Цемент как химический элемент

Химический состав, свойства и порядок производства цемента

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.

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).

• 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 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.

Коровин Сергей Дмитриевич

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

• Пошаговая инструкция по установке ПВХ подоконника
• Инструкция по замене уплотнителя в ПВХ окне

—>

Источник

Цемент: химический состав, свойства и методы производства

Цемент — это искусственное вяжущее порошкообразное вещество, ключевой функцией которого является замешивание бетонной или отделочной смеси. Сочетание его с водой вызывает процесс гидратации, превращающий порошок в пластичную однородную массу, впоследствии застывающую и становящуюся камневидной. Выбор каждого компонента, входящего в состав цемента, изначально определяют существующие способы его изготовления. По стандарту это клинкер, ряд минеральных добавок и гипс. Однако набор может варьироваться в угоду формулы.

История создания

Данное понятие происходит от лат. caementum — «дробленый, битый камень». Сама смесь стала необходима как средство борьбы с влажностью, которую не переносят гипсовые и известняковые строительные материалы. Именно для этого в структуру состава были введены водостойкие элементы. Изначально это были обломки глинистого кирпича, вулканическая порода и отложения извергаемого пепла (такой порошок называют пуццолановым).

Оптимальная схема приготовления цемента была разработана гораздо позже:

• в 1824 году Джон Аспинд запатентовал портландцемент (ПЦ);
• в 1825 году про то, какой должна быть гидротехническая цементная структура, рассказал Егор Челиев.

Внимание! Портландцементный порошок был так назван из-за каменных отложений острова Портленд, которые считались лучшим стройматериалом того времени в Англии. В свою очередь, Джон Аспинд создал искусственную каменную структуру, схожую по уровню прочности и окрасу с вышеупомянутым натуральным элементом.

Однако в те времена производство цемента осуществлялось без обработки сырья огнём. В более актуальном на сегодня виде (относительно того, как производится данный порошок) его описал именно российский строитель Егор Челиев.

Сырьевой набор и активные элементы в основе порошка

Описываемый стройматериал — это комплексная структура. Для её получения среди производителей зачастую используется базовая методика. Избранный способ производства предопределяет сочетание всех составляющих в следующей регламентированной пропорции:

• известь — 60%;
• диоксид (кремнезём) кремния — 20%;
• алюминий — 4%;
• вышеупомянутый гипсовый элемент и оксид железа — 2%;
• оксидированный магний — 1%.

Иными словами, базовые виды цемента (тот самый ПЦ) — это соотношение 70% неорганических и 20% органических элементов с 10% жидкости. Технологии для приготовления цементного порошка могут видоизменяться, что позволяет выпускать совершенно новый продукт с определённым уровнем качества и набором эксплуатационных свойств.

Стоит отметить, что точные химические формулы для выпуска данной продукции отсутствуют, а потому и появилось множество разновидностей порошка.

В роли основного сырья, из которого изготавливают данный стройматериал, выступают клинкерные гранулы. Такое название получила структура, увиденная специалистами в обжигаемом сочетании известняка и глины (3:1). Фактически это гранулированный полуфабрикат, который имеет небольшую фракцию — до 6 см.

Гранулированные известняково-глинистые породы тщательно измельчают с добавлением в них:

• гипсовой составляющей (корректирует сроки на первичное схватывание);
• элементов (специальные модификационные добавки ¬— до 15-20% от объема готового порошка), улучшающих качественные параметры стройматериала.

Сырьевой базой в производственной промышленности по данному направлению выступают горные ископаемые:

• Карбонатные породы (аморфные или кристаллические). Карбонатная составляющая предопределяет, насколько эффективно будут взаимодействовать все элементы между собой при обжигании перед измельчением.
• Осадочные элементы, являющиеся той самой минерализованной глиной, которая увеличивает свой объем при увлажнении. Актуальность их использования заключается в вязкости, которой требует преимущественно сухой способ выпуска порошка.

Также сухая технологическая производственная схема требует от изготовителей добавлять набор различных модификаторов, которые делают цемент более эффективным.

Ископаемые	Промышленные отходы
железистые и кремнебелитовые составляющие; плавиковый шпат; апатиты; глинозём.	пиритные огарки; печная пыль; белитовый шлам; минерализаторы.

Эти и другие составляющие могут использоваться для того, чтобы позаботиться о следующих характеристиках порошка:

• морозостойкости;
• степени активности;
• удобоукладываемости, с которой строительный раствор распределяется по обрабатываемой поверхности;
• прочностного уровня, соответствующего одной из регламентированных марок;
• скорости твердения и т. д.

