Из чего и как делают цемент?

Состав, из которого производят цемент

Часть людей работающих в сфере строительства не знают, из чего делается цемент.

Однако вне зависимости от вида цемента, то есть рецепта, использованного при его производстве, основой для него служат два компонента – известняк с добавлением глины.

Глина

Количество известняка в три раза превышает количество глины. Такие пропорции необходимы для получения качественного клинкера, являющегося полуфабрикатом для производства цемента.

Известняк

Теперь можно назвать основные компоненты состава, чтобы каждому было ясно, из чего делают цемент:

• клинкер, основа конечной продукции, определяющая её характеристики прочности. Используется в виде гранул диаметром до 60 мм. Его термообработка выполняется при температуре, доходящей до 1500°. При плавлении клинкера образуется масса, для которой характерно высокое содержание кремнезёма и кальциевого диоксида;
• данные компоненты влияют на эксплуатационные характеристики конечного продукта. Перед обжигом гранулы клинкера измельчаются до пылеобразного состояния;
• гипс, определяющий скорость затвердевания цемента. В базовых рецептах предусмотрено добавление в состав чистого гипса до 6 % от общего количества компонентов;

Гипс

специальные добавки (пластификаторы, морозостойкие присадки, жидкое мыло и т.д.), усиливающие свойства, уже имеющиеся у продукции, или же придающие ей специальные характеристики, способные расширить область применения цемента.

Пластификатор

Портландцемент: что это такое — определение и история получения

Портландцемент по определению — это гидравлическое вяжущее вещество, непосредственно представляет собой цемент, отличающийся составом и количеством используемых материалов для его производства от привычного цемента.

Портландцемент впервые был создан в 1824 году англичанином Джозефом Аспдином, и в этом же году, 21 октября, он запатентовал свое творение. Название обозначенный строительный материал получил согласно наименованию острова Портланд, который находится в Англии. Основной горной породой непосредственно для получения портландцемента является известняк (мел, ракушечник, мраморная крошка).

Технология создания состоит из нескольких основных этапов, при этом используемые материалы должны составлять строго утвержденное процентное число. Производится портландский цемент вследствие измельчения клинкера и гипсового камня в порошкообразное состояние. Готовый материал после фасуется.

Чтобы добыть клинкер, необходимо соответствующие компоненты нагреть. Для этого используется специальная печь цилиндрической формы, которая должна находиться под небольшим уклоном. Температура нагрева достигает 1480 градусов, а время обжигания составляет от 2 до 4 часов.

Область применения портландцементов

Применение портландцементов возможно в различных видах строительных работ в соответствии с маркировочными значениями:

• В жилищном, сельскохозяйственном и промышленном строительстве для производства непосредственно фундаментов, плит перекрытия, балок и железобетона.
• Для создания строительных, бетонных растворов, штукатурных и кладочных работ.
• Дополнительно применяется обозначенный вид цемента для выполнения аварийных, ремонтных и восстановительных работ. В особенности, где требуется повышенная прочность бетона из-за высокого уровня влажности и наличия низких температур.

Виды цементно-песчаных смесей по функциональному назначению

По основному назначению растворы на базе ЦПС в соответствии с ГОСТом на следующие виды:

• Кладочные. Для приготовления кладочных растворов, предназначенных для возведения стен из кирпича, используется песок, размер зерна которого не превышает 2,5 мм. Для кладки из бутового камня может использоваться пластичный материал, в котором величина зерен песка достигает 5 мм.
• Монтажные, в том числе используемые при устройстве стяжки пола. Для заливки пола используются ЦПР не ниже марки М150. Такие пластичные продукты после затвердевания образуют слой с высокой водонепроницаемостью. Цементно-песчаные растворы (ЦПР) могут использоваться для стяжек толщиной не более 30 мм. Если их толщина превышает эту величину, то потребуется бетонная смесь.
• Облицовочные. Это могут быть мелкодисперсные составы, позволяющие получать очень гладкую поверхность, или материалы с декоративными компонентами – мраморной или гранитной крошкой, кусочками слюды или стекла.
• Штукатурные. При производстве штукатурных ЦПР используется песок с крупностью зерен до 2,5 мм, для накрывочного слоя – 1,25 мм. Требуемую марку раствора выбирают в зависимости от его функционального назначения. ЦПР М50 может использоваться только для окончательной отделки поверхности, М100 – для внутренних отделочных работ в комнатах с обычным уровнем влажности. Для отделки стен и потолков во влажных помещениях, а также оштукатуривания фасадов понадобится ЦПР марки не ниже М150.

