. Бетон: В 2-х ч. Ч. 1. Свойства. Проектирование. Испытание. - М.: М.: Стройиздат, 1979. С. 33.Пер. с нем./Под ред. В. Б. Ратинова.

• Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Справочник по строительному материаловедению. - М .: Инфра-Инженерия, 2010.

См. также

Примечания

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Цемент" в других словарях:

цемент - а, м. ciment m., нем. Zement, Cement, гол. cement <лат. caementum битый камень. 1. Стены в слюзах снаружи токмо аршина в полтора или меньше выкладены тесаным камнем ит смазано сементом, а затем кладены полевыя каменье с ызвестью. 1725. Татищев … Исторический словарь галлицизмов русского языка

- (нем. Cement, от лат. caementum известковый раствор). Известковая смесь, употребляемая, как связующее вещество при каменных постройках. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЦЕМЕНТ искусственно… … Словарь иностранных слов русского языка

Самым распространенным скрепляющим материалом в строительстве является цемент, который изготавливается на основе магнезиальных или карбонатно-силикатных горных пород. Последняя разновидность занимает более 90% рынка и называется портландцементом. Процесс производства включает несколько этапов, ассортимент выпускаемых минеральных вяжущих материалов широкий, узнать по маркировке область применения порошка будет полезно каждому строителю.

Из чего делают цемент — основное сырье

Исходными материалами для производства служат твердые полезные ископаемые, вблизи которых и располагают цементные заводы. Используются при изготовлении клинкера — продукта совместного обжига горных пород — карбонатные камни и глины. Первая категория минеральных образований потребляется в большем количестве и представлена известняковыми разновидностями аморфной или кристаллической структуры, это:

• мел — мягкая горная порода белого цвета, состоит из карбоната кальция с примесью магния, оксидов металлов и зерен кварца;
• мергель — естественная смесь из 50-75% кальцитовых производных с 25-50% силикатных глинистых образований, хорошо подходит для производства цементного клинкера;
• ракушечник — это известняк из раковин морских животных, его метаморфизованная давлением при высокой температуре разновидность называется мрамором;
• доломит — помимо кальциевого карбоната СаСО3, имеет в составе магниевую составляющую: MgCO3.

Глинистые породы, привносящие в клинкер силикаты, это лесс, суглинки и глинистые сланцы. Для удешевления производства и придания цементу особых свойств в технологии используют легирующие добавки — глинозем, железо, кремний, отходы металлургических заводов.

Что такое цементный клинкер

Это продукт, полученный спеканием при температуре 1450°С двух горных пород: 75% известняка и 25% глины. Из обжиговой печи клинкер выходит в виде гранул Ø10-60 мм.

По химическому составу прокаленный щебень каждого из производителей может отличаться, приводится усредненный расклад в процентах:

• СаО — 67;
• SiO2 — 22;
• Al2O3 — 5;
• Fe2O3 — 3.

Щебень из печи — не единственный компонент в производстве портландцемента. Для замедления времени схватывания конечного продукта размол гранул до тонкодисперсного порошка производится с добавлением в клинкер до 6% сульфата кальция CaSO3, содержащегося в гипсе или гипсовом камне.

Измельчение ингредиентов осуществляется шаровыми мельницами с перекачиванием готового продукта в многотонные силосы пневматическим транспортом.

Изготовление цемента регламентируется государственными стандартами: ГОСТом 30515-2013 — общие техусловия, ГОСТами 10178-85 и 31108-2003 на строительные портландцементы. Для специальных видов разработаны отдельные нормативы.

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.

Что такое марка цемента

Прочностной характеристикой портландцемента является его марка, которая устанавливается по результатам испытаний кубических образцов с гранью 10 см на сжатие. Состав раствора для заполнения форм: на 1 часть вяжущего порошка 3 меры чистого кварцевого песка.

После добавления воды масса перемешивается и остается твердеть на 28 дней. Заливается одновременно 6-10 металлоформ.

Из них произвольно отбирается 6 образцов и раздавливается под прессом. Среднее арифметическое давление рассчитывается по 4 кубикам, разрушившимся под наибольшей нагрузкой. Значения, измеренные в кг/см², укажут на марку цемента по ГОСТ 10178-85. Отображение напряжения в метрической системе единиц выполняется по ГОСТ 31108-2003 в МПа. Здесь распределение осуществляется по классу прочности цемента.

Получается, что для оценки прочностной характеристики одновременно пользуются старой и новой классификациями. Цифровой ряд марок: М200, М300, М400, М500, М600. Соответствующие значения класса твердости: В15; В22,5; В32,5; В42,5; В52,5.

