Из чего делают цемент: состав и свойства, из чего состоит и как получают

Химический состав, свойства и порядок производства цемента

Коровин Сергей Дмитриевич

Магистр архитектуры, закончил Самарский Государственный Архитектурно-Строительный Университет. 11 лет опыта в сфере проектирования и строительства.

Без этого материала невозможно представить современную строительную площадку. Цемент уже более ста лет позволяет сооружать крепчайшие конструкции, его используют для проведения ремонтных работ, с его помощью выполняют отделку помещений, но при этом мало кто задумывается, из чего делают цемент.

Итак, что такое цемент? Этот материал представляет собой порошок, в основу которого входят неорганические соединения. Взаимодействуя с водой, этот порошок начинает твердеть и приобретать прочность монолитного, крепкого материала, заполняя заранее приготовленную форму.

Реакция происходит при обеспечении достаточной влажности. После набора прочности, конструкции из цемента могут служить длительное время без изменения основных свойств. Заводы, занимающиеся производством данного материала, стараются располагать в непосредственной близости к источнику добычи сырья, так как объемы переработки и перевозки материалов для изготовления цемента достаточно высоки.

Чтобы понять, из чего состоит цемент, достаточно показать химический состав цемента, самого используемого в строительстве, — портландцемент. Его изготавливают, применяя следующие пропорции:

  • оксид кальция – не менее 60%;
  • диоксид кремния – не менее 20%;
  • глинозем – не менее 4%;
  • оксид железа – не менее 2%;
  • оксид магния – не менее 1%.

Формулы других видов цемента схожи, корректируется лишь количество каждого ингредиента.

Основные характеристики цемента

Строительные материалы, в том числе и цемент, чаще всего проверяют на соответствие следующим характеристикам:

  • Прочность. Для проверки данной характеристики потребуется изготовить бетонный цилиндр, который впоследствии подвергают испытаниям на сжатие. Длительность воздействия на образец &mdsah; не менее 28 дней. Именно этот срок требуется для полного набора прочности материалу. После проверки и сравнения показателей в МПа, можно установить марку данного цемента, которые обозначаются: М200, М300, М400, М500, М600;

  • Стойкость материала к воздействию коррозии. Находясь во влажной среде, бетонные конструкции, не обработанные специальными составами, подвергаются коррозии. Для устранения этого процесса рекомендуется использовать специальные добавки при формировании раствора для бетонирования. Тоже касается защиты от воздействия активных веществ и различной бытовой химии. Для работы в агрессивных средах и при повышенной влажности разработана специальная марка – пуццолановый цемент;
  • Морозоустойчивость. Данная характеристика определяется в циклах заморозки и разморозки материала, при которых он способен сохранять свои изначальные свойства. При замерзании влаги в порах и микротрещинах бетонного основания происходит расширение, что влияет на качество бетона и приводит к его разрушению. Для усиления структуры бетона, необходимо использовать специальные присадки, которые позволяют бетону выдерживать резкие температурные перепады. Также присадки используются для организации работы в зимнее время;
  • Водопотребность. Выражается в процентах по отношению к общему объему раствора требуемой пластичности. Максимальное значение водопотребности в портландцементе составляет 28%. Следует понимать, что смесь, которой требуется минимальное количество воды, дает более прочный и надежный бетон, а раствор, насыщенный водой, дает пористую структуру бетона, что характеризуется более низкой прочностью;
  • Срок схватывания. Данный показатель важен для организации работ. Он не должен быть слишком длительным или коротким, чтобы не нарушать процесс выполнения заливки основания или кладки. Данная характеристика регулируется количеством гипса в сухой смеси. Если объем гипса выше – схватывание происходит быстрее, если ниже – медленнее. Оптимально процесс вставания цемента происходит в течение 10 часов, а начало схватывания находится в пределах 40-50 минут.

