Описание и технические характеристики строительного цемента, его химический состав

Описание и технические характеристики строительного цемента, его химический состав

Трудно представить себе область строительства, где не использовался бы цемент. Он необходим на всех этапах любого строительного процесса, начиная от обустройства фундамента и заканчивая внутренней отделкой помещений. До сих пор аналогов данного стройматериала еще не найдено, что свидетельствует об уникальных свойствах цемента.

Изготовление цемента осуществляют во многих странах мира, в том числе и в России. Несколько крупных заводов обеспечивают различные отрасли промышленности этим нужным сырьем для материальных отраслей. Изобретателем, согласно данных Википедии, считается англичанин Джозеф Аспдин. Он в первой четверти XIX века запатентовал порошок серого цвета, дав ему название «портландцемент» в честь расположенного неподалеку города Портленд.

Способы производства вяжущих веществ были изобретены где-то в 3-4 тысячелетии до нашей эры, но впервые патент на его изобретение был получен в 1824 году

Данное неорганическое вещество имеет искусственное происхождение. Оно используется как самостоятельно, так и в составе разнообразных растворов:

  • кладочные;
  • бетонные;
  • штукатурные.

Основное отличие от иных вяжущих веществ, типа алебастров или известей, заключается в том, что материал приобретает высокую твердость при наличии значительного количества влаги.

Действующие нормативы

Производство цемента регламентировано действующим законодательством. Технические условия на выпускаемую продукцию должны согласовываться с ГОСТ № 10178, установленным в 1985 году. Согласно нему в составе принимается определенное количество минеральных добавок.

Активные минеральные добавки, % по массе

Обозначение вида цемента

Доменные гранулированные и электротермофосфорные шлаки

Осадочного происхождения, кроме глиежа

Прочие активные, включая глиеж

Более ранним стандартом является ГОСТ № 10178-76, но его действие прекращено с внедрением нового ГОСТа, хотя разница между ними не является существенной. Заметны различия лишь в отдельных позициях, которые не оказывают значительного влияния на конечный продукт.

Также используется производителями стандарт ГОСТ 15825-1980. Он в большей степени регламентирует цветовую дифференциацию продукта.

Производители постоянно работают над усовершенствованием своего продукта. В ход идут эксперименты как с физико-химическим составом материала, так и с выбором пропорций разных составляющих.

Из чего состоит цемент

Выясним, из чего состоит цемент. Традиционными компонентами для него являются гипс, клинкер и набор связующих добавок. Степень измельчения клинкера является важным фактором.

Клинкер

Он является базовым компонентом и формирует главные итоговые характеристики будущей цельной плиты. Образуется материал после обжига сырьевой массы с определенной температурой до получения гранулированных комочков диаметром 1-5 см. для термообработки задействуют спецпечи. Данный этап, из всех этапов производства, как делают цемент, является наиболее энергозатратным и трудоемким.

Известняк с глиной

Добывают в открытых карьерах. Затем они проходят предварительный этап обработки и отправляются в мельницу для формирования из них шламов. Полученный материал проходит сырьевые мельницы и отправляется в шламбассейны.

Все этапы производства кирпича на одной схеме

Мелкий шлам отправляют в печь, которая вращается вокруг собственной оси. Такие узлы могут иметь длину до 200 м и диаметр несколько метров, как на уральском заводе Lafarge в Челябинске. Топливом для них служит природный газ, ведь необходимо создать рабочую температуру в 1450°С.

Сырье во время термообработки частично спекается, формируя клинкер. Печи располагают горизонтально с наклоном до 40, чтобы дать возможность перемещаться массе внутри.

Масса состоит из диоксида кальция и кремнезема. Эти химические элементы оказывают влияние на долговечность будущих изделий и прочность скрепления строительных материалов с вяжущим составом.

Изготовление цемента продолжается в холодильнике, где у состава понижают температуру. На следующей стадии происходит дробление и передача в бункер для перемалывания в пыль.

