Где используется цемент

Химический состав и формула

Когда нагревают такие компоненты, как известняк и глину, то показатели температуры в этом случае достигает отметки 1450 градусов. В результате такого воздействия происходит изменение структуры представленных компонентов, что способствует формированию гранул клинкера. После этого полученные ингредиенты соединяют с гипсом и перемалывают, чтобы в результате получился порошок.

Цемент марки 500 характеристики цена и другие данные указаны в статье.

На видео рассказывается, из чего состоит цемент:

Химическая формула готовой продукции выглядит так:

• 67 % оксида кальция (СаО);
• 22 % диоксида кремния (SiO2);
• 5 % окиси алюминия (Al2О3);
• 3 % оксида железа (Fe2O3);
• 3 % прочие составляющие.

Как и где используется марка цемента м500 можно узнать в данной статье.

Технология производства цемента является очень сложной и трудоемкой. Здесь необходимо использовать специальное оснащение и соблюдение всех правил и норм.

На видео – химический состав цемента:

Гидратация бетона или цемента

Ингредиенты цементного порошка вступают в химическое взаимодействие с водой и начинается кристаллизация в получаемом монолите. Для полноценного прохождения гидратации бетона соотношение объема цемента и жидкости составляет 3:2 и должно быть точно соблюдено. Тщательный замес раствора позволяет создавать однородную структуру камня и управлять временем схватывания монолита.

Время от начала замеса до начала схватывания – это тот период, в течение которого раствор должен попасть в форму или опалубку. Согласно строительных регламентов он равен 45 минутам, однако модифицирующими присадками и постоянным перемешиванием в миксере может быть растянут.

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.

Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления

Сегодня процесс изготовления цемента изменился. Изготовляют его несколькими способами, да и компоненты, входящие в его состав, тоже отличаются от использовавшихся две сотни лет назад.

Так как сырьём для производства цемента гост31108 2003, гост 30515 2013 служат естественные породы, то и предприятия, занимающиеся его изготовления, чаще всего размещают поблизости от мест добычи этих пород.

Все ископаемые, из которых делается цемент, делятся на два вида:

1. Карбонатные ископаемые, отличающиеся характеристиками и особенностью структуры. Именно структура породы обеспечивает эффективное её взаимодействие с остальными ингредиентами состава продукта.
2. Глинистые и горные породы, имеющие осадочное происхождение. Имея минеральную основу, при увлажнении они приобретают пластичность и увеличиваются в объёме. Так как для данного вида сырья характерна вязкость, то их можно использовать, производя цемент сухим способом.

Теперь следует назвать конкретно, какие ископаемые относятся к каждому из видов сырья, используемых при производстве цемента.

К карбонатным породам относят следующие виды природного сырья:

мел, представляющий разновидность известняка. Обладает способностью легко измельчаться;

Мел

мергелистый известняк, в природе встречается как в рыхлом, так и в твёрдом состоянии. В породе могут содержаться примеси глины, поэтому данный вид известняка считается сырьём переходным, обладающим свойствами, характерными и для известняков, и для глины;

Мергелистый известняк

известняки – ракушечники, не имеющие включений кремния. Порода имеет пористую, легко разрушающуюся при сжатии структуру;

Известняки – ракушечники

доломитовые породы и другие ископаемые осадочного происхождения. Они содержат карбонаты, придающие породе ценные свойства.

Доломит

Глинистые породы включают следующие виды ископаемых:

глина с минеральными включениями, набухающими при контакте с водой;

Глина

суглинки, содержащие повышенную концентрацию частиц песка;

Суглинки

сланцы, имеющие глинистую основу. Данное сырьё относят к горным породам, повышенной прочности. При механическом воздействии разделяется на пластинчатые пластины. Характеризуется стабильным составом и низким содержанием влаги;

Сланцы

лесс, пористая порода, с включениями частиц кварца и силиката.

Лесс

Кроме данных видов сырья, что изготавливать цементную смесь на заводе используют некоторые виды производственных отходов. Для улучшения качества в его состав добавляют добавки, предусмотренные технологическим процессом: глинозём и кремнезём, плавиковый шпат и апатиты.

Все добавки, называемые пластификаторами, также природного происхождения. Они влияют в лучшую сторону на следующие качества цемента:

• увеличивают стойкость к изменениям температуры;
• усиливают прочность;
• подвижность и эластичность продукта;
• уменьшает проникновение воды в готовое изделие.