Типы продукции по сфере использования

Для проведения различных видов работ требуются определенные качества раствора. Широкое применение получил портландцемент, который может использоваться для производства большинства видов работ. Но для специальных условий требуются другие марки:

  • Белый портландцемент. Данный материал отличает более тонкий помол и повышенное содержание гипса. Его применяют для оборудования наливных полов, так как белый цемент позволяет достичь высокого качества основания и привлекательного внешнего вида. При необходимости в состав цемента могут добавляться различные пигменты, что позволяет получать цветной раствор.
  • Сульфатостойкий портландцемент. Предназначен для сооружения конструкций, подвергающихся многократным воздействиям агрессивной и влажной среды. Этот материал используют при изготовлении свай и быков для мостов.
  • Шлаковый цемент. Используется для отливки конструкций и элементов, предназначенных для работы под водой или в земле.
  • Пуццолановый цемент. Характеризуется отличным сопротивлением к воздействию пресных вод и используется для монтажа гидротехнических конструкций.
  • Глиноземистый цемент. Данный материал применяется для возведения конструкций, работающих в морской воде, а также для производства ремонтных работ при отрицательных температурах.

Исходные материалы для приготовления

Размещение производства цемента стараются планировать рядом с основными запасами сырья. Сырьем являются природные горные породы, добываемые открытым способом. Итак, из чего производят цемент:

  • Карбонатные породы. К ним относят: мел; ракушечник и прочие известняки; доломит; мергель. В промышленном производстве в основном применяются известняковые породы. Данный материал позволяет повысить эффективность взаимодействия в процессе обжига.
  • Глинистые породы. К ним относят: глину; глинистые сланцы; суглинки; лесс. Данный материал необходим для обретения пластичности смеси и используется в основном при изготовлении цемента сухим способом.
  • Добавки. Для получения определенных качеств цементного раствора, необходимо к основному составу добавлять вещества, которые способны корректировать свойства материала. К добавкам относят: глинозем; кремнезем; плавиковый шпат; апатиты.

Добавки в цемент.

Как готовят цемент на производстве

Основными веществами, из которых производят цемент, являются известняк и глина. Из этих двух составляющих специальным образом готовят клинкер, который впоследствии смешивается с прочими добавками, определяющими качество, марку и свойства раствора. Среди обязательных добавок присутствуют: гипс, доломит, цементит.

Этапы производства цемента.

В природе имеется клинкер в чистом виде — мергель, но из-за небольших запасов этого минерала, использовать его в промышленных масштабах не получается, поэтому отечественные и зарубежные производители готовят клинкер из традиционных материалов.

Мергель.

Производство цемента разбито на следующие этапы:

  • Для подготовки клинкера необходимо тщательно смешать ингредиенты в специальных барабанах большой емкости.
  • На следующем этапе подготовленная масса поступает в печь, где происходит обжиг в течение 3-4 часов при температуре близкой к полутора тысячам градусов. В результате образуется клинкер в виде небольших фракций (до 5 см в диаметре).

Существует три способа изготовления цемента. Они различаются приемами обработки клинкера.

  1. Мокрый способ. Выработка клинкера производится с использованием воды, мела и глины. В результате смешивания веществ в барабане образуется влажная масса – шихта. Ее отправляют на обжиг, после чего полученные гранулы измельчают и смешивают с необходимыми добавками. Данный метод считается довольно затратным, поэтому в настоящее время чаще используют другие способы.
  2. Сухой способ. Позволяет сократить этап смешивания готовой смеси с добавками, так как весь процесс сводится к подготовке, дроблению и смешиванию уже готовых ингредиентов. Данная технология становится все более популярной, так как позволяет существенно сократить затраты на производство и конечную цену продукта.
  3. Комбинированный способ. В данной технологии используются различные формы производства клинкера, сочетающие в себе этапы производства, применяемые при сухом и мокром способах.

Как сделать цемент в домашних условиях

Прежде всего стоит сразу уяснить, что качественного продукта в домашних или гаражных условиях получить не удастся. Мало знать, как самому сделать цемент, ведь кроме этого потребуется приобрести специальное оборудование, ну или приложить максимальные мускульные усилия, что в конечном итоге оказывается довольно затратным и утомительным. Гораздо легче приобрести готовое изделие в магазине.

