Как получают цемент


Из чего состоит цемент?

Качества любого искусственного вяжущего определяются его способом изготовления и процентным содержанием сырьевых компонентов. Цемент не является исключением, из всех видов он относится к самым сложным. Это вещество получают путем измельчения до порошкообразного состояния гипса и обожженного однородного многокомпонентного клинкера и соединения их со специальными добавками. В итоге свойства и сфера применения вяжущего зависят от соотношения этих веществ между собой, температуры обработки и тонкости помола.

Оглавление:

  1. Разновидности
  2. Пропорции компонентов
  3. Особенности маркировки

Группы цементов по составу

Главными компонентами являются оксиды алюминия, кальция и кремния, при затворении водой они образуют химические соединения, упрочняющиеся при затвердевании во влажной среде. Общие требования регламентируются ГОСТ 30515-2013, согласно этому межгосударственному стандарту все цементы классифицируются на группы, различающиеся по виду клинкера на портландцементные, глиноземистые и смешанные (ПЦ и сульфатоалюминаты). В первом случае типичный состав содержит CaО (67%), SiO2 (22%), Al2O3 (5%), Fe2O2 (3%) и до 3% посторонних веществ.

Для производства глиноземистых и высокоглиноземистых цементов в качестве сырья используются бокситы и известняки (преобладает доля низкоосновных алюминатов кальция, процентное содержание Al2O3 возрастает до 50 %). Соотношения остальных компонентов у них зависят от целевого назначения и варьируются в следующих пределах: СаО – 35-45 %; А12О3 – 30-50 %; Fe2O3 – 0-15 %; SiO2 – 5-15 %. Для изготовления сульфатсодержащих смесей используются клинкеры на основе ферритов кальция.

В зависимости от пропорций компонентов и вещественного состава выделяют следующие востребованные в частном и промышленном строительстве группы:

  • Портландцементы – самая популярная разновидность, представляющая смесь тонкого помола клинкера с преобладающей долей высокоосновных силикатов кальция и гипса. Сырьем служат известняк (до 78%) и глина (до 25%).
  • Глиноземистые, изготавливаемые путем помола сырья из бокситов и известняков, обожженных или расплавленных до однородного состояния. Эти виды характеризуются высокой скоростью затвердевания, их используют как в качестве самостоятельного вяжущего, так и для производства специальных марок: водонепроницаемых, расширяющихся, напрягающихся. Из-за повышенной твердости клинкера они проигрывают портландцементу в энергозатратности и себестоимости.
  • Шлакопортландцементы – с долей доменного, электротермофосфорного или топливных шлаков от 36 до 65%.
  • Пуццолановые, с добавлением к продуктам помола ПЦ клинкера активных минеральных добавок. Их пропорция достигает 40%, из-за образования химических реакций с зернами цемента они имеют отличные от обычных марок свойства.
  • Смешанные – получаемые путем совместного помола клинкеров разных видов или вводом многокомпонентных минеральных смесей (например, шлака и золы-уноса).

К реже используемым видам относят романцемент (соединение помола ПЦ клинкера и известняковых и магнезиальных мергелей, не производится промышленных масштабах), магнезиальные (затворяемые солевыми растворами, характеризующиеся высокой скоростью схватывания и стойкостью к механическим нагрузкам после застывания) и кислотоупорные составы на основе кварца, разводимые жидким стеклом.

