Как делается цемент. Как и из чего делают цемент: все о процессе производства. Как приготовить цементный раствор

Материал используется очень широко. Его применяют как самостоятельный продукт и вводят в растворы. Все это благодаря свойству сухой смеси - она может становиться пластичной при добавлении воды и через некоторое время отвердевать, превращаясь в . Ее характеристики несколько варьируются в зависимости от состава, поэтому важно знать, из чего делают цемент.

В его составе всегда пять основных ингредиентов. Разберем их на примере портландцемента, одной из самых востребованных разновидностей:

• окись кальция - не меньше 61%;
• кремния диоксид - не менее 20%;
• глинозем около 4%;
• окись железа - не меньше 2%;
• окись магния - не менее 1 %.

Необходимые минералы добывают открытым способом, это:

• Карбонатные породы: доломит, мергель, ракушечник, мел и другие известняки.
• Глинистые породы: лесс, суглинки, сланцы.

В качестве добавок используются апатиты, плавиковый шпат, кремнезем, глинозем и т.д.

Портландцемент

Отвердевает на воздухе и в воде. Минеральные добавки отсутствуют. Широко используется для возведения разноплановых монолитных конструкций.

Сульфатостойкий

Его особенность - повышенная устойчивость к химическим агрессивным средам. Характеризуется невысоким коэффициентом насыщения. Это позволяет применять сульфатостойкий цемент для строительства гидротехнических, и т.п.

Пуццолановый

Глиноземистый

Кислотоупорный

В состав входит кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Замешивается не водой, а жидким стеклом. Используется для получения кислотостойких покрытий. Не выдерживает постоянного воздействия воды.

Пластифицированный

Изготавливается со специальными добавками, придающими морозостойкость и повышенную подвижность приготовленным на этом цементе растворам. Они приобретают большую прочность, лучше сопротивляются коррозионным воздействиям и отличаются повышенной водонепроницаемостью.

Шлакоцемент

В его рецепт включается шлак, процент содержания которого может варьироваться от 20% до 80% от массы продукта. Это удешевляет материал, замедляет скорость его отвердевания и увеличивает жаростойкость. Применяется для возведения наземных, подводных и подземных объектов.

Как делают цемент

Технология изготовления заключается в получении и последующем измельчении . Так называются гранулы, которые являются промежуточным продуктом производства. Их состав всегда неизменен. Это известняк и глина, смешанные в пропорции 3:1. В природе существует минерал, полностью идентичный по составу клинкеру. Он называется мергель. Однако его запасы ограничены и не могут обеспечить потребность производства.

Поэтому на заводах используется искусственный аналог мергеля. Для его получения необходимые ингредиенты тщательно смешиваются в больших емкостях специальными барабанами. Подготовленная таким образом масса подается в , где обжигается около четырех часов. Температура процесса составляет порядка 1500 о С. В таких условиях порошок начинает спекаться в небольшие гранулы. После остывания клинкерные зерна направляются на помол. Их измельчают в больших барабанах с шаровыми ситами грохотами. На этом этапе важно размолоть гранулы и получить порошкообразный продукт определенных размеров. Помол определяется размерами ячеек сита. Полученный порошок смешивается с необходимыми добавками, которые определяют марку и свойства продукта.

Несмотря на общую технологию, для производства состава в зависимости от свойств сырья могут использоваться три способа.

Сухой способ

Этот метод позволяет значительно сократить время и затраты на изготовление цементной смеси. Он предполагает несколько этапов:

1. Сырье дробится до получения зерен мелкой фракции.
2. Подготовленные гранулы сушатся до достижения нужной влажности. Это делается, чтобы облегчить последующие операции.
3. Ингредиенты смешивают в определенных пропорциях. После чего измельчают, получая муку.
4. Порошок подается во вращающуюся , где обжигается, но не спекается в гранулы.

После остывания готовый продукт направляется на склад или на участок фасовки.

Сухой способ считается наименее энергозатратным, а потому очень выгоден для производителей. К сожалению, он применим не для всех категорий сырья.