В зависимости от свойств, добавленных в состав цемента пластификаторов, его раствор будет застывать быстрее, или же медленнее.

Как делают цемент: 3 главных способа

Производство цемента в современных условиях осуществляется одним из трех способов:

1. Мокрым. Ее главная особенность – замена извести мелом, а также процесс производства с добавлением воды. Сырьем для изготовления здесь становится шихта (смесь исходных материалов) с влажностью до 50%.
2. Сухим. Эта технология с минимальными энергозатратами и себестоимостью, поскольку здесь несколько технологических операций объединены в один процесс. Поступая в шаровую мельницу, все компоненты одновременно и размалываются, и сушатся.
3. Комбинированным. Этот способ производства объединяет особенности процессов сухой и мокрой технологии. Здесь по результатам обжига получается полусухой состав с влажностью 18%.

Сухой способ производства

Как делают цемент по сухой технологии:

1. Исходное сырье подвергают дроблению.
2. Просушивают его до определенного уровня влажности.
3. Высушенную смесь измельчают до состояния муки.
4. Ее обжигают внутри вращающейся печи, после чего охлаждают и отправляют на склад.

Мокрая технология производства

В отличие от сухого метода изготовления здесь после измельчения компонентов к ним дополнительно добавляют воду. В результате получается не мука, а сырьевой шлам, который и попадает в печь на обжиг, а затем – в холодильник на охлаждение. Уже охлажденные клинкер подвергают измельчению и дополнению добавками.

Комбинированная технология изготовления

Комбинированный способ производства цемента объединяет в себе этапы сухого и мокрого:

1. Сначала по мокрой технологии получают сырьевой шлам.
2. Шлам подвергают обезвоживанию и гранулированию.
3. Гранулы проходят обжиг в печи, которая применяется для сухой технологии.

Расшифровка маркировки цемента по новым нормативам

Кодирование информации о продукции по ГОСТ 31108-2003 основано на разделении видов цемента на 5 групп, обозначаемых римскими цифрами. Первые 3 буквы взяты из названия порошка — ЦЕМ.

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 <20% пуццолана, и композитные, в которых присадки суммарно не превышают того же значения;
• III — шлакопортландцемент при содержании шлаков 36-65%;
• IV — пуццолановый цемент с добавкой 21-35%;
• V — композиционный порошок, включающий в состав 11-30% шлака и в тех же пределах пуццолан.

У каждой из присадок в обозначении своя буква: И — известняк, З — зола уноса, МК — микрокремнезем, К — композитная добавка, Г — глиеж, Ш — шлак, П — пуццолан. После следует цифра класса прочности, за ней буквы: Н — нормальное время твердения, Б — быстрое схватывание. Пример: шлакопортландцемент ЦЕМ III/А 32,5Н ГОСТ 31108-2003. Расшифровывается так: прочность цемента 32,5 МПа, он нормально-твердеющий, содержит 36-65% шлака.

Как сделать цемент в домашних условиях

Можно изготовить цемент своими руками. Однако для этого понадобятся два типа оборудования:

• мельница для измельчения клинкера;
• высокотемпературная печь для обжига.

На выходе получится цемент марок с низкой степенью прочности (не выше М200), в итоге такой продукт можно будет применять только для лёгких бетонных конструкций. Ещё одна проблема: сложность возникнет с выполнением анализов, поэтому качество цемента будет хромать.

Цемент, изготовленный на заводе

Вам понадобится мел и каолин в пропорции 75% и 25%, соответственно. Сырьё измельчается в мельнице до однородного порошка. Оно должно хорошо перемешаться перед тем, как попасть в печь. После обжига вновь производится помол, затем необходимо добавить 5% гипса к полученной смеси. Продукт готов! Вне зависимости от того, купили вы продукт или самостоятельно его произвели, вам понадобится информация о том, как сделать цементный раствор.

Цементный раствор

Расшифровка маркировки цемента по новым нормативам

Кодирование информации о продукции по ГОСТ 31108-2003 основано на разделении видов цемента на 5 групп, обозначаемых римскими цифрами. Первые 3 буквы взяты из названия порошка — ЦЕМ.

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
• III — шлакопортландцемент при содержании шлаков 36-65%;
• IV — пуццолановый цемент с добавкой 21-35%;
• V — композиционный порошок, включающий в состав 11-30% шлака и в тех же пределах пуццолан.