Химический состав цементов разных групп

Пропорции клинкера и остальных компонентов:

Наименование Вещественный состав сухой смеси, % Минералогический состав клинкера, в % по массе
Доля клинкера Доля гипса Другие добавки
Обычный ПЦ До 80 1,5-3,5 Минеральные примеси – до 20% ЗСаО х SiO2 – 45-67

2CaO х SiO2 – 13-35

ЗСаО х Al2O3 – 2-12

4СаО хAl2O3 х Fe2O3 – 8-16

Гидрофобный До 90 Мылонафт, олеиновые кислоты – до 0,05
Тампонажный Активная минеральная добавка – до 25

инертная – до 10

шлак – до 15

песок – до 10

пластификаторы – 0,15

Шлако-портландцемент 40-70 До 3,5 Гранулированный диатомитовый шлак – 30-60
Пластифицированный До 90 пластификаторы – 0,15-0,25
Быстротвердеющий 90 1,5-3,5 Активная минеральная добавка – до 10 ЗСаО х SiO2 и

ЗСаО х Al2O3 – до 65

2CaO х SiO2 и

4СаО хAl2O3 х Fe2O3 до 33

Высокопрочный 90 1,5-3 ЗСаО х SiO2 – до 70

ЗСаО х Al2O3 – 8

Декоративный (белый цемент) 80-85 Диатомит – 6

Инертная минеральная добавка – 10-15

3CaO х SiО2 – 45-50

2CaO х SiO2 – 23-37

ЗСаО х Al2O3 – до 15

4СаОхAl2O3хFe2О3 – до 2

Пуццолановый сульфатостойкий До 60 До 3,5 Породы осадочного происхождения – 20-35

Лава, обожженная глина, топливная зола-унос – 25-40

ЗСаО х SiO2 — до 50

ЗСаО х Al2O3 – 5

ЗСаО х Al2O3 и

4СаОхAl2O3хFe2О3 – 22

Al2O3— 5

MgO – 5

Сульфатостойкий До 96 До 3,5
Глиноземистый 99 1 Точные пропорции зависят от назначения

СаО·Аl2О3 – преобладающая доля

СА2

С12А7

C2S

2СаО·Аl2О3·2SiO2

То же, расширяющийся До 70 20 Бура – 10
Напрягающийся Клинкер ПЦ – 65-70

Глинозем – 13-20

6-10 Совместный помол глиноземистого и портландцементного клинкера

Сфера применения и основные свойства разновидностей приведены ниже:

Наименование Оптимальная область использования, преимущества Ограничения, возможные недостатки
Портландцемент Монолитные и сборные бетонные и ж/б конструкции, изготовление растворов, дорожное строительство Окончательный набор прочности – через 28 дней
ЩПЦ Массивные сооружения, подвергаемые воздействию пресных и минерализованных вод. Характеризуется повышенной сульфатостойкостью Медленное затвердевании в начале, низкая морозостойкость
Пуццолановый Подземные и подводные конструкции, подверженные агрессивному воздействию сульфатных вод Не рекомендуются для объектов с перепадами уровня влажности, при риске частых промерзаний или твердении раствора в сухих условиях
Глиноземистый Производство жаростойких строительных смесей, быстротвердеющих или аварийных бетонов Не используются для заливки массивных конструкций, максимально допустимая температура окружающего воздуха на начальной стадии затвердевания составляет +25 °C
Напрягающий Изготовление тонкостенных изделий, напорных ж/б труб, гидроизолирующих покрытий Зависят от марки, возможны ограничения в температуре эксплуатации. Единственным недостатком является сложный процесс производства, и как следствие – высокая цена

Основные марки

Вид выбранного вяжущего определяет пропорции и свойства строительных смесей. Важно заранее проверить, из чего состоит цемент, величину его водопотребности, размеров зерен и сроки схватывания. Главным критерием качества является прочность на сжатие, в лаборатории она определяется для изделий из ЦПР, смешанного в соотношении 1:3 и затвердевающего в нормальных условиях в течение 28 дней. В зависимости от выдерживаемого давления выделяют группы от 100 до 600 кг/см2. Из них в частном строительстве наиболее востребованы марки от М300 до М500, но бывают и исключения.