Маркировка

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 — ; 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.

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 <20% пуццолана, и композитные, в которых присадки суммарно не превышают того же значения;
• III — шлакопортландцемент при содержании шлаков 36-65%;
• IV — пуццолановый цемент с добавкой 21-35%;
• V — композиционный порошок, включающий в состав 11-30% шлака и в тех же пределах пуццолан.

У каждой из присадок в обозначении своя буква: И — известняк, З — зола уноса, МК — микрокремнезем, К — композитная добавка, Г — глиеж, Ш — шлак, П — пуццолан. После следует цифра класса прочности, за ней буквы: Н — нормальное время твердения, Б — быстрое схватывание. Пример: шлакопортландцемент ЦЕМ III/А 32,5Н ГОСТ 31108-2003. Расшифровывается так: прочность цемента 32,5 МПа, он нормально-твердеющий, содержит 36-65% шлака.

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 ;
• 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, 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.

Цемент входит во многие составы: бетон, железобетон, штукатурку, шпатлевку, кладочный раствор. Его применяют при возведении сложных конструкций, в подводном, подземном строительстве, для автоклавных материалов.

Говоря о столь востребованном стройматериале, сразу вспоминается однородная сыпучая смесь серого цвета. Однако определение будет неточным, если не дополнить – это искусственно полученное, неорганическое вяжущее вещество. При взаимодействии с водой он преобразуется в довольно пластичную массу, которая впоследствии затвердевает и становится камнеподобной. За способность набирать прочность при влажных условиях его относят к гидравлическим веществам.

Марка цемента – главенствующий показатель его крепости. Существует множество классов: М100, 150, 200, 250, 300 и даже М600. Но наибольшим спросом пользуются марки от М350 до 500. Числовое значение указывает, какую нагрузку способен выдержать 1 см2 затвердевшей композиции. Например, предел прочности М400 на изгиб и сжатие – 400 кг/см2.

Из чего делают материал?

Делают цемент из 2 основных элементов: гипса и клинкера. Под последним следует понимать продукт равномерного обжига сырьевой массы, состоящей из глины и известняка определенного состава, до спекания. Иногда в клинкере может дополнительно находиться мергель, нефелиновый шлам, доменный шлак. С введением минеральных добавок (до 15-20 % от массы) свойства несколько меняются. Самыми распространенными примесями-модификаторами являются: бокситы, пиритные огарки, пески, колошниковая пыль. Если содержание добавочных веществ превышает 20 %, получается пуццолановый цемент, не боящийся взаимодействия с сульфатными и пресными водами.

Состав вяжущего продукта обуславливается обжигом сырьевой смеси. Из известняка при определенных температурах образуются оксиды кальция, которые при дальнейшем нагревании вступают в сложную реакцию с компонентами глины. Как результат, формируются соединения, способные после тонкого помола и затворения водой твердеть и превращаться в камнеподобное тело.

Химический состав:

1. CaO – оксид кальция 67 %;
2. SiO 2 – диоксид кремния 22 %;
3. Al 2 O 3 – амфотерная окись алюминия 5 %;
4. Fe 2 O 3 – оксид железа 3 %;
5. посторонние элементы 3 %.

Разновидности цемента

Характеристики во многом зависят от содержания минеральных композиций и пропорций компонентов. В промышленном и частном строительстве наиболее востребованными составами считаются:

1. Портландцемент.

Представляет собой смесь тонкого помола гипса, цементного клинкера и корректирующих добавок (трепелы, опоки, пиритных огарков) с преобладающей долей силикатов кальция (вплоть до 80 %). Чем больше его механическая прочность, и чем скорее она достигается, тем качественнее считается материал. В связи с этим ПЦ, что характеризуется высоким ростом крепости, именуют быстротвердеющим. Сверхпрочным называют его при выдерживании максимальной нагрузки на сжатие и изгиб. Данные характеристики отражаются в маркировке. Используется почти во всех сферах, начиная от облицовки зданий и заканчивая массовым производством сборных бетонных/железобетонных конструкций. О таком показателе, как плотность цемента, читайте в .

2. Шлакопортландцемент.

Создается путем измельчения определенного количества гипса, клинкера и гранулированного шлака (обычно доменного – продукта, полученного при выплавке чугуна в печи). Технология изготовления вяжущего вещества подразумевает обязательное высушивание отхода от металлургического производства до влажности, не превышающей 1%. По окончании материал выходит не столь морозостойкий, как обычный цемент, да и твердеет он медленнее. Однако низкая стоимость и отличная сопротивляемость сульфатам делают его востребованным.