Однако сделать цементный порошок можно по-разному. Стоит отдельно рассмотреть производственные схемы, которые сегодня существуют в данной индустрии.

Ключевые подходы к выпуску порошка

Учитывая современный технологический прогресс и сырьевые условия производственной сферы, марочный порошок выпускается в рамках метода из перечисленных далее. Рассмотрим, каким образом реализуют производственную схему для каждого из подходов.

С высушенной сырьевой базой

При минимуме энергозатрат и сниженной стоимости на этапах перемалывания и сушки актуально применение шаровой мельницы.

1. Все составляющие дробятся и просушиваются.
2. Эту консистенцию повторно дробят до мукообразного состояния.
3. Выполняется обжиг и охлаждения с последующей отправкой для складирования.

Мокрый

Известковая составляющая заменяется мелом, а также дополняется жидкостью. Получающаяся сырьевая база называется шихтой (вязкая каша, образуемая при смешивании исходных составляющих) с уровнем влаги до 50%. Относительно подхода с высушенной сырьевой базой данная методика отличается лишь наличием жидкости, а само дробление в муку осуществляется уже после сушки шламовой консистенции, прошедшей печную термическую обработку.

Комбинированный способ

Реализуется посредством частичного соединения вышеуказанных подходов. В результате качественно приготовленный порошок содержит до 18% влаги. После получения шламовой консистенции её просушивают и гранулируют. Уже в таком формате клинкерные элементы попадают в печной отсек для обжигания.

Бесклинкерная производственная схема

В данном случае сырьевой базой выступает гидравлический или доменный шлак. Выпускаемый порошок также состоит из разных модификаторов и активирующих элементов. Шлако-щелочная консистенция дробится и перетирается в порошок, который впоследствии и применяется для строительства.

Ключевые преимущества, которыми обладает этот подход:

• экологическая безопасность производственного комплекса (переработка металлургических шлаковых отходов способствует этому);
• повышенная степень устойчивости порошка к негативным факторам, присущим окружающей среде;
• возможность выпуска порошка с другими цветами (кроме серого);
• минимальные затраты на электро- и теплоэнергию сравнительно с другими методиками.

Каждая марка порошка, выпускаемого в рамках описанных производственных схем, отличается уникальными параметрами и эксплуатационными особенностями.

Видовые различия и применимость для проводимых работ

Тип порошка	Особенности состава	Сфера эксплуатации
ПЦ	Традиционная формула.	Отделка, оштукатуривание, создание бетонных конструкций, декорирование.
ШПЦ (шлакопортландцемент)	Шлаковая составляющая (до 25%).	Сугубо строительное назначение с выпуском массивных бетонных объектов.
ППЦ (пуццолан)	Минерализованная составляющая, активирующего типа.	Широко применяется в сложных для эксплуатации местах: крайний Север, подводная часть гидротехнических объектов.
Пластифицированный	Дополнительные элементы, обуславливающие мягкость и пластичность замешиваемой консистенции.	В этом материале нуждаются на производственных объектах при выпуске элементов сложной формы.
Кислотоупорный	Для него нужны особые жидкие растворители, в частности, кварцевое стекло. Характерно содержание кварцевого песка и кремнефтористого натрия.	Актуально для случаев эксплуатации под воздействием кислот.
Глинозёмный	Гипсовая и шлаковая сырьевая база.	Скорость первичного отвердевания крайне высока. Влагостойкость позволяет задействовать данный порошок при возведении гидроизолированных сооружений.
Сульфатостойкий	Сочетание алюмината (5%) и силиката (50%) с клинкерной базой. Недопустимо нарушение этих долей, т. к. от количества включенных составляющих зависит уровень кальция (его защищенность от вымывания).	Создание подводных и подземных объектов, инертных к химически агрессивному воздействию. Высочайший показатель морозо- и влагостойкости.

Деятельность заводов

Выпуск порошка с избыточным увлажнением характерен для отечественных предприятий, а за рубежом предпочитают сушку (Китай, Турция, Египет). Белый порошок выпускается компанией «Холсим» (Словакия, РФ), также этот декоративный стройматериал поставляется из Дании, Турции.

Обычно избираемые предприятиями производственные схемы объединяют общие пункты. Например, это выглядит так:

1. Перемешивание всех составляющих в первичную клинкерную консистенцию.
2. Обжигание во вращающихся печах.
3. Перемалывание до порошкообразного состояния.