В современном производстве цемента и его составляющих предусмотрены способы экологической защиты, к которым относятся электрофильтры. Они блокируют выход пыли эффективнее традиционных способов в 10-30 раз.

Пропорция глины и известняка в составе клинкера составляет 1 к 3. Такие вещества входят в цементы различных компаний. Зерно готового продукта составляет в пределах 1-100 мкм диаметра.

Также к востребованным материалам относятся: доменный шлак, мергель, мел, лесс, сланец и пр.

Состав цемента на 3-7% состоит из гипса. С его помощью производители варьируют сроки хранения сырья. Он отвечает за качество «отвердения». Исследование сырья показывают, что для цемента может применяться чистый материал или гипсовый камень, имеющий разнообразные примеси.

Добавки

Примеси, внедряемые производителями, способны усиливать характеристики продукта или придавать ему новые свойства. Популярными являются вещества, обеспечивающие такие свойства:

  • повышающие сопротивляемость низкотемпературным режимам;
  • для расширения диапазона применения готового продукта;
  • минимизирующие влагопоглощение;
  • обеспечивают пластичность.

Свойства позволяют делить продукт на определенные группы, подбирая оптимальный для каждого конкретного случая. Они определяют специфику эксплуатации. Минеральные добавки входят в состав цемента на 10-15%.

Также к востребованным материалам относятся: доменный шлак, мергель, мел, лесс, сланец и пр.:

  • мел относится к осадочным породам, легко растирающимся и измельчающимся;
  • мергель – также осадочная порода, которая находится ниже известняка, ближе к глинистым пластам, иногда имеет рыхлую фактуру и зависит от массовой доли глинистых составляющих (материал используется для работы с огнеупорными средами, например, печи или камины);
  • известняки предпочтительней выбирать пористые, так как их состав и свойства имеют небольшой порог прочности и в них исключены кремневые образования;
  • к востребованным глинистым пародам относятся лессовидные суглинки, лесс, суглинок, глинистый сланец.

На каждом производстве имеется собственная лаборатория. Там ведется регулярный учет качества выпускаемой продукции. Специалисты контролируют дозы входящих компонентов и добавок. Также на территории проводятся испытания прочности. Результаты тестирования подтверждаются соответствующими документами.

Определяя, из чего состоит цемент, необходимо указать его ориентировочный химический состав:

  • две трети в нем занимает оксид кальция СаО до 67%;
  • менее четверти содержится диоксида кремния SiO2 до 22%;
  • двадцатая часть оксидов алюминия Al2О3 5%;
  • порядка 3% оксида железа Fe2O3;
  • иные компоненты.

Марка указывается после буквы «М» на лицевой части упаковки и обозначает, сколько килограммов выдержит квадратный сантиметр поверхности.

ВИДЕО: Химический состав цемента

Различные технологии изготовления цемента

Существует несколько используемых технологий изготовления. Отличие между ними заключается в основном в процессе подготовки сырья. Применяют такие методики:

  • сухая;
  • мокрая;
  • комбинированная.

Сухая технология

Является наиболее прогрессивной, так как делают цемент по ней, совмещая несколько процессов. Это позволяет снизить себестоимость производства. Сушку и помол при таком варианте проводят в шаровой мельнице. В нее проникают горячие газы, поток которых направлен к заготовкам. В результате шихта получается в виде измельченной пыли.

Мокрая

Для мокрой технологии задействуют мел без извести. Перемешивание элементов осуществляется в спецбарабане. Там же проводится помол. Внутрь барабана пропускают определенное количество воды, от чего технология называется «мокрой».

Комбинированная

В комбинированной методике применены различные способы. Например, в отдельных случаях происходит мокрая обработка, а затем заготовленную массу доводят до полувлажного состояния с 18-20% влаги. Далее осуществляется гранулирование.

Как делают цемент в домашних условиях

Для бытовых условий понадобится печь с высокотемпературным нагревом. Также не обойтись без подготовленных мельниц, создающих необходимую фактуру. Необходимо учесть, что потребуется затратить много энергии на переработку материала.