Преимущества применения сухих цементно-песчаных смесей

Рациональным вариантом является использование сухих смесей, изготовленных в заводских условиях с точно подобранным составом и строгой дозировкой компонентов. 

Имеющиеся в продаже сухие цементно-песчаные смеси обеспечивают ряд преимуществ:

• Точность рецептуры. Такие составы изготавливаются на автоматизированных линиях, что обеспечивает точную дозировку и прогнозируемые характеристики продукта. Качество используемых компонентов проверяется в заводской лаборатории.
• Высокая скорость приготовления. На месте производства работ необходимо только затворить сухой порошок водой в количестве, указанном в инструкции, и перемешать с помощью строительного миксера. Среднее количество воды на 1 кг смеси – 0,2 л.

Наличие в составе полимерных добавок, улучшающих качество готовой продукции.

Норма расхода сухой ЦПС указывается на упаковке материала в инструкции по применению, средняя величина – 1,4-1,5 кг на создание слоя толщиной 1 мм площадью 1 м2. 

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.

Состав цемента

Цементная смесь получается в результате смешивания ряда компонентов:

1. Клинкера. Вещество основано на глине и известняке, используется для определения прочности материала. Производится путем обжига глины и известняка. Под воздействием высоких температур плавится, преображаясь в гранулированную фракцию с высоким содержанием кремнезема. Затем обжигается повторно.
2. Гипса. Используется для регулирования процесса твердения цемента. Вводится в состав в количестве не более 5%.
3. Активных минеральных добавок. Они способствуют улучшению свойств цементного состава и расширению области его использования.

При изготовлении продукции могут быть использованы другие добавки, например, окислы кальция, магния, фосфора, соли. Но они используются в небольших количествах. Их вносят для того, чтобы получить установленные характеристики — жаропрочность, кислотоустойчивость и пр.

Если технологический процесс позволяет, то в состав могут быть введены пластификаторы.

Их использование помогает получить следующие эксплуатационные характеристики:

1. Препятствовать проникновению влаги в конструкцию.
2. Уменьшение времени затвердевания.
3. Увеличение прочности.
4. Стойкость к колебаниям температур, влиянию агрессивных сред.

В зависимости от количества добавок выделяются несколько видов продукта:

1. Портландцемент. Самая распространенная модификация, в составе которой около 80% силиката кальция. Используется при различных строительных работах. Добавление красящих веществ улучшает декоративные свойства цемента, позволяя использовать его для отделочных работ.
2. Глиноземистый. Отличается ускоренным твердением. Благодаря этому свойству его используют на объектах, которым необходима срочная реставрация, например, устранение разрушений после аварий, пожаров.
3. Магнезиальный. Основной компонент — оксид магния, добавляет составу прочности, повышает адгезию к древесине. Однако из-за повышенной склонности к коррозии используется редко.
4. Кислотоупорный. В процессе изготовления в состав вносится наполнитель — гидроксиликат натрия, затворяющийся жидким стеклом. Используется в кислотостойких бетонах и растворах.

Состав

Полная химическая формула стройматериала довольно сложная. Он содержит следующие вещества:

• кальциевый оксид в количестве 67%;
• кремниевый диоксид в объеме 22%;
• алюминиевые окиси порядка 5%;
• оксид железа, содержание которого составляет 3%;
• модифицирующие компоненты – не более 3%.