Вся производственная схема строится на высокотехнологичном оборудовании. В числе устройств, из которых собираются крупнейшие комплексы, а также вспомогательной техники:

• добывающие машины, обеспечивающие сырьевую базу;
• транспортные средства для доставки;
• печные установки;
• мельницы;
• фасовочные станки для упаковки порошка в мешки.

Выпускаемый таким образом стройматериал составляет львиную долю рынка, однако изготовить порошок можно и лично, не прибегая к обращению в профильный магазин.

Переоборудуем дом под производственную схему

Для большой стройплощадки можно оборудовать локальную производственную точку. При этом в оснащении должен быть определенный набор элементов:

• печная установка, температура которой будет расти до 1500 градусов по Цельсию;
• дробилка, способная обеспечить достаточно мелкий перемол;
• различные ёмкости, способные выдержать плавку сырьевой составляющей порошка.

Одна из альтернативных производственных схем основывается на задействовании смолы и серы. Получается в итоге консистенция, подходящая для качественной плиточной или кирпичной кладки, а также для заливки стяжки пола.

1. Сера (1 килограмм) растапливается в металлической ёмкости, а смола (1 килограмм) — в огнеупорной.
2. В жидкостном формате эти составляющие перемешиваются до однородного состояния.
3. Туда вводят чистой песочной россыпи и оксидированного свинца (глета) — 2 и 3 кг соответственно.
4. При термической обработке консистенция опять доводится до однородного состояния.
5. Затем она обжигается и отстаивается.

Учитывая то, что необходимая техническая оснастка не всегда имеется у рядового работника, можно видоизменить формулу, задействовав известковую и зольную базу в сочетании с жидкостью. Однако с помощью этой консистенции можно выполнять лишь ремонтные задачи, в частности, заделывание трещин и прочих незначительных дефектов. На эксплуатацию под большей нагрузкой она не рассчитана.

Приведение порошка в эксплуатационное состояние

Помимо выпуска качественной связующей консистенции требуется умело задействовать её, чтобы добиться создания максимально прочного и долговечного сооружения. По стандарту на 1 долю порошка приходится 3 песочные доли. Объем жидкости регулируется исходя из того, насколько пластичной и вязкой должна быть консистенция. Также стоит учитывать марочную принадлежность и тип изготавливаемого порошка. Так, в сводной таблице далее будет представлено достаточно информации о пропорциональном замесе консистенции для стяжки.

Марочная принадлежность (цемента/замеса)	М100	М75	М50	М25
М200	—	1:2,5	1:3	1:6
М300	1:2,5	1:3	1:4,5	—
М400	1:3	1:4	1:6	—
М500	1:5	—	—	—
М600	1:6	—	—	—

Указанные доли соответствуют связующему порошку и песочной фракции, которые перемешиваются между собой. Также наполнителем могут выступать гравий или щебёнка. Фильтрованная жидкость доливается в высушенный замес. Чтобы создать бетон, которым будет заливаться фундамент, понадобится консистенция марочной принадлежности от М200 и более. Максимальную однородность для неё можно будет обеспечить исключительно посредством бетономешалки. Другие наши статьи рассказывают о нюансах индустрии еще подробнее.

Сотрудничество с «АльфаЦем»

По всем вопросам, касающимся данной отрасли, вы можете обратиться к представителям группы компаний «АльфаЦем». Наш ассортимент представляет клиентам максимальный выбор связующих порошков от ведущих поставщиков из России и стран зарубежья. Регулярные новые поступления гарантируют вам возможность безостановочной строительно-монтажной деятельности. Настройте поиск по фильтрам каталога, чтобы отобрать нужные товары.

Оставьте заявку на сайте или позвоните нам напрямую для обсуждения деталей заказа. Важной составляющей торговой деятельности мы считаем то, что все изделия поставляются с сертификатами, подтверждающими их соответствие действующим техническим стандартам. Все они выдаются поставщиками исходя из параметров лабораторной проверки образцов. Ключевое правило для менеджеров «АльфаЦем» — удовлетворение потребностей каждого заказчика.

В первую очередь, мы обеспечиваем комфортное сотрудничество (оплата, доставка, гарантийные обязательства). Также компанией ведётся конкурентоспособная ценовая политика. Менеджеры, в свою очередь, могут помочь с выбором, обратив внимание клиентов на скорость отвердевания, прочностной уровень при сжатии, качественные параметры и т. д.

Оставляйте свои комментарии, выделяя главные преимущества сотрудничества с «АльфаЦем». Мы будем рады как благодарностям, так и конструктивной критике, значительно улучшающей сервис, предоставляемый компанией. Ждём вас!

© Интернет-магазин стройматериалов «АльфаЦем» 2001–2021

Источник