У каждой из присадок в обозначении своя буква: И — известняк, З — зола уноса, МК — микрокремнезем, К — композитная добавка, Г — глиеж, Ш — шлак, П — пуццолан. После следует цифра класса прочности, за ней буквы: Н — нормальное время твердения, Б — быстрое схватывание. Пример: шлакопортландцемент ЦЕМ III/А 32,5Н ГОСТ 31108-2003. Расшифровывается так: прочность цемента 32,5 МПа, он нормально-твердеющий, содержит 36-65% шлака.

Разновидности портландцемента, какие бывают основные марки

Портландцемент — это достаточно прочный строительный материал с наличием нескольких разновидностей. Основными из них считаются нижеперечисленные.

Быстротвердеющий (БТЦ)

Добавление этого вида портландцемента в бетонные смеси позволяет им застывать в течение 3-х суток. Ведь обычный портландцемент набирает свою прочность спустя 28 дней. Чтобы повысить крепость строительного материала, к основному составу клинкера производится добавление 10% пепла или пемзы и 15% гранулированного шлака.

Сульфатостойкий

Чтобы создать этот вид цемента, в клинкер домешивается трепел и диатомит, а, чтобы смесь имела большую пластичность, кладут глину, которая имеет низкое содержание глинозема. При этом, в клинкере должны отсутствовать активные добавки, поскольку они способствуют усилению процесса выделения тепла непосредственно при затвердевании раствора.

Тампонажный

Используется этот вид строительного материала для тампонирования нефтяных и газовых скважин. Портландцемент изготавливают непосредственно из материалов, утвержденных согласно ГОСТу, поэтому производство должно соответствовать установленным требованиям технологического процесса. В учет берется норма текучести, прочности и время застывания.

Дополнительно нужно обозначить и такие разновидности высококачественного стройматериала:

• нормальнотвердеющий;
• пластифицированный;
• гидрофобный;
• дорожный;
• с умеренной экзотермией;
• с поверхностноактивными органическими добавками.

Существует еще белый и цветной портландцемент. Основное отличие заключается в добавлении в них специальных пигментов и красящих оксидов.

Маркировка на упаковках свидетельствует о том, где можно применять усовершенствованный стройматериал. На сегодня в продаже встречаются такие марки портландцемента:

• ПЦ500Д20;
• ПЦ400Д0;
• ПЦ500Д0;
• ПЦ400Д20.

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.

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.

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.

• 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.

Обзор производителей

Цемент для работы лучше брать свежий, поэтому стоит обратить внимание на отечественный стройматериал. 

• «Евроцемент Групп» – группа предприятий, выпускающая строительные смеси. Предлагает лучший цемент марки М400 и М500, как стандартный, так и модифицированный. Составы отличаются высокой морозостойкостью.
• Щуровский завод в Коломне – производит линейку Хольцим. Цемент отличается высокой прочностью, обусловленной новшеством в технологии: используется клинкер с малым содержанием железа.
• Завод «Каменный цветок» – выпускает один из лучших цементов М500. Продукт отличается высокой скоростью высыхания и отсутствием трещин.

CimSa – турецкая фирма, выпускающая лучший цемент М600. Материал чрезвычайно прочен, устойчив к атмосферным явлениям. Получают цемент сухим методом, что обеспечивает низкое водопоглощение и повышенную морозостойкость.

Применение разных марок

Маркировка цемента и его характеристики обуславливают свойства этого материала, а также определяют область применения

Крайне важно знать маркировку цемента и его расшифровку, чтобы грамотно и с пользой использовать данный материал

Виды цемента и их применение:

1. М300 – отличается самой низкой ценой. Применяется для одноэтажных зданий.
2. М400 – эта марка цемента употребляется для конструкций из железобетона, кладки кирпичей, бетонирования на/подземных конструкций.
3. М500 – можно использовать в мостовых опорах, для выполнения ремонта.
4. М600 – для установок высокого класса с повышенными требованиями.
5. М700 – для бетонов, применяемых в конструкциях с большим механическим напряжением.

Зная, как изготавливается цемент, и что означает его марка, можно правильно подобрать материал для определенного вида постройки, обладающий нужными характеристиками. Сочетание различных компонентов в составе позволяет получить крепкий, водостойкий и качественный материал, который обеспечит долговечность и надежность конструкций.