Основу стройматериала составляют следующие ингредиенты:

клинкер, произведенный из глины и известняка. От качества клинкера зависят прочностные свойства. Клинкер – это главный компонент, произведенный при нагреве известково-глинистого состава во вращающейся печи. При обжиге плавится глиносодержащее сырье и известняковые материалы с образованием гранул, насыщенных кремнеземом. Затем производится повторный отжиг и дробление клинкера до пылеобразного состояния;

До сих пор аналогов данного стройматериала еще не найдено, что свидетельствует об уникальных свойствах цемента

• компоненты минерального происхождения. Введение специальных добавок расширяет сферу применения, повышает эксплуатационные характеристики, придает необходимые свойства. Добавляются гранулированные шлаки, измельченные сланцевые материалы, пуццолановые ингредиенты и измельченная известь. В нормативных документах, регламентирующих состав стройматериала, имеется информация о содержании в минеральных компонентах различных химических веществ;
• специальные добавки и вспомогательные компоненты, содержащие сульфат кальция. Добавление данных ингредиентов не оказывает влияния на скорость поглощения влаги и продолжительность использования рабочей смеси. Изменение концентрации кальциевого сульфата, входящего в состав модификаторов, позволяет регулировать в необходимых пределах продолжительность процесса гидратации. Для этого производится добавление гипсового порошка.

Кроме указанных основных составляющих, вводятся специальные присадки, повышающие устойчивость цементного состава к высокой температуре, воздействию кислот, щелочей, агрессивных сред. Добавки также повышают влагостойкость, улучшают адгезию со стальной арматурой, а также влияют на подвижность цементного раствора.

В сухом виде — это сыпучая однородная масса серого цвета

№6. На что обратить внимание при выборе цемента?

Спрос на цемент огромный, что и породило появление множества недобросовестных производителей, которые часто подмешивают в цемент добавки, сильно снижающие качество готового состава. Чтобы не ошибиться при выборе цемента и купить действительно качественный товар, необходимо кое-что знать о том, как выглядит хороший цемент и какими свойствами он должен обладать:

• цемент продают в мешках и в рассыпной форме. Лучше брать цемент в мешках, поскольку так он защищен от внешнего воздействия, дольше сохраняет свои качества, да и на упаковке мешка всегда можно узнать информацию о составе, дате производства, характеристиках цемента и о его производителе. Мешки обычно изготавливают из двух слоев бумаги, внутренний защищает цемент от намокания. Кстати, отсутствие какой-либо информации на упаковке – также признак того, что перед вами может быть некачественный материал;

• если вы покупаете цемент оптом, и он расфасован в мешки, то лучше тщательно проверить срок годности на каждом, так как в общей массе вам могут продать залежавшийся товар. Активность цемента спустя 6 месяцев от даты производства падает в несколько раз;
• проверить свежесть цемента можно и опытным путем. Достаточно стукнуть по мешку – ощущения не должны напоминать удар по камню. Первым каменеет цемент в углах мешка, поэтому их также не мешает проверить. Естественно, если даты производства вообще нет на упаковке, то такой товар лучше не брать;

• цемент должен храниться в сухих и хорошо проветриваемых помещениях, иначе он будет быстро каменеть;

• цвет качественного цемента – серый, точнее от светло-серого до темно-серого и даже зеленоватого. Темные и болотные оттенки не допускаются. Хороший цемент должен рассыпаться в руке, а при сжимании не сминаться в комок;
• тонкость помола влияет на процесс отвердения. Чем фракция частичек мельче, тем быстрее будет отвердевать состав и тем его цена выше. Слишком мелкая фракция увеличивает водопотребление, поэтому в идеале лучше брать цемент, где встречаются фракции от 40 до 80 мкм;

• не мешает провести оценку состава и характеристик цемента. Сделать это несложно, но заранее необходимо подготовить гидрокарбонатно-натриевую воду (подойдет «Боржоми») или гидрокарбонатно-хлоридно-натриевую. Из воды необходимо выпустить газ. Далее используем ее для замеса цементного теста и формирования из него лепешки диаметром 15 см. В центре она должна быть потолще (5 см), к краям – уже (1 см). Качественный цемент должен начать схватываться не позже, чем через 10 минут, а утолщенная часть будет заметно нагреваться. Если схватывание не происходит даже в течение 30 минут, то перед вами состав невысокого качества.