Мокрый способ

В некоторых случаях необходимо увлажнение подготовленного к производству материала. В таких случаях используется мокрый способ. Для приготовления клинкера, который состоит из известняка и глины, замешивается смесь из основных компонентов с добавлением воды. В результате получается вязкая масса, которую называют шламом.

Ее закладывают в печь, где происходит обжиг. В этом процессе из шлама формируются гранулы, которые после остывания отправляются на измельчение.

Комбинированный способ

Применяется для снижения стоимости готовой продукции. Представляет собой своеобразный симбиоз сухой и мокрой технологии. Изначально замешивается шлам, который впоследствии обезвоживается. Таким образом делают клинкер. Он поступает в печь, работающую по «сухой» технологии. Далее при необходимости проводится смешивание с наполнителями, и продукт готов. Более подробно процесс показан на видео.

Качество цемента во многом зависит от сырья, из которого он произведен, и точности соблюдения всех технологических этапов. Учитывая, что характеристики изготовленных из него определяются качеством смеси, стоит обратить на нее самое пристальное внимание.

Без использования цемента не обходится ни одно капитальное строительство или восстановительные строительные работы. Материал используют как при изготовлении различных типов фундамента, так и для возведения стен. Однако, не все знают, из чего делают цемент, и каким образом.

Открытие материала

Изготовление цемента осуществляют во многих странах мира, в том числе и в России. Несколько крупных заводов обеспечивают различные отрасли промышленности этим нужным сырьем для материальных отраслей. Изобретателем, согласно данных Википедии, считается англичанин Джозеф Аспдин. Он в первой четверти XIX века запатентовал порошок серого цвета, дав ему название «портландцемент» в честь расположенного неподалеку города Портленд.

Способы производства вяжущих веществ были изобретены где-то в 3-4 тысячелетии до нашей эры, но впервые патент на его изобретение был получен в 1824 году

Данное неорганическое вещество имеет искусственное происхождение. Оно используется как самостоятельно, так и в составе разнообразных растворов:

• кладочные;
• бетонные;
• штукатурные.

Основное отличие от иных вяжущих веществ, типа алебастров или известей, заключается в том, что материал приобретает высокую твердость при наличии значительного количества влаги.

Действующие нормативы

Производство цемента регламентировано действующим законодательством. Технические условия на выпускаемую продукцию должны согласовываться с ГОСТ № 10178, установленным в 1985 году. Согласно нему в составе принимается определенное количество минеральных добавок.

Более ранним стандартом является ГОСТ № 10178-76, но его действие прекращено с внедрением нового ГОСТа, хотя разница между ними не является существенной. Заметны различия лишь в отдельных позициях, которые не оказывают значительного влияния на конечный продукт.

Также используется производителями стандарт ГОСТ 15825-1980. Он в большей степени регламентирует цветовую дифференциацию продукта.

Производители постоянно работают над усовершенствованием своего продукта. В ход идут эксперименты как с физико-химическим составом материала, так и с выбором пропорций разных составляющих.

Из чего состоит цемент

Выясним, из чего состоит цемент. Традиционными компонентами для него являются гипс, клинкер и набор связующих добавок. Степень измельчения клинкера является важным фактором.

Клинкер

Он является базовым компонентом и формирует главные итоговые характеристики будущей цельной плиты. Образуется материал после обжига сырьевой массы с определенной температурой до получения гранулированных комочков диаметром 1-5 см. для термообработки задействуют спецпечи. Данный этап, из всех этапов производства, как делают цемент, является наиболее энергозатратным и трудоемким.

Известняк с глиной

Добывают в открытых карьерах. Затем они проходят предварительный этап обработки и отправляются в мельницу для формирования из них шламов. Полученный материал проходит сырьевые мельницы и отправляется в шламбассейны.

Мелкий шлам отправляют в печь, которая вращается вокруг собственной оси. Такие узлы могут иметь длину до 200 м и диаметр несколько метров, как на уральском заводе Lafarge в Челябинске. Топливом для них служит природный газ, ведь необходимо создать рабочую температуру в 1450°С.

Сырье во время термообработки частично спекается, формируя клинкер. Печи располагают горизонтально с наклоном до 40, чтобы дать возможность перемещаться массе внутри.