Следующим фактором идет процентное соотношение добавок к клинкеру, у стандартных видов максимум составляет 20%. Маркировка этого показателя обозначается буквой «Д», идущее за ней число характеризует долю минеральных примесей (пример: ПЦ М400 Д0 указывается для портландцемента с прочностью на сжатие не менее 400 кг/см2 без добавок). Приведенная маркировка соответствует ГОСТ 10178-85, помимо вышеперечисленной она включает информацию о дополнительных свойствах (обозначается только при их наличии), также зависящих от состава клинкера и введенных добавок. Из них наиболее востребованы:

  • Н – нормированный;
  • Б – быстротвердеющий;
  • СС – сульфатостойкий;
  • ВРЦ – расширяющийся водонепроницаемый;
  • ПЛ – с пластификаторами;
  • БЦ – белый (декоративный) цемент.

С 2003 г вступил в силу ГОСТ 31108 (соответствующий евростандартам), согласно которому вначале указывается состав с примечанием о наличии или отсутствии добавок (II или I). Все варианты с минеральными примесями разделяются на две группы: А – с процентным содержанием от 6 до 60%, Б – от 21 до 35%. Тип добавки обозначают римскими цифрами. Последними идут класс прочности и норма сжатия материала. Стандартный диапазон для общестроительных смесей варьируется от 22,5 до 52,5 (соответствует марке от М300 до М600). Для исключения ошибок рядом с маркировкой всегда указывается ГОСТ, введение цемента осуществляется со строгим соблюдением пропорций.

stroitel-lab.ru

Из чего делают цемент — его химический состав

Сложно найти более востребованный строительный материал, чем цемент. Он широко применяется практически во всех отраслях строительной индустрии, да и в обустройстве жилища и подворья тоже. Поэтому классическое соотношение, в котором цемент составляет одну часть, а песок три, знают все. Если в этот состав добавить еще и необходимую часть воды, то получится раствор, который применяется, например, для штукатурки.

Оглавление:

В цемент обычно входит меленый клинкер, а также гипс, глина, известняк, уголь и другие минеральные вещества. Характеристики, которыми обладает эта смесь, определяют пропорции, в которых входят в нее те или иные компоненты.

Если дать краткое определение, то цемент — это общее название целой группы вяжущих веществ, которые твердеют после смешивания с водой, не теряя потом полученной твердости.

Химический состав различных видов

В зависимости от того, какой состав имеет та или иная смесь измельченных минералов, какие дополнительные компоненты и добавки в нее входят, каково их соотношение, цемент делят на следующие группы:

  • портландцемент;
  • пуццолановый;
  • шлаковый;
  • глиноземистый;
  • романоцемент;
  • смешанный с наполнителями;
  • магнезиальный;
  • специальный (кислотоупорный).

Некоторые виды имеют множество подвидов. Например, группа, которую объединяет название портландцемент, включает в себя алюмоферритный, алюминатный, ферритный, белитовый, алитовый.

Что входит в состав различных групп?

О том, из чего состоит цемент, можно написать не одну большую книгу. Как уже указывалось, цемент – лишь общее название огромной группы строительных материалов, которые объединяет не столько состав (входящие в них компоненты и их соотношение), сколько предназначение.

Химический состав некоторых групп цементов в общих чертах описан ниже.

1. Портландцемент – это смесь, в которую входят продукты тонкого размола клинкера и гипса. Именно гипс и является основным вяжущим веществом. С химической точки зрения – это смешанный в определенной пропорции сульфат кальция с разнообразными силикатами кальция. Доля последних может составлять до восьмидесяти процентов. Исходное сырье, из которого производится портландцемент, представляет собой субстанцию, состоящую из известняка (до 78 %) и глин (до 25 %).

2. Глиноземистый представляет собой смесь клинкера, бокситов и других минералов. Состав по массе: от трети до половины оксида алюминия, от 35 до 45 % оксида кальция, от 5 до 10 % оксида кремния и до 15 % оксидов железа. Пропорции этих компонентов определяют свойства глинозёмистого раствора. Применяется он как в качестве самостоятельного вяжущего вещества, так и в качестве добавки к другим видам.