Рецептура цемента М500

Несмотря на впечатляющий выбор строительных материалов и смесей, цемент М500 по-прежнему не утрачивает своей высокой популярности. Как и десятки лет тому назад, он применяется практически повсеместно в заливке фундамента и производстве бетона.

Столь высокий спрос на материал объясняется его экологичностью (производится на основе глинистых пород), высокой стойкостью к агрессивным средам и коррозии (используют в устройстве плотин и прочих гидротехнических сооружений). На его основе производят бетон, железобетон, пескобетон, асбестоцемент, строительные смеси и растворы.

Цементная группа включает:

• БТЦ – быстротвердеющий,
• БПЦ – белый,
• СПЦ – сульфатостойкий,
• ЦПЦ – цветной,
• ГПЦ – гидрофобный цемент.

Пластифицированный ПЦ получают путем введения в сухой состав 0,25% сульфатно-спиртовой барды. При добавлении данного компонента увеличиваются показатели морозостойкости, смесь обретает повышенную подвижность. Серый цвет смеси придают содержащиеся в ней соединения железа. Как и любой другой строительный материал, он отличается по количеству введенных добавок.

Цемент М500 —  М (марка прочности), 500 – нагрузка (кг) на 1 см2. Процентное содержание добавок можно определить по цифре возле буквы Д в маркировке цемента.

Химический состав цемента М500 (ПЦ 500 Д0) (%)

• 21,55 — оксид кремния
• 65,91 — оксид кальция
• 5,55 — оксид алюминия
• 4,7 — оксид железа
• 1,9 — ангидрид серной кислоты
• 1,46 — оксид магния
• 0,35 — оксид калия
• 0,49 — потери при прокаливании.

Показатели качества цемента М500:

• активность при пропаривании – 35,3;
• сроки схватывания, 155 минут – начало и 250 минут – конец;
• прочность при сжатии, на третьи сутки– 34,1 Мпа и  51,3 Мпа — на 28 сутки;
• тонкость помола  — 92,3%.

Химический состав клинкера:

• оксид магния, % — 1,26
• содержание SO₃, % — 0,1
• хлор-ион % – 0,0001
• нерастворимый остаток, % — 0,41

Минералогический состав клинкера (%):

• С₂S(2CaO*SiO₂) двухкальциевый силикат – 16,7
• С₃S(3CaO*SiO₂) трех кальциевый силикат – 59,8
• С₄AF(4CaO*Al₂O3*Fe₂O₃) четырех кальциевый алюмоферрит – 14,3
• С₃A(3CaO*Al₂O₃) трех кальциевый алюминат – 6,7

Основные разновидности материала:

• М500 Д0 – порошковый состав без примесей и добавок, способен придать бетону высокую прочность, морозо- и водостойкость. Используется в промышленном строительстве, эффективен при восстановительных, аварийных и ремонтных работах благодаря высокой начальной прочности;
• М500 Д20. В составе смеси содержится 20% добавок. Характеризуется высокими показателями водо- и морозостойкости, практически не подвержен действию коррозии. Используется в разных отраслях строительства, в производстве фундаментов, железобетона, балок и пр. Данный стройматериал широко применяется в изготовлении кладочных, штукатурных, строительных и бетонных растворов, в проведении ремонтно-строительных работ.

Основные характеристики цемента М500:

• Длительный эксплуатационный период.
• Быстродействие (схватывание происходит через несколько часов после затворения).
• Отличная адаптация к окружающим средам.
• Удобство приготовления и использования состава.
• Высокое качество готовых сооружений, низкий износ и деформация.

Использование цемента М500 позволяет существенно сократить строительный цикл и обеспечить конструкциям высокую прочность.

Производство цемента, основные этапы изготовления

Сухой способ производства п/ц.

Процесс изготовления цемента состоит из двух основных этапов: производство клинкера и его перемалывание до вида мелкого порошка. Рассмотрим, как делают непосредственно цемент.