Сфера использования: приготовление бетонных смесей, стеновых блоков, всевозможных строительных растворов. Его позволительно применять при создании не только наземных сооружений, но и подземных, которые подвергаются воздействию минерализованных/пресных вод.

3. Глиноземистый.

Делают по проверенной технологии: глиноземом обогащают исходные компоненты – чистые известняки и бокситы. Под последними стоит понимать горные породы, чье содержание основывается на гидратах и примесях. Присуще преобладание в составе клинкера однокальциевого алюмината. Этим и обуславливаются главные характеристики: быстро схватываться, быть устойчивым к влаге, термическим воздействиям, в частности, открытому огню.

За счет водонепроницаемости часто используется в зимнее время. А благодаря высокой скорости затвердевания он незаменим при оперативных аварийных работах. Другая сфера – изготовление на его базе различных жаростойких бетонов.

4. Магнезиальный.

Ключевым отличием является то, что в качестве активного компонента здесь выступает оксид магния. Чтобы его получить, берется мелкодисперсный магнезит (или доломит), в дальнейшем подвергающийся прокаливанию. Сам по себе минерал при растворении водой почти не выявляет вяжущих свойств. Но после его разведения солями магния (сульфидом/хлоридом) итоговая смесь приобретает необходимые параметры и вполне подходит для строительных работ.

Славится хорошей адгезией к различным наполнителям, в том числе органического происхождения, прочностью, невысокой теплопроводностью. Благодаря столь уникальным качествам его допускается применять в производстве облицовочных плит, лестничных ступеней, перегородок, термоизоляционных изделий (пенно-, газомагнезитов). Но главная область – обустройство бесшовных монолитных полов.

5. Пуццолановый.

Технология получения базируется на использовании клинкера, активных добавок (пуццолана – смеси вулканического пепла, туфа, пемзы; обожженного сланца; золы уноса; микрокремнезема), доля от общей массы которых – 20-40 %. Могут включаться вспомогательные присадки. Гипс всыпается в количестве, нужном для регуляции сроков схватывания.

От классического состава пуццолановый разнится тем, что ему свойственно более высокое сопротивление к коррозии, сульфатным водам. Достаточно морозостоек, показывает минимальное тепловыделение в процессе твердения. За счет присоединения легких минеральных добавок он обладает меньшим удельным весом, но те же присадки способствуют повышению выхода цементного раствора. Чаще всего применяется для приготовления бетонных/железобетонных изделий в подземных/подводных конструкциях. Если же речь идет о наземных постройках в сухом климате, неуместно пускать в ход, поскольку он будет сильно уступать портландцементу.

Редко используемыми материалами являются романцемент (соединение клинкера с доломитизированным мергелем и гипсом) и кислотоупорные продукты на основе кварца/диабаза, чье затворение осуществляется не водой, а жидким стеклом. Белые и цветные составы, напротив, востребованы, но лишь в области архитектурно-отделочных работ.

Технология производства

Чтобы получить цемент, обращаются к следующим этапам:

1. нагреванию смеси гашенной извести и глины до температурных отметок + 1450-1480̊ С; по окончании данного процесса образуются нужные гранулы клинкера;
2. соединению промежуточного продукта (клинкера) с гипсом и их дальнейшему перемалыванию до приобретения порошкообразного состояния;
3. введению добавок и присадок (при необходимости), которые положительно повлияют на свойства.

При изготовлении вяжущего состава строго соблюдаются не только производственные процессы, но и подготовительные мероприятия, соотношение компонентов. После того, как цемент получит законченный вид, его транспортируют на склады, где он дожидается отправки потребителю.

Стоимость разных марок

На формирование итоговой цены влияют многие факторы:

1. расфасовка – в больших объемах приобретать выгоднее, поэтому неудивительно, что мешок весом 0,05 тонн обойдется дешевле в расчете за 1 кг, чем 5-ти килограммовая упаковка;
2. сезонность (активность периода) – весна/лето, часть осени – время, когда строительство и ремонты в самом разгаре, а, следовательно, удорожание вяжущих составов небезосновательно;
3. территориальная ценовая политика;
4. престиж производителя;
5. прочностные характеристики – главный аспект в определении стоимости: чем выше предел крепости цемента при сжатии, тем качественнее он будет, а его цена выше.

Цена в зависимости от марки за 50 кг, рубли
М100	М150	М200	М250	М300	М350

Статьи