Наиболее простым способом получить в домашних условиях раствор, пригодный для цементирования мелких трещин, является приготовление смеси на основе следующих ингредиентов: воды, водной извести и каменной золы. Эти вещества перемешивают до получения однородной, вязкой массы, которую необходимо сразу же использовать, так как срок хранения этого раствора составляет не более двух часов.

Прочие варианты самостоятельного изготовления цемента предусматривают наличие печи для обжига материала и мельницы для размалывания клинкера в порошок.

Как сделать цементный раствор

Для приготовления цементного раствора потребуется сам цемент, вода и заполнитель (для штукатурных и кладочных растворов используется речной или карьерный песок).

Соотношение ингредиентов в растворе зависит от применения данного материала, но в большинстве случаев рекомендуется использовать формулу: 3 части песка на 1 часть цемента. Вода добавляется исходя из потребности в получении более пластичного или вязкого раствора.

При желании получить конструкцию с более высокими прочностными характеристиками, увеличивают долю цемента. Правильно начинать приготовление раствора со смешивания сухих фракций, и только после получения однородной массы начинают заливать воду небольшими порциями, постепенно добиваясь требуемой консистенции.

Из чего и как делают цемент?

Цемент – широко распространенный материал, который применяют при любых видах работ, связанных с ремонтом, реставрацией, строительством. Цементная основа – вяжущие компоненты неорганического происхождения. Из цемента производятся бетонные, кладочные, штукатурные растворы, железобетонные изделия, используемые при строительстве промышленных объектов и частных построек.

Особенностью порошкообразной цементной массы, смешанной с водой, является способность постепенно твердеть, превращаясь в каменный массив. Процесс приобретения эксплуатационной прочности происходит как в воздушной среде, так и в воде. Главное условие твердения – избыточная влажность.

Все сталкивались с цементом, однако мало кто знает, из чего делают этот универсальный строительный материал, как его производят. Его основа – клинкер, специальные минеральные добавки и гипс. Рассмотрим подробно, как делают цемент, какое сырье для этого используется.

По-прежнему клинкер – это основной компонент, входящий в состав цемента

Сырьевые материалы

Производство цемента осуществляется на специальных заводах, расположенных близко к местам добычи исходного сырья для его изготовления. Главным исходным сырьем для цементного производства являются следующие естественные породы:

  • ископаемые карбонатного типа. Это ценное природное сырье, отличающееся особенностями кристаллической структуры, физическими характеристиками. Материал может иметь кристаллическую или аморфную структуру, определяющую эффективность его взаимодействия при обжиге с другими компонентами;
  • глинистые материалы, горные породы осадочного характера. Они имеют минеральную основу, становятся пластичными, объемно увеличиваются при избыточном увлажнении. Сырье характеризуется вязкостью, применяется при сухом методе производства.

Мнение эксперта: Из чего делают цемент

Всегда покупайте упакованный в мешки цемент с аннотацией на упаковке и никогда не берите его на развес, так Вы максимально увеличиваете шанс приобретения некачественного продукта. Старайтесь выбирать максимально свежий продукт, так как цемент старого производства имеет низкие характеристики. Выбирайте продукт известных производителей. Для стяжки и заливки фундамента наиболее предпочтителен цемент марок М400 и М500.

Карбонатные породы

Остановимся на карбонатных породах, характерными представителями которых являются:

  • Мел, являющийся горной породой осадочного характера, которая легко перетирается, относится к разновидностям мажущего известняка. Он популярен при изготовлении цемента.
  • Мергель или мергелистый известняк – ископаемые осадочного типа, которые добываются в рыхлом или твердом состоянии, отличаются удельным весом, концентрацией влаги. Содержат примеси глины, что позволяет относить их к переходному сырью, имеющему много общего с известняковыми породами и ископаемыми на основе глины.

В состав входят активные минеральные добавки (15%) в соответствии со стандартами производства

Глинистое сырье

К глинистым породам относятся:

  • глина, содержащая минеральные включения, разбухающие при добавлении воды;
  • суглинки, являющиеся разновидностью глины, с повышенной концентрацией песчаной фракции и пылеобразных частиц;
  • сланцы на глинистой основе, относящиеся к горным породам с повышенной прочностью, которые при измельчении расслаиваются на пластинчатые частицы. Сырье характеризуется стабильным гранулометрическим составом, низкой концентрацией влаги.
  • лесс, представляющий рыхлую горную, непластичную породу, отличающуюся пористостью, мелкозернистостью. Содержит включения силиката, кварца.