Масса состоит из диоксида кальция и кремнезема. Эти химические элементы оказывают влияние на долговечность будущих изделий и прочность скрепления строительных материалов с вяжущим составом.

Изготовление цемента продолжается в холодильнике, где у состава понижают температуру. На следующей стадии происходит дробление и передача в бункер для перемалывания в пыль.

В современном производстве цемента и его составляющих предусмотрены способы экологической защиты, к которым относятся электрофильтры. Они блокируют выход пыли эффективнее традиционных способов в 10-30 раз.

Пропорция глины и известняка в составе клинкера составляет 1 к 3. Такие вещества входят в цементы различных компаний. Зерно готового продукта составляет в пределах 1-100 мкм диаметра.

Также к востребованным материалам относятся: доменный шлак, мергель, мел, лесс, сланец и пр.

Гипс

Состав цемента на 3-7% состоит из гипса. С его помощью производители варьируют сроки хранения сырья. Он отвечает за качество «отвердения». Исследование сырья показывают, что для цемента может применяться чистый материал или гипсовый камень, имеющий разнообразные примеси.

Добавки

Примеси, внедряемые производителями, способны усиливать характеристики продукта или придавать ему новые свойства. Популярными являются вещества, обеспечивающие такие свойства:

• повышающие сопротивляемость низкотемпературным режимам;
• для расширения диапазона применения готового продукта;
• минимизирующие влагопоглощение;
• обеспечивают пластичность.

Свойства позволяют делить продукт на определенные группы, подбирая оптимальный для каждого конкретного случая. Они определяют специфику эксплуатации. Минеральные добавки входят в состав цемента на 10-15%.

Также к востребованным материалам относятся: доменный шлак, мергель, мел, лесс, сланец и пр.:

• мел относится к осадочным породам, легко растирающимся и измельчающимся;
• мергель - также осадочная порода, которая находится ниже известняка, ближе к глинистым пластам, иногда имеет рыхлую фактуру и зависит от массовой доли глинистых составляющих (материал используется для работы с огнеупорными средами, например, печи или камины);
• известняки предпочтительней выбирать пористые, так как их состав и свойства имеют небольшой порог прочности и в них исключены кремневые образования;
• к востребованным глинистым пародам относятся лессовидные суглинки, лесс, суглинок, глинистый сланец.

На каждом производстве имеется собственная лаборатория. Там ведется регулярный учет качества выпускаемой продукции. Специалисты контролируют дозы входящих компонентов и добавок. Также на территории проводятся испытания прочности. Результаты тестирования подтверждаются соответствующими документами.

Определяя, из чего состоит цемент, необходимо указать его ориентировочный химический состав:

• две трети в нем занимает оксид кальция СаО до 67%;
• менее четверти содержится диоксида кремния SiO 2 до 22%;
• двадцатая часть оксидов алюминия Al 2 О 3 5%;
• порядка 3% оксида железа Fe 2 O 3 ;
• иные компоненты.

Марка указывается после буквы «М» на лицевой части упаковки и обозначает, сколько килограммов выдержит квадратный сантиметр поверхности.

ВИДЕО: Химический состав цемента

Различные технологии изготовления цемента

Существует несколько используемых технологий изготовления. Отличие между ними заключается в основном в процессе подготовки сырья. Применяют такие методики:

• сухая;
• мокрая;
• комбинированная.

Сухая технология

Является наиболее прогрессивной, так как делают цемент по ней, совмещая несколько процессов. Это позволяет снизить себестоимость производства. Сушку и помол при таком варианте проводят в шаровой мельнице. В нее проникают горячие газы, поток которых направлен к заготовкам. В результате шихта получается в виде измельченной пыли.

Мокрая

Для мокрой технологии задействуют мел без извести. Перемешивание элементов осуществляется в спецбарабане. Там же проводится помол. Внутрь барабана пропускают определенное количество воды, от чего технология называется «мокрой».

Комбинированная

В комбинированной методике применены различные способы. Например, в отдельных случаях происходит мокрая обработка, а затем заготовленную массу доводят до полувлажного состояния с 18-20% влаги. Далее осуществляется гранулирование.