Корректирующие добавки

Помимо перечисленных компонентов, которые составляют основу цементной смеси, туда вводят ряд специальных добавок — пластификаторов. Базой для их изготовления тоже служат ископаемые:

• апатиты;
• глина;
• кремнезем;
• глинозем;
• плавиковый шпат.

Сухие пластификаторы добавляют в цемент на этапе его изготовления. Существуют жидкие добавки, которые применяют для замешивания на строительных площадках. Делают это для того, чтобы улучшить качество материала, придать ему дополнительные свойства:

• устойчивость к разрушению и коррозии;
• сохранение прочности при перепадах температуры, при замораживании и оттаивании;
• повышенную прочность;
• увеличенный срок схватывания;
• текучесть и пластичность раствора;
• водонепроницаемость.

Исторические сведения[править | править код]

Римляне подмешивали к извести определённые материалы для придания ей гидравлических свойств. Это были:

• пуццоланы (отложения вулканического пепла Везувия);
• дроблёные или измельчённые кирпичи;
• трасс, который они нашли в районе г. Эйфеля (затвердевшие отложения вулканического пепла).

Несмотря на различия, все эти материалы содержат в своем составе оксиды:диоксид кремния SiO2 (кварц или кремнекислота), оксид алюминия Al2O3 (глинозём), оксид железа Fe2O3 — и вызывают взаимодействие с ними извести; при этом происходит присоединение воды (гидратация) с образованием в первую очередь соединений с кремнезёмом. В результате кристаллизуются нерастворимые гидросиликаты кальция. В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига загрязнённых глиной известняков по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их.

Растворосмеситель для подземных бетонных работ

После этого начался вековой период усиленного экспериментирования

При этом основное внимание было обращено на разработку специальных месторождений известняка и глины, на оптимальное соотношение этих компонентов и добавку новых. Только после 1844 года пришли к выводу, что, помимо точного соотношения компонентов сырьевой смеси, прежде всего необходима высокая температура обжига (порядка +1450 °С, 1700 K) для достижения прочного соединения извести с оксидами

Эти три оксида после спекания с известью определяют гидравлические свойства; их называют оксидами, обусловливающими гидравличность (факторами гидравличности).

Портландцемент получается при нагревании известняка и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры +1450…+1480 °С. Происходит частичное плавление и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер размалывают совместно примерно с 5% гипсового камня. Гипсовый камень управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67% СаО, 22% SiO2, 5% Al2О3, 3% Fe2O3, 3% других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50—70 %. Это трёхкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счёт размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg2+, Al3+ и Fe3+

Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15—30 %. Это двукальциевый силикат Ca2SiO4, модифицированный введением в структуру инородных ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде β-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Содержание алюминатной фазы составляет 5—10 % для большинства нормальных цементных клинкеров. Это трехкальциевый алюминат сокращенно обозначаемый 3СaAS (состав — 3CaO*Al2O3*SiO2), существенно изменённый по составу, а иногда и по структуре, за счёт инородных ионов, особенно Si4+, Fe3+, Na+ и К+. Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.

Ферритная фаза составляет 5—15 % обычного цементного клинкера. Это — четырёхкальциевый алюмоферрит, сокр. 4СaAFS (4CaO*Al2O3*Fe2O3*SiO2), состав которого значительно меняется при изменении отношения Al/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в поздние сроки.

Выдающийся учёный химик А. Р. Шуляченко считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Антонова для обжига и производства клинкера. По вопросам цементной технологии и твердения гидравлических вяжущих много работ провели Ю. М. Бутт, С. М. Рояк, И. Ф. Пономарев, Н. А. Торопов и другие.

Химическая формула цемента

К важным характеристикам, определяющим качество материала, относится химический состав цемента.

• Основным оксидом в составе цемента является оксид алюминия. От его содержания зависит огнеупорность цемента. Нормальным считается показатель содержания данного оксида от 60 %.
• Не менее значимо назначение оксида кальция, который определяет прочность цементного камня. Если его содержится больше 40%, то цемент относится к высокоизвестковым, меньше – малоизвестковым.
• Большое содержание оксида железа  плохо сказывается на огнеупорных свойствах цемента, но не больше 25%. Кроме того, в небольших количествах содержится оксид кремния (до 10%) и магния (до 2%).

Вредит качеству цемента оксид хрома. Он тормозит динамику его вступления в различные химические реакции.    

Обратите внимание — состав белого цемента