Возможно применение отходов промышленного производства, других видов природных материалов и шлаков.

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.

Состав

Задумывались ли вы, из чего сделан цемент? Его состав обусловлен особенностями сырья и конкретной маркой продукции. Так, пользующийся широкой популярностью портландцемент имеет следующий состав:

  • Кремниевый диоксид (кремниевая кислота или кварц) – 25 %.
  • Известь – 60 %.
  • Алюминий (глинозем) – 5 %.
  • Оксиды железа и гипс – 10 %.

Сегодня производится множество видов цемента

Процентное соотношение ингредиентов может изменяться, согласно особенностям технологии и марки цементной продукции. Отдельные виды цементов, в частности шлакопортландцемент, включают в свой состав шлак, представляющий уголь, полученный в результате обжига клинкера.

Независимо от рецептуры, основные ингредиенты при изготовлении цементного состава – глина и известняк. Концентрация известняка трехкратно превышает содержание глины, что обеспечивает необходимое качество клинкера для производства цементной продукции.

Основными компонентами, из которых производят цемент, являются:

  • клинкер, определяющий прочностные характеристики, получаемый при обжиге исходного сырья (известняка, глины). Клинкер является основой конечной продукции, используется в гранулированном виде диаметром 10-60 мм. Клинкер термообрабатывается при температуре порядка полторы тысячи градусов Цельсия. Он плавится с образованием массы с высоким содержанием кальциевого диоксида и кремнезема, которые определяют эксплуатационные характеристики цементных составов. Гранулы дробятся до пылеобразного состояния с последующим обжигом;
  • гипс, процентное содержание которого определяет период твердения. Базовая рецептура предусматривает использование до 6% чистого порошкообразного гипса или гипсового камня, содержащего примеси;
  • специальные добавки, вводимые для усиления имеющихся свойств или придания составу специальных характеристик, расширяющих сферу применения.

Очень часто цемент применяют в строительстве для создания бетона и армированных конструкций

Процесс изготовления

Производство цемента осуществляется поэтапно, предусматривает следующее технологические операции:

  • Предварительное смешивание ингредиентов для изготовления клинкера, который делают из известняка, вводимого в количестве 75%, и из глины, доля которой составляет 25%.
  • Высокотемпературный обжиг, после которого образуется клинкер. Он – результат процесса соединения глины и извести под воздействием повышенной до 1450 градусов Цельсия температуры.
  • Измельчение, осуществляемое с помощью шаровых мельниц. Они представляют горизонтально расположенные барабаны с находящимися внутри стальными шарами, обеспечивающими измельчение клинкера до порошкообразного состояния. С уменьшением фракции помола возрастают эксплуатационные характеристики и марка цементного состава.

Этапы производства

Особенности производства предусматривают изготовление цемента различными методами, что сказывается на особенностях применяемого сырья. Это обусловлено расположением цементного производства, спецификой применяемого оборудования, спросом на определённые марки продукции.

Все варианты технологий отличаются только особенностями подготовки исходного сырья, которые осуществляются:

  • мокрым путем. Мокрая технология предусматривает использование вместо извести мела, смешивание которого с необходимыми ингредиентами происходит одновременно с измельчением в горизонтальном барабане с обязательным добавлением воды. При этом образуется шихта с концентрацией влаги 30-50%. Шихтовый материал обжигается в печи, превращаясь в шарообразный клинкер, который затем измельчается;
  • сухим методом. Сухая технология характеризуется уменьшенной себестоимостью производства цемента, сокращением технологического цикла. Это связано с объединением технологических операций, позволяющих одновременно осуществлять помол и сушку компонентов в шаровой мельнице под воздействием поступающих горячих газов. Полученная шихта имеет порошкообразную консистенцию;
  • комбинированным способом. Комбинированный вариант объединяет особенности мокрого и сухого способа производства, но на разных предприятиях имеет определенные отличия. Один из вариантов обеспечивает возможность получение полусухого состава с влажностью до 18%, произведенного путем высушивания шихты, полученной по мокрой технологии. Второй метод предусматривает подготовку сухой смеси с последующим ею увлажнением до 14%, гранулированием, заключительным отжигом.