Для бытовых условий понадобится печь с высокотемпературным нагревом. Также не обойтись без подготовленных мельниц, создающих необходимую фактуру. Необходимо учесть, что потребуется затратить много энергии на переработку материала.

Технология приготовления цемента

Измельчаем 1 часть подготовленной глины и три части известняка. Тщательно перемешиваем состав и перекладываем в барабанную печь. Температурный режим в ней ставим на 1450°С. В итоге у нас оказывается клинкер в виде крупных комьев. Домешиваем 5-6% гипса к составу. Хранить приготовленный цемент своими руками необходимо подальше от влажных мест.

ВИДЕО: Процесс производства цемента на примере одной компании

Под цементом понимают вяжущее вещество, получаемое в результате измельчения клинкера, а также гипса и добавок. Клинкер в результате спекания сырьевой массы, в составе которой присутствует известняк и глина. Также в клинкере может содержаться нефелиновый шлам, мергель, доменный шлак. Клинкер является основным компонентом, входящим в состав цемента и отражающимся на его качественных характеристиках.

Введение минеральных добавок в размере до 20% от массы позволяет заметно изменить свойства исходного материала. Если содержание добавок превышает 20%, на выходе получается пуццолановый цемент.

Производство цемента

Производственный цикл состоит их нескольких этапов:

• Первый этап предусматривает нагрев смеси глины и гашенной извести (могут присутствовать другие компоненты в зависимости от типа цемента) до температуры +1450°С, в результате которого образуются гранулы клинкера.
• Второй этап - спешивание гранул с гипсом (гипс добавляется с целью регуляции времени схватывания, может быть заменен на сульфат кальция) и перемалывание. Далее производится введение добавок (при необходимости), которые окажут влияние на свойства цемента. Усредненные параметры клинкера предусматривают содержание 67% - СаО, 5% - Al 2 О3, 22% - SiO 2 , 3% - Fe 2 O 3 и других компонентов в размере 3%.

Какой состав у цемента

• Алит (Са 3 SiO 5) – трехкальциевый силикат, обеспечивающий быструю реакцию с водой. Данный компонент играет значительную роль в наборе прочности цемента. Его содержание в клинкере - 50-70%.
• Белит (Ca 2 SiO 4) – двухкальциевый силикат. При смешивании с водой на первых порах он медленно вступает в реакцию, при этом его влияние на прочность бетона незначительна. На более поздних сроках белит существенно повышает прочность конструкции. Содержание белита в клинкере – 15-30%.
• Алюминатная фаза (Са 3 Al2O 6) – трехкальциевый алюминат. Смешиваясь с водой, компонент способен спровоцировать быстрое схватывание. Поэтому в состав цемента добавляется гипс или аналогичные компоненты позволяющие контролировать процесс схватывания. Содержание алюминатной фазы в клинкере – 5-10%.
• Ферритная фаза (Са 3 Al2O 6) четырехкальциевый алюмоферрит. Скорость реакции с водой промежуточная между показателями белита и алита. На долю ферритной фазы в составе клинкера выпадает 5-15%.
• Другие элементы (например, оксид кальция или щелочные сульфаты) не более 3%.

Основные характеристики цемента

Согласно ГОСТ 10178-76, данный материал может производиться с добавками и без них. Их содержание может влиять на такие свойства цемента как:

• Прочность – способность материала воспринимать определенный объем нагрузок без разрушений. Между прочностью и способностью цемента затвердевать при смешивании с водой существуют прямая связь. Маркируется прочность буквой «М» и цифровым значением 300, 400, 500, 550, 600, реже 700 и 800. Определяется данный показатель путем вычисления предела прочности образца на изгиб и характеризует нагрузку в кг на 1 см 2 .
• Сроки схватывания. На сроки схватывания и затвердевания цемента непосредственное влияние оказывает тонкость помола клинкера. Чем он тоньше, чем прочнее материал. Сроки схватывания испытательных образцов определяются при испытании густоты цементного теста. Кроме помола, на их продолжительность влияет водопотребность и минералогический состав.

Сроки схватывания для состава нормальной густоты составляют минимум - 45 минут, максимум - 10 часов. С повышением температуры они сокращаются, с понижением – наоборот увеличиваются.