3. Романоцемент. Это смесь, в состав которой, кроме клинкера, входят мергели, как известняковые, так и магнезиальные. Содержание в нем оксида алюминия и кремнезема не должно быть ниже четверти по весу.

4. Магнезиальный. В него обязательно входит оксид магния, а также хлорид магния и сульфат магния в качестве затворителей. Последний используется реже и, главным образом для того, чтобы достичь повышенной устойчивости к воздействию воды. Применение определяется повышенной прочностью, а также способностью быстро схватываться и твердеть. Из комбинации магнезиального цемента в определенной пропорции с другими веществами получаются очень прочные полы. Из него же делают облицовочные материалы, точильные камни, абразивные круги, жернова, лестничные ступени и другие изделия, которые обычно работают под большой нагрузкой.

К магнезиальным относится и так называемый цемент Сореля, состав которого был разработан еще в позапрошлом веке французским ученым Станиславом Сорелем.

5. Кислотоупорный состоит из жидкого стекла, которое представляет собой водный раствор силиката натрия. Наполнителями служат устойчивые к воздействию внешней среды минералы, в том числе кварциты и кварц. Использование кремнефтористого натрия способствует повышению скорости затвердевания, а также его стойкости к воздействию воды. Применяют для возведения сооружений, которые подвергаются активному воздействию агрессивных факторов. Например, башни, резервуары на предприятиях химической промышленности.

6. Цемент, смешанный с наполнителями, условно можно отнести к отдельной группе, поскольку по составу он сильно отличается от других видов.

Марки

Маркировка определяется прочностными характеристиками получившегося бетона. Для определения марок берут состав, смешанный в пропорции один к трем (одна часть материала и три части чистого кварцевого песка). Смесь в таком соотношении разбавляют водой и создают из нее небольшие блоки следующих размеров:

  • длина: 16 см,
  • ширина и высота: по 4 см.

После отвердения полученные изделия испытывают с различной периодичностью. Блоки сдавливают на специальном оборудовании и определяют их прочность. Максимальная прочность проявляется после четырех и более недель просушки испытательного блока. В зависимости от полученных результатов вещество относят к определенной марке.

Наименее устойчивая смесь получает маркировку М100. Это значит, что испытательный блок выдержал давление до 10 МПа, или до 100 килограмм на сантиметр квадратный. Слишком подробно не маркируют, в стандартах большинства стран мира прописан шаг в сто единиц. Но достаточно часто встречается и шаг в пятьдесят единиц.

Наиболее прочным считается вещество марки М600. Сфера его применения – особо прочные сооружения военного и промышленного назначения. Смесь М600 с различными добавками и наполнителями в определенном соотношении позволяет создавать объекты, способные выдержать прямое попадание очень мощной бомбы. Соответствует качеству и цена. Он намного дороже, чем довольно высокопрочный М500.

В гражданском строительстве и в производстве многих материалов используют в основном, пожалуй, марки М300-М500. Этого диапазона прочности хватает для того, чтобы можно было возводить сооружения и создавать изделия с нужными характеристиками.

Другие виды маркировки

Кроме марок по прочности существуют также и марки по составу. Так, аббревиатура ПЦ означает нахождение в таре портландцемента. Аббревиатура ШПЦ – это шлакопортландцемент. Латинские буквы и цифры указывают на состав такого материала. Речь идет о массовом количестве клинкера и шлака.

Отдельная маркировка указывает на то, какое количество различных добавок содержится в составе:

  • к примеру, если на мешке с вяжущим материалом написано Д15, это значит, что в нем имеется 15 % определенных добавок.
  • буквы ПЛ указывают на содержание пластификаторов, которые, значительно увеличивают срок его хранения. Быстротвердеющий обозначается буквой Б.
  • для обозначения водонепроницаемого используют аббревиатуру ВРЦ.