Заключение

Материал статьи предоставляет информацию о том, как делают цемент, какое сырье применяют, какие технологические особенности используют в процессе производства. Имеется множество технологических нюансов, которыми в совершенстве владеют специалисты, занимающиеся изготовление цемента.

Как и из чего делают цемент: состав цемента, маркировка смесей и сфера их применения

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

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.

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

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 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.

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

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 Марки цемента и их применение

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.

Как и из чего делают цемент: все о процессе производства

Все о компонентах и способах производства цемента

Из чего состоит цемент

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

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

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

В смесь вводятся добавки, улучшающие определенные характеристики материала. В качестве сырья могут использоваться разные породы. Производство обычно размещают в непосредственной близости от месторождений.

Необходимые минералы добывают открытым способом, это:

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

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

Разновидности материала

В продажу поступает множество разновидностей цемента. Они отличаются друг от друга по целому ряду характеристик:

  • Прочность. Важнейший показатель, который указывается на маркировке. Она выполняется в виде буквы М и цифры. Последняя и обозначает прочность. Ее определяют в результате проведения технических испытаний.
  • Фракция. Определяется помолом смеси. Чем он тоньше, тем более качественной считается продукция. Идеальным считается состав из крупных и мелких частиц, поскольку только тонкий помол требует слишком большого количества воды при замесе.
  • Скорость отвердевания. Варьируется путем введения в смесь гипса. В зависимости от назначения продукта может существенно различаться.
  • Морозоустойчивость. Определяется реакцией на цикл замораживание и размораживание. Материал характеризуется количеством таких циклов, которые он выдерживает без изменения своих свойств.

Потребность в воде при замесе раствора зависит от плотности материала, поэтому количество воды для замеса разных марок разнится. Избыток жидкости уменьшает прочность цемента.

В зависимости от области применения выделяется несколько типов цементных смесей.

Портландцемент

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

Сульфатостойкий

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

Пуццолановый

Может считаться разновидностью сульфатостойкого, но с добавлением активных минералов. Медленно отвердевает, имеет высокую водостойкость. Используется для гидротехнического строительства.

Глиноземистый

Повышено содержание окиси кальция и глинозема. Это позволяет смеси быстро отвердевать. Применяется для изготовления быстро твердеющих жаростойких и строительных растворов, которые находят применение при ремонтных работах, скоростном строительстве, зимнем бетонировании и т.д.

Кислотоупорный

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

Пластифицированный

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

Шлакоцемент

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

Как показывает практика, самым востребованным вариантом является портландцемент. Именно его имеют в виду, когда речь идет о цементе.

Как делают цемент

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

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

Готовые цементные материалы поступают на хранение или на участок расфасовки, где распределяются в тару различной вместимости либо загружаются в специальные автомобили-цементовозы.

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

Сухой способ

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

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

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

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

Мокрый способ

В некоторых случаях необходимо увлажнение подготовленного к производству материала. В таких случаях используется мокрый способ. Для приготовления клинкера, который состоит из известняка и глины, замешивается смесь из основных компонентов с добавлением воды. В результате получается вязкая масса, которую называют шламом.

Ее закладывают в печь, где происходит обжиг. В этом процессе из шлама формируются гранулы, которые после остывания отправляются на измельчение.

Полученный из клинкера порошок смешивается с размолотыми добавками. Только после этого продукт готов к расфасовке и складированию. Произведенный по такой технологии состав имеют самую высокую себестоимость.

Комбинированный способ

Применяется для снижения стоимости готовой продукции. Представляет собой своеобразный симбиоз сухой и мокрой технологии. Изначально замешивается шлам, который впоследствии обезвоживается. Таким образом делают клинкер. Он поступает в печь, работающую по «сухой» технологии. Далее при необходимости проводится смешивание с наполнителями, и продукт готов. Более подробно процесс показан на видео.