• Водопотребность – количество воды, которое требуется для гидратации состава и придания определенной пластичности цементному тесту. Как правило, в процессе гидратации используется 15-17% воды от массы цемента. Если требуется обеспечить подвижность раствора, воды берется в 2 раза больше.

• Насыпная плотность. В уплотненном состоянии данный показатель равняется 1400-1700 кг/см 3 , в рыхлом – 900-110 кг/см 3 . При этом истинная плотность цемента – 3000-3100 кг/см 3 .
• Коррозийная стойкость. Данная характеристика зависит от минерального состава и плотности материала. С повышением тонкости помола клинкера и увеличением пористости бетона происходит снижение коррозийной стойкости.
• Тепловыведение. В процессе затвердевания цемент выделает тепло. Если данный процесс проходит медленно, то риск возникновения трещин на поверхности конструкции минимален.

Если отмечается ускоренное тепловыведение, использовать данный материал в создании массивных сооружений не рекомендуется. Регулировать такой показатель как тепловыведение цемента можно путем введения в его состав инертных и активных добавок.

• Морозостойкость – способность выдерживать определенное количество циклов оттаивания и замораживания в пресной или соленой воде.

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 см 2 . 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 SO 3 , % - 0,1
• хлор-ион % – 0,0001
• нерастворимый остаток, % - 0,41

Минералогический состав клинкера (%):

• С 2 S(2CaO*SiO 2) двухкальциевый силикат – 16,7
• С 3 S(3CaO*SiO 2) трех кальциевый силикат – 59,8
• С 4 AF(4CaO*Al 2 O3*Fe 2 O 3) четырех кальциевый алюмоферрит – 14,3
• С 3 A(3CaO*Al 2 O 3) 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.

При возведении объектов промышленного назначения, строительстве жилых домов, производстве отделочных и ремонтных мероприятий используются различные строительные смеси. Они включают цемент, являющийся вяжущим веществом. Он обладает уникальными характеристиками и, несмотря на появление новых стройматериалов, не имеет аналогов до настоящего времени. В рамках небольшой статьи сложно рассказать все о цементе. Вместе с тем попытаемся предоставить развернутую информацию о составе, свойствах, разновидностях и технологии производства.

Что такое цемент

Многие слышали слово «цемент». Определение этого термина можно найти в специализированных источниках. Незаменимый в строительной отрасли цемент – это сухое порошкообразное вещество неорганического происхождения. Он изготавливается путем высокотемпературного обжига известково-глиняной смеси, содержащей данные компоненты в определенных соотношениях. Полученный стройматериал обладает особыми эксплуатационными характеристиками.

При добавлении воды он меняет свойства:

• стает вязким (пастоподобной консистенции);
• приобретает темно-серый оттенок;
• ускоренно набирает твердость в воздушной и влажной среде;
• превращается в камень искусственного происхождения.

Неоднократно убедились все, кто использовал цемент, что это достаточно прочный стройматериал. Искусственный монолит по твердости не уступает природному камню.

Трудно представить себе область строительства, где не использовался бы цемент

Стройматериал имеет древнюю историю. В источниках отсутствует достоверная информация про цемент. Кто изобрел его первым, – неизвестно. Историки также затрудняются дать однозначный ответ на вопрос, где был изобретен цемент. В результате раскопок и научных исследований неоднократно изучался древний цемент. Когда изобрели его? Ученые пытались ответить на этот вопрос. Они пришли к заключению, что материал появился задолго до нашей эры. Это подтверждают найденные в разных странах образцы. Они содержали гипс, известь и даже вулканический пепел.

На протяжении тысячелетий изменялись методы изготовления цемента. Постепенно утратили актуальность связующие вещества, обладающие пониженной прочностью. На смену им пришел клинкер, полученный путем обжига, а также специальные модифицирующие компоненты.

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;

• 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.