В первую очередь добывают сырье (глина и известняк), доставляют его до места переработки, измельчают и смесь обжигают под воздействием высоких температур.

С целью сокращения затрат на транспортировку, заводы по изготовлению цемента чаще строят недалеко от места добычи сырья.

Существует три способа изготовления цемента:

1. Сухой.
2. Мокрый.
3. Комбинированный.

Сухой способ используется в основном зарубежными странами, тогда как в России производят цемент в основном по мокрому. Сырьем для мокрого выступает мягкая глина и сухой твердый известняк. В начале производства материалы тщательно измельчают (сначала дроблением, а затем помолом). Известняк дробят до частиц размером 8-10 мм. Глину измельчают до размера кусков не более 10 мм в вальцевых дробилках и вымачивают в болтушках, где она достигает влажности 70%.

Измельченная глина попадает в мельницу, где к ней добавляют известняк. Компоненты перемешивают и размалывают. В результате получают шлам влажностью 40%, который погружают в вертикальный бассейн. На этом этапе происходит корректировка состава с помощью добавок и оценка качества шлама. Одобренная смесь перекладывается в горизонтальные накопители, где она ожидает обжига.

В печи для обжига под действием высоких температур шлам расплавляется в клинкер. После охлаждения, его отправляют в дробилки, а затем в мельницы. Туда же досыпают гипс и добавки. Готовый цемент проходит оценку качества, упаковывается и поступает в продажу, или отправляется навалом.

В сухом методе все исходные компоненты – мергель, мел, известняк, глину, уголь – пропускают сквозь сушильный барабан и загружают в мельницу. Измельченные и перемешанные составляющие проходят оценку, и происходит корректировка состава смеси. Далее она поступает в шнеки с целью увлажнения и образования гранул. После этого смесь поступает в печь для изготовления клинкера. Дальше процесс такой же, как и у мокрого метода.

В комбинированном способе сырье подготавливается также, как в мокром. Затем шлам в специальном фильтре обезвоживается до влажности 12-15%. После смесь обжигают в печи, и дальше процесс повторяет мокрый способ.

Теперь известно, как производят этот материал, что входит в его состав. Останется только вычислить, сколько же потребуется цемента по формуле или через специальные онлайн калькуляторы, и можно приступать к необходимым работам.

Из чего делают бетон — состав и пропорции

Технология изготовления газобетонных блоков своими руками

Виды асфальтобетонных смесей и их описание

Технология применения глиноземистого цемента

Этапы производства и нормативная документация

Пришло время узнать, как получают цемент. Нужно отметить, что данное производство относится к категории сложных. Технически оно представляет собой процесс смешивания клинкера и гипса.

Цементный завод в г. Спасск-Дальний Приморского края

Производственный процесс можно разделить на два основных этапа:

• получение клинкера;
• измельчение основного вещества и введение добавок.

Цемент получают одним из способов:

• сухим;
• мокрым;
• комбинированием обоих.

Выбор технологии напрямую зависит от качества сырья. На всех этапах производства лаборатория определяет характеристики будущей продукции, согласно установленным нормам. В России действует система ГОСТ. Для каждого типа цемента разработаны свои технические условия, которым он должен соответствовать. Большинство из стандартов были приняты ещё во времена существования Советского Союза. Чаще всего применяются:

• ГОСТ 969-91 (технические условия для глинозёмистой и высокоглинозёмистой продукции);
• ГОСТ 10178-85 (технические условия для портландцемента);
• ГОСТ 30515-97 (общие технические условия);
• ГОСТ 22266-94 (технические условия для сульфатостойкой продукции).

Основные характеристики

Для цемента главной технической характеристикой остаётся его марка, именно эта маркировка скажет о такой важной характеристике, как показатель максимальной нагрузки в кг. Обычно этот показатель имеет обозначение буквой «М»

Далее идут цифры, показывающие прочность, к примеру, М400 или М500

Обычно этот показатель имеет обозначение буквой «М». Далее идут цифры, показывающие прочность, к примеру, М400 или М500

Числа указывают на максимальный показатель нагрузки, которую может выдержать застывший цемент. Его ещё называют показателем прочности на сжатие. На практике такое значение говорит о весе, который способен выдержать материал и при этом не разрушиться. Например, при использовании цемента М200 нагрузка, которую сможет выдержать 1 см³, составляет 200 кг.