Качество цемента во многом зависит от сырья, из которого он произведен, и точности соблюдения всех технологических этапов. Учитывая, что характеристики изготовленных из него строительных материалов определяются качеством смеси, стоит обратить на нее самое пристальное внимание.

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.

Что такое цемент?

При возведении объектов промышленного назначения, строительстве жилых домов, производстве отделочных и ремонтных мероприятий используются различные строительные смеси. Они включают цемент, являющийся вяжущим веществом. Он обладает уникальными характеристиками и, несмотря на появление новых стройматериалов, не имеет аналогов до настоящего времени. В рамках небольшой статьи сложно рассказать все о цементе. Вместе с тем попытаемся предоставить развернутую информацию о составе, свойствах, разновидностях и технологии производства.

Что такое цемент

Многие слышали слово «цемент». Определение этого термина можно найти в специализированных источниках. Незаменимый в строительной отрасли цемент – это сухое порошкообразное вещество неорганического происхождения. Он изготавливается путем высокотемпературного обжига известково-глиняной смеси, содержащей данные компоненты в определенных соотношениях. Полученный стройматериал обладает особыми эксплуатационными характеристиками.

При добавлении воды он меняет свойства:

  • стает вязким (пастоподобной консистенции);
  • приобретает темно-серый оттенок;
  • ускоренно набирает твердость в воздушной и влажной среде;
  • превращается в камень искусственного происхождения.

Неоднократно убедились все, кто использовал цемент, что это достаточно прочный стройматериал. Искусственный монолит по твердости не уступает природному камню.

Стройматериал имеет древнюю историю. В источниках отсутствует достоверная информация про цемент. Кто изобрел его первым, – неизвестно. Историки также затрудняются дать однозначный ответ на вопрос, где был изобретен цемент. В результате раскопок и научных исследований неоднократно изучался древний цемент. Когда изобрели его? Ученые пытались ответить на этот вопрос. Они пришли к заключению, что материал появился задолго до нашей эры. Это подтверждают найденные в разных странах образцы. Они содержали гипс, известь и даже вулканический пепел.

На протяжении тысячелетий изменялись методы изготовления цемента. Постепенно утратили актуальность связующие вещества, обладающие пониженной прочностью. На смену им пришел клинкер, полученный путем обжига, а также специальные модифицирующие компоненты.

Состав

Полная химическая формула стройматериала довольно сложная. Он содержит следующие вещества:

  • кальциевый оксид в количестве 67%;
  • кремниевый диоксид в объеме 22%;
  • алюминиевые окиси порядка 5%;
  • оксид железа, содержание которого составляет 3%;
  • модифицирующие компоненты – не более 3%.

Основу стройматериала составляют следующие ингредиенты:

  • клинкер, произведенный из глины и известняка. От качества клинкера зависят прочностные свойства. Клинкер – это главный компонент, произведенный при нагреве известково-глинистого состава во вращающейся печи. При обжиге плавится глиносодержащее сырье и известняковые материалы с образованием гранул, насыщенных кремнеземом. Затем производится повторный отжиг и дробление клинкера до пылеобразного состояния;

До сих пор аналогов данного стройматериала еще не найдено, что свидетельствует об уникальных свойствах цемента

  • компоненты минерального происхождения. Введение специальных добавок расширяет сферу применения, повышает эксплуатационные характеристики, придает необходимые свойства. Добавляются гранулированные шлаки, измельченные сланцевые материалы, пуццолановые ингредиенты и измельченная известь. В нормативных документах, регламентирующих состав стройматериала, имеется информация о содержании в минеральных компонентах различных химических веществ;
  • специальные добавки и вспомогательные компоненты, содержащие сульфат кальция. Добавление данных ингредиентов не оказывает влияния на скорость поглощения влаги и продолжительность использования рабочей смеси. Изменение концентрации кальциевого сульфата, входящего в состав модификаторов, позволяет регулировать в необходимых пределах продолжительность процесса гидратации. Для этого производится добавление гипсового порошка.