Основные характеристики

Использование цемента связано с его свойствами. Действующий стандарт регламентирует следующие характеристики:

• прочностные свойства. Они изменяются для цементных составов различных марок. Прочность определяется лабораторным методом путем сжатия эталонного образца застывшей смеси. Контроль прочности согласно требованиям нормативного документа производится в три стадии: через двое суток, а также через одну и четыре недели после заливки. Величина параметра измеряется в мегапаскалях. Цифровое значение прочности соответствует марке цементного состава;
• продолжительность схватывания. Параметр характеризует временной промежуток, в течение которого изменяются пластические характеристики цементной смеси. Правильно приготовленный раствор начинает застывать через пару часов после заливки в жаркое время года. В осенний период процесс гидратации может занимать 8–10 часов. Резко возрастает продолжительность схватывания при нулевой температуре и может составлять 15–20 часов. Введение добавок позволяет регулировать скорость схватывания;
• устойчивость к воздействию отрицательных температур. Эта характеристика называется морозостойкостью. Она характеризует способность затвердевшего цементного массива воспринимать глубокое замораживание с дальнейшим оттаиванием на протяжении многих циклов. При этом должна сохраняться целостность массива и прочностные характеристики. Причиной разрушения является увеличение объема воды, насыщающей поры. Введение добавок повышает порог морозостойкости;
• плотность. Параметр характеризует массу порошкообразного вещества в одном кубическом метре материала. Свежеприготовленный цементный состав имеет наименьший удельный вес. При длительном складском хранении материал слеживается, а при перевозке – уплотняется. При этом плотность возрастает. Характеристика зависит от крупности измельченного клинкера. Среднее значение – 1,3 т/м3.

Среди прочих характеристик можно отметить:

• гигроскопичность. Степень поглощения воды отличается для различных марок;
• крупность помола. Определяется путем просеивания через сито;
• коррозионная стойкость. Повышается путем введения специальных добавок;
• срок годности. Он зависит от условий хранения и допустимого уровня влажности.

Качество снижается после длительного хранения на складе при повышенной влажности. Приобретая стройматериал, обратите внимание на наличие сертификата соответствия, гарантирующего качество продукции.

Разновидности материала

В строительной отрасли используются различные виды цементных материалов, отличающиеся следующими параметрами:

• составом;
• концентрацией ингредиентов;
• наличием специальных добавок;
• назначением;
• свойствами.

Различают следующие виды портландцемента:

• быстротвердеющий. Содержит добавки минерального происхождения, которые сокращают продолжительность набора прочности. Применяется для ускоренного выполнения строительных мероприятий и изготовления железобетонных конструкций;
• сульфатостойкий. Основное достоинство – устойчивость к воздействию сульфатов, достигается уменьшением в клинкере кальциевых алюминатов. Используется для конструкций, эксплуатирующихся во влажной или агрессивной среде;
• гидрофобный. Содержит поверхностно-активные компоненты, значительно снижающие гигроскопичность. Результат введения добавок – повышение подвижности, удобство укладки раствора. Материал сохраняет свойства при повышенной влажности;
• белый. Его легко отличить от других цементных составов. Имеет светло-серый цвет, не содержит титановых оксидов, солей железа и марганца. Используется для отделочных мероприятий;
• цветной. Содержит специальные пигменты органического и неорганического происхождения, добавляемые в клинкерный материал перед измельчением. Цветные составы, например, желтый цемент, используются при отделочных мероприятиях;
• пуццолановый. Устойчив к воздействию сульфатов, быстро твердеет при повышенной температуре. Автоклавная обработка значительно повышает прочностные характеристики. Предназначен для эксплуатации в почве, а также во влажной среде;
• тампонажный. Производится исключительно для герметизации скважин на газовых и нефтяных разработках. Обеспечивает надежную изоляцию от грунтовых вод, устойчив к давлению и температуре. Приобретает прочность на начальном этапе твердения.

На основе извести, шлаков и глины производят следующие цементные составы:

• шлаковый. Медленно набирает прочность. Применяется в гидротехнической отрасли и портовом строительстве;
• шлаково-известковый. Отличается замедленным твердением. Применяется для штукатурных работ и кладки;
• глиноземистый. Относится к огнеупорным материалам. Отличается устойчивостью к коррозии, а также влагонепроницаемостью.

Выбирая материал для выполнения конкретных работ, учитывайте назначение стройматериала и особенности эксплуатации.

Как получают цемент – технология изготовления

Технологический процесс изготовления