Интересно, что тестировать цемент разрешено только после полного высыхания, а это происходит через 28 суток и не ранее. После этого тестовый образец цемента укладывают под пресс и сжимают. Давление, при котором он начал разрушаться, и является его маркой. Причём процедуру повторяют шесть раз, а потом из 4 лучших показателей вычисляют среднее арифметическое. Показатель этот измеряется в МПа и кг/см².

Добавки могут влиять на износостойкость материала, его влагоустойчивость, защиту от коррозии, влиять на цвет и крепость. Выпускаются вяжущие вариации цемента от М300 до М800.

Компоненты цементно-песчаных смесей

В состав цементно-песчаных смесей входят:

• Портландцемент. При производстве строительных растворов используется цемент марок М400 и М500. Свежий цемент, пригодный к использованию, представляет собой мелкодисперсный сыпучий материал. При затворении водой цемент образует искусственный камень, прочность которого зависит от соотношения компонентов в смеси.
• Песок. Для приготовления строительных растворов используют мелкий заполнитель, соответствующий требованиям ГОСТа 8736-2014. Это песок – карьерный сеяный или мытый, речной, очищенный от илистых включений.
• Вода. Рекомендуется брать воду питьевого качества или воду, прошедшую лабораторные анализы на наличие примесей, которые могут негативно повлиять на качество конечного продукта.

Для придания пластинному раствору и/или затвердевшему цементно-песчаному слою требуемых характеристик в состав цементно-песчаных смесей вводят:

• Пластификаторы. Повышают пластичность и подвижность раствора, а, следовательно, позволяют снизить водоцементное соотношение, удалить пузырьки воздуха, уменьшить риск трещинообразования.
• Регуляторы скорости твердения. В зависимости от технической необходимости с их помощью ускоряют или замедляют скорость твердения. 
• Гидрорфобизирующие добавки. Повышают водонепроницаемость отвердевшего ЦПР. 
• Присадки, повышающие способность пластичной смеси удерживать воду, что необходимо при работе по водопоглощающим базовым слоям, таким как силикатный кирпич, пенобетон.
• Пигменты. Их обычно добавляют в ЦПР декоративно-функционального назначения, приготовленные на базе белого цемента.

Из чего состоит цемент, его химические свойства

Цемент представляет из себя сыпучее вещество неорганического происхождения, которое состоит из глинистых и минеральных пород.

В составе глинистой группы:

суглинок (почва с преобладанием глины и большим количеством песка);

Суглинок

глина;

Глина

• глинистый сланец (одно из самых древних геологических отложений);
• лесс и лессовидные суглинки (пористые образования из различных силикатов).

В составе минеральной породы карбонатной группы: осадочные образования кальциты и доломиты, а также мел, известняк, и порода промежуточного состава мергель.

Известняк относится к типичным породам, слагающим земную кору, она представляет собой кальцит с примесями. Мергель может быть нескольких видов: доломитовый, гипсовый, мелоподобный. Он относится к горным породам, которые образуются в результате разрушения и переотложения.

Известняк

Концентрация известняка в составе готового материала должна превышать количество глины, тем самым обеспечивая наилучшее качество цементного состава, отвечающего всем требуемым нормам.

Самая широко используемая карбонатная группа мел, поскольку обладает лучшими характеристиками при прочих равных.

Мел

По своему химическому составу цемент будет выглядеть следующим образом:

• алюминий;
• железо;
• кальций;
• кремний;
• магний.

Все эти элементы смешаны с кислородом и представляют собой оксиды, их специально добавляют в состав материала для улучшения технических характеристик.

Для придания готовой сыпучей смеси определенных качеств в нее примешивают специальные модификаторы, которые могут влиять на время застывания бетона, на показатель его морозоустойчивости, на стойкость к влаге.