Цементное сырье

ЦЕМЕНТНОЕ СЫРЬЁ (а. cement raw materials; н. naturlicher Zementstein, Rohstoff fur Zementindustrie; ф. materiaux de ciment; и. materia prima de cemento) — минеральные образования, которые используются для производства цемента. Для производства 1 т цементного клинкера (полупродукта, получаемого при обжиге тонкоизмельчённой смеси известняка с глиной) расходуется 1,7-2,1 т основного минерального сырья средней влажности, причём 75-82% составляет карбонатный компонент, 18-25% глинистый. Все другие виды сырьевых материалов (железистые добавки, флюорит, фосфогипс, кремнефтористый натрий) используются в значительно меньших количествах. Из природных образований в качестве добавок при помоле цемента широко применяются искусственные гидравлические добавки (доменные гранулированные шлаки, золы уноса сланцев и углей при сжигании их в топках электростанций), а также осадочные и вулканические горные породы, а для регулирования сроков схватывания цемента — гипс.

Из карбонатных пород используются: известняк, мел, известняк-ракушечник, известковый туф; из карбонатно-глинистых — мергелистый известняк, мергель, из глинистых — глины, суглинки, глинистый сланец, лёсс, лёссовидные суглинки. В качестве добавок применяют породы осадочного (диатомит, трепелы, опоки, глиежи, спонгиолиты) и вулканического (пеплы, туфы, пемза и тpacc) происхождения. В последние годы в сырьевую цементную шихту вводятся техногенные продукты, шлаки, золы, заменяющие глинистую и частично карбонатную или только глинистую часть шихты. Технические условия, определяющие качество основных видов цементирования скважин для производства портландцементного клинкера, учитывают химически-минералогический состав клинкера, характеризующийся коэффициент насыщения (KH), силикатным (л) и глинозёмным (р) модулями.

Реклама

KH кремнезёма известью (отношение количества оксида кальция в клинкере, фактически связанного с кремнекислотой, к его количеству, теоретически необходимому для полного связывания кремнекислоты в 3-кальциевый силикат) изменяется от 0,85 до 0,95. Значение n (отношение % содержания в клинкере кремнекислоты к сумме % содержания оксидов алюминия и железа) равно 1,7-3,5, а р (отношение % содержания в клинкере оксида алюминия к % содержанию оксида железа) от 0,9 до 2,5.

Карбонатное цементное сырье должно содержать (%): CaO не менее 43,5 при благоприятном значении n и р; MgO не более 2,95; предельное содержание MgO в известковом и глинистом компонентах определяется исходя из условия содержания MgO в клинкере не более 5, а содержание R₂О(Na₂О + К₂О) не должно превышать 3-4 (суммарно); SO₃ не более 1 ; P₂O₅ не более 0,4. При этом содержание SiO₂, Al₂O₃ и Fe2O₃ должно обеспечить необходимые значения пир.

В глинистом цементном сырье допускается значение n от 2,6 до 3,5 и р от 1,5 до 3. При таких значениях модулей глинистые породы должны содержать (%): SiO₂ 50-65; Al₂O₃ 15-20; Fe2O₃ 6-10; SO₃ не более 1; P₂O₅ не более 0,6; TiO₂ не более 2 (содержание CaO не ограничивается). Наряду с полезными компонентами (CaO, SiO₂, Al₂O₃ и Fe2O₃) в цементном сырье имеются вредные примеси, особенно при их значительном содержании в сырье (MgO, К₂О, Na₂О, Cl, P₂O₅, SO₃, TiO₂, MnO), а также кремневые включения в виде прослоек халцедона и сульфатная сера.

Применяемое цементное сырье для производства клинкера карбонатные и глинистые породы имеют неоднородный химический состав. Изменение его вызвано доломитизацией, окремнением пород, наличием включений изверженных горных пород и карстового песчано-гравийного материала. Эти примеси влияют на физико-механические свойства добываемых пород, которые изменяются: плотность от 2,5 до 3 т/м 3 ; объёмная масса от 1,75 до 2,74 т/м 3 ; коэффициент разрыхления от 1,27 до 1,7; естественная влажность от 1,13 до 10,7% (у мелов от 25 до 32%); пористость от 33 до 34%; временное сопротивление сжатию от 4 до 196 МПа; водопоглощение от 0,8 до 4,8%.

Разведанные запасы цементирования скважин на территории CCCP распределены неравномерно и сосредоточены в основном в районах регионального распространения карбонатных и глинистых пород различного возраста. Крупнейшие месторождения, на базе которых действуют цементные заводы: Афанасьевское, Щуровское, Кумовогорское, Фокинское, Белгородское, Себряковское, Вольское, Ванькинское, Новопашийское, Кунарское, Шеинское, Яшкинское, Соломинское, Новороссийское, Джегутинское, Мазульское, Таргашинское, Слюдянское («Перевал»), Лондоковское, Длиногорское в РСФСР; Амвросиевское, Краматорское, Шебелинское, Добрянское, Здолбуновское, Гуменецкое, Бахчисарайское в Украинской CCP; Резинское в Молдавии; Колядичи и Каменка в Белоруссии; Пунане-Кунда, Карпенай и Сатини-Сесиле в Прибалтике; Цители-Цкаройское, Карадагское и Араратское в Закавказье; Астаховское, Новотаубинское, Сажаевское и Казы-Куртское в Казахстане; Керминское, Кувайское, Карахтайское и другие в Средней Азии.

В CCCP разведано 326 месторождений цементного сырья (1986), суммарные запасы которых по категориям А+В+С1 составляют около 17,6 млрд. т карбонатных и более 4,1 млрд. т глинистых пород, около 950 млн. т гидравлических песчанистых добавок. Основная масса разведанных запасов цементного сырья сосредоточена в РСФСР (56,5% карбонатных и 55,2% глинистых пород), на Украине (12,7 и 13,5% соответственно) и в Казахстане (13 и 12%).

Добыча цементного сырья в CCCP в 1985 производилась на 155 месторождениях и составила 174,3 млн. т карбонатных и 31,1 млн. т глинистых пород, 7,2 млн. т гидравлических добавок.

Сведений о мировых запасах цементного сырья нет. Но учитывая, что карбонатные и глинистые породы встречаются практически в отложениях всех геологических возрастов, их широкое площадное распространение и значительные мощности, мировые запасы цементного сырья огромны. По оценочным данным, мировая добыча цементного сырья в 1985 составила (млн. т): около 1200 карбонатные и 230 глинистые породы.

Источник

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.

Источник

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.

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.

Источник