Читайте также  Рисунки на шкафах купе фото

Технология приготовления цемента

Измельчаем 1 часть подготовленной глины и три части известняка. Тщательно перемешиваем состав и перекладываем в барабанную печь. Температурный режим в ней ставим на 1450°С. В итоге у нас оказывается клинкер в виде крупных комьев. Домешиваем 5-6% гипса к составу. Хранить приготовленный цемент своими руками необходимо подальше от влажных мест.

ВИДЕО: Процесс производства цемента на примере одной компании

Как делают цемент на производстве

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

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

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

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

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

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

© 2020 Два Бревна.
Перепечатка и копирование материалов сайта допускается только с ссылкой на первоисточник.

Как делают белый цемент

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

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

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

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

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.

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).

Обжиг шлама.

  • Далее, полученные зерна клинкера измельчают в барабанах с использованием шаровых грохотов. В процессе обработки материала необходимо добиться порошкообразного состояния смеси.
  • На заключительном этапе в готовый цемент добавляют необходимые присадки и отправляют на расфасовку по мешкам или хопрам.

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 определить марку

Она определяется в лабораторных условиях, исходя из заданного раньше удельного веса цемента. Для этого требуется образец материала. С одной стороны добавляется 1 часть вяжущего вещества, с другой – 3 части кварцевого песка. Создается смесь для проведения качественного опыта – в нее добавляют воду, заливают в формочки. Образцы не трогают в течение 28 суток. Смесь успевает засохнуть минимум на 98%, после чего образец подкладывается под пресс и с помощью давления разрушается. Последнее, в свою очередь, замеряется.

Процедура повторяется 6 раз с другими образцами. По полученным данным вычисляется марка и класс прочности цемента (удельный вес бетона) в МПа и кг/см³.

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.
Читайте также  Пенополистирол размер листа

Как сделать цемент в домашних условиях

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

Как делают цемент на производстве

На сегодня существует несколько способов производства:

  1. Мокрый метод – первая технология, по которой стали изготавливать цемент. По ней работают и по сей день, правда, немного по усовершенствованной методике.
  2. Сухой способ – более современный метод производства вяжущего, отличающийся большей экономностью сырья и энергетических ресурсов. Но, что самое важное, именно по этой технологии выбросы в атмосферу сокращаются.
  3. Комбинированные методики в России используются редко, в основном на предприятиях, работающих с зарубежными партнёрами. Например, как Вольский цементный завод.

Осветить более подробно, всё же, хотелось именно мокрый метод производства цемента, так как по нему работают практические все цементные заводы в России и странах СНГ. На фото ниже представлены производственные мощности «Уралцемента» в Челябинской области, который начал свою работу 1957 году. Здесь вяжущее производят на основе известняка и глины по мокрому методу. В качестве топлива используют газ.Начинается производство в карьере с добычи основного сырья.

Далее добытое сырье дополнительно обрабатывается и поступает в печь мокрого измельчения, где превращается в шлам. После чего шлам идёт дальше в сырьевые мельницы и шлам бассейны.

Полученный тонкодисперстный шлам отправляется во вращающуюся печь, где обжигается при температуре +1450°C. Результат этого процесса – клинкер.

Получаемый клинкер охлаждается в специальных холодильных установках, после чего транспортируется для дальнейшего измельчения в мельнице.

Мельница для клинкера

К измельчённому клинкеру добавляют также тонкодисперстный гипс и минеральные добавки.

Процесс смешивания ингредиентов

Готовый цемент отправляют на хранение в специальные бункера.

На таком крупном производственном предприятии просто не может быть лаборатории, сотрудники которой пристально следят за каждым производственным процессом и качеством цемента.

Это основные производственные процессы по мокрой технологии. На всех заводах они идентичны. Единственное, делаются правки на сырьевые компоненты и специфику оборудования. Из чего и как делают цемент подробно расскажут видео.