Существует также множество других видов маркировки, указывающих на те или иные свойства, наличие в нем разнообразных добавок и наполнителей.

stroitel-list.ru

Строительные материалы: как получают цемент

Дмитрий, Нижний Новгород задаёт вопрос:

Здравствуйте! В скором времени собираюсь пристраивать крыльцо к дачному дому и купил 2 мешка цемента для изготовления бетона. Производители уверяют, что цемент произведен «мокрым» способом, поэтому бетонный раствор получится качественным. Прошлым летом друг проводил бетонирование погреба, но весь пол пошел трещинами. Специалисты сказали, что дело в плохом цементе. Подскажите, пожалуйста, как получают цемент и какая разница между «сухим» и «мокрым» способом его выработки? Заранее благодарю за ответ.

Эксперт отвечает:

Независимо от способов изготовления материала, основными ингредиентами цементной смеси являются гашеная известь и глина или гипс.

За 200 лет, которые прошли с момента создания цемента, он стал незаменимым строительным материалом. Поэтому вопрос о том, как получают цемент, очень актуален в наши дни. В первую очередь необходимо отметить, что сегодня существует огромное количество предприятий по производству данного материала, которые могут использовать две технологии его выработки. При первой смесь компонентов подсушивается горячим воздухом, за счет чего данная технология названа «сухой». При «мокром» способе к составляющим примешивается жидкость.

Независимо от способов выработки, основными ингредиентами цементной смеси являются глина или гипс и гашеная известь, к которым могут добавляться те или иные компоненты. Вначале из минерального сырья подготавливается клинкерная масса, выработка которой занимает более 2/3 энергетических затрат на все производство продукта. На втором этапе из клинкерной массы получают непосредственно сам цемент.

Как происходит получение цемента по «сухой» технологии? Известняк, добываемый в карьерах, поступает в специальные устройства, называемые шаровыми мельницами. Там сырье измельчается до размера частиц не более 10 см. После этого происходит подсушивание извести при помощи горячего воздуха, за счет чего можно достичь почти полного ее измельчения. После проведения данной операции получается мелкофракционная смесь с размером частиц до 5 мм.

Аналогичные действия производятся и с гипсом. Затем две смеси соединяются друг с другом, хорошо просушиваются и перемалываются в порошок. В готовый клинкер добавляются минеральные вяжущие вещества, и полуфабрикат подается в газовые печи, где происходит обжиг будущего цемента при температуре около 700-800о С.

Обжиг производится в несколько этапов, длительность каждого составляет менее секунды. Цемент, получаемый «сухим» способом, представляет собой мелкий порошок, имеющий влажность около 1%.

При изготовлении строительного материала по «мокрой» технологии сырьем являются известняк, глина и мел. Так же, как и при первом способе, все ингредиенты тщательно измельчаются. Когда клинкер начинает смешиваться с вяжущими веществами, в него добавляется вода. Результатом процесса становится высокая степень однородности получаемой массы. А это, в свою очередь, ведет к увеличению показателей прочности уже готового цемента.

Получаемый «мокрым» способом продукт имеет самые высокие марки и используется для получения высококачественной бетонной смеси. Такой бетон может использоваться для строительства крупных зданий и сооружений, часто военного назначения.

Приобретая цемент для бытового строительства, необходимо пристальное внимание уделять его прочности на сжатие. Именно этот показатель определяют марки готового продукта.

На сегодняшний день существует 6 марок цемента. Для строительных работ необходимо выбирать смесь с марками от 300 до 400. Бетон, изготовленный из материала с марками 100 и 200, не будет отличаться высокой прочностью, поэтому его лучше использовать для возведения опор под заграждения и другие аналогичные операции.

Цемент, имеющий марки 500 и 600, как правило, производится при помощи «мокрой» технологии. Данный продукт отличается самыми высокими характеристиками, но так как этот способ требует достаточно больших энергозатрат, то и стоимость конечного материала велика.

Для того чтобы работы по бетонированию прошли успешно, требуется пристальное внимание уделять правильности выбора цемента. Чем качественнее цемент, тем прочнее будет бетонный монолит.

1pokirpichy.ru


Смотрите также