Кроме указанных основных составляющих, вводятся специальные присадки, повышающие устойчивость цементного состава к высокой температуре, воздействию кислот, щелочей, агрессивных сред. Добавки также повышают влагостойкость, улучшают адгезию со стальной арматурой, а также влияют на подвижность цементного раствора.

В сухом виде — это сыпучая однородная масса серого цвета

Основные характеристики

Использование цемента связано с его свойствами. Действующий стандарт регламентирует следующие характеристики:

  • прочностные свойства. Они изменяются для цементных составов различных марок. Прочность определяется лабораторным методом путем сжатия эталонного образца застывшей смеси. Контроль прочности согласно требованиям нормативного документа производится в три стадии: через двое суток, а также через одну и четыре недели после заливки. Величина параметра измеряется в мегапаскалях. Цифровое значение прочности соответствует марке цементного состава;
  • продолжительность схватывания. Параметр характеризует временной промежуток, в течение которого изменяются пластические характеристики цементной смеси. Правильно приготовленный раствор начинает застывать через пару часов после заливки в жаркое время года. В осенний период процесс гидратации может занимать 8–10 часов. Резко возрастает продолжительность схватывания при нулевой температуре и может составлять 15–20 часов. Введение добавок позволяет регулировать скорость схватывания;
  • устойчивость к воздействию отрицательных температур. Эта характеристика называется морозостойкостью. Она характеризует способность затвердевшего цементного массива воспринимать глубокое замораживание с дальнейшим оттаиванием на протяжении многих циклов. При этом должна сохраняться целостность массива и прочностные характеристики. Причиной разрушения является увеличение объема воды, насыщающей поры. Введение добавок повышает порог морозостойкости;
  • плотность. Параметр характеризует массу порошкообразного вещества в одном кубическом метре материала. Свежеприготовленный цементный состав имеет наименьший удельный вес. При длительном складском хранении материал слеживается, а при перевозке – уплотняется. При этом плотность возрастает. Характеристика зависит от крупности измельченного клинкера. Среднее значение – 1,3 т/м3.

Среди прочих характеристик можно отметить:

  • гигроскопичность. Степень поглощения воды отличается для различных марок;
  • крупность помола. Определяется путем просеивания через сито;
  • коррозионная стойкость. Повышается путем введения специальных добавок;
  • срок годности. Он зависит от условий хранения и допустимого уровня влажности.

Качество снижается после длительного хранения на складе при повышенной влажности. Приобретая стройматериал, обратите внимание на наличие сертификата соответствия, гарантирующего качество продукции.

Разновидности материала

В строительной отрасли используются различные виды цементных материалов, отличающиеся следующими параметрами:

  • составом;
  • концентрацией ингредиентов;
  • наличием специальных добавок;
  • назначением;
  • свойствами.

На упаковке, помимо марки, указывается также процентный состав добавок

Различают следующие виды портландцемента:

  • быстротвердеющий. Содержит добавки минерального происхождения, которые сокращают продолжительность набора прочности. Применяется для ускоренного выполнения строительных мероприятий и изготовления железобетонных конструкций;
  • сульфатостойкий. Основное достоинство – устойчивость к воздействию сульфатов, достигается уменьшением в клинкере кальциевых алюминатов. Используется для конструкций, эксплуатирующихся во влажной или агрессивной среде;
  • гидрофобный. Содержит поверхностно-активные компоненты, значительно снижающие гигроскопичность. Результат введения добавок – повышение подвижности, удобство укладки раствора. Материал сохраняет свойства при повышенной влажности;
  • белый. Его легко отличить от других цементных составов. Имеет светло-серый цвет, не содержит титановых оксидов, солей железа и марганца. Используется для отделочных мероприятий;
  • цветной. Содержит специальные пигменты органического и неорганического происхождения, добавляемые в клинкерный материал перед измельчением. Цветные составы, например, желтый цемент, используются при отделочных мероприятиях;
  • пуццолановый. Устойчив к воздействию сульфатов, быстро твердеет при повышенной температуре. Автоклавная обработка значительно повышает прочностные характеристики. Предназначен для эксплуатации в почве, а также во влажной среде;
  • тампонажный. Производится исключительно для герметизации скважин на газовых и нефтяных разработках. Обеспечивает надежную изоляцию от грунтовых вод, устойчив к давлению и температуре. Приобретает прочность на начальном этапе твердения.

На основе извести, шлаков и глины производят следующие цементные составы:

  • шлаковый. Медленно набирает прочность. Применяется в гидротехнической отрасли и портовом строительстве;
  • шлаково-известковый. Отличается замедленным твердением. Применяется для штукатурных работ и кладки;
  • глиноземистый. Относится к огнеупорным материалам. Отличается устойчивостью к коррозии, а также влагонепроницаемостью.

Выбирая материал для выполнения конкретных работ, учитывайте назначение стройматериала и особенности эксплуатации.

Как получают цемент – технология изготовления

Технологический процесс изготовления предусматривает выполнение следующих операций:

  1. Разработку месторождений известняка, гипса и глины.
  2. Измельчение добытых материалов.
  3. Сушку измельченной сырьевой массы.
  4. Получение известняково-глиняного шлама.
  5. Обжиг сырья с получением гранул клинкера.
  6. Дробление клинкера до порошкообразной консистенции.
  7. Дозировку и перемешивание компонентов.

Цемент – широко распространенный материал, который применяют при любых видах работ, связанных с ремонтом, реставрацией, строительством

Используется различная технология, отличающаяся методом подготовки шлама:

  • сухая. Сушка и дробление производятся в измельчителе, в который нагнетается нагретый воздух. Готовая фракция имеет требуемую влажность;
  • мокрая. Предусматривает использование мела. Он дробится во влажном состоянии, затем шихта обжигается и измельчается;
  • комбинированная. Объединяет особенности предыдущих методов в зависимости от применяемого в технологическом цикле оборудования.

В настоящее время производители отдают предпочтение сухому способу производства.

Применение цемента

Область применения в промышленном и гражданском строительстве довольно широкая:

  • производство железобетонных изделий:
  • строительство фундаментов;
  • возведение стен зданий;
  • выполнение штукатурных работ;
  • заливка стяжки;
  • изготовление плитки.

Кроме этого, материал широко используется для дорожного строительства, мостостроения, гидротехнической отрасли.

Особенности маркировки

Для классификации используются два способа маркировки:

  • согласно европейской классификации по ГОСТ 31108-2003 различным видам цемента присваивается маркировка ЦЕМ с цифровым индексом от 1 до 5;
  • по государственному стандарту 10178-85, каждый вид цементного состава имеет буквенный индекс – ПЦ, ШПЦ, БЦ.

Например, портландцемент, изготовленный по европейским нормам, маркируется ЦЕМ 1 или ЦЕМ 2, в зависимости от вида добавок. Аналогичный материал, изготовленный по внутригосударственному стандарту, маркируется ПЦ. Соответственно, обозначение шлакопортландцемента может быть ЦЕМ 3 или ШПЦ. Оба нормативных документа сейчас действуют, что удобно производителям цементной продукции.

Заключение

Ознакомившись с материалом, можно получить информацию о составе, характеристиках, особенностях изготовления, маркировке и свойствах стройматериала. Теперь не возникнет вопросов при слове «цемент». Что это такое – мы разобрались. При покупке необходимо обращать внимание на характеристики и марку материала согласно специфике выполняемых работ. Представленная информация поможет принять правильное решение.

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.

Источники:
http://pobetony.ru/cement/iz-chego-delayut/
http://1beton.info/proizvodstvo/napolniteli/iz-chego-delayut-tsement
http://www.ivd.ru/stroitelstvo-i-remont/stroitelnye-materialy/kak-i-iz-chego-delayut-cement-vse-o-processe-proizvodstva-41271
http://dekoriko.ru/cement/iz-chego-delayut/
http://pobetony.expert/cement/cement-chto-eto
http://www.syl.ru/article/201916/new_sostav-tsementa-iz-chego-delayut-tsement
http://stroy-podskazka.ru/suhie-stroitelnye-smesi/cement-m400/

Ссылка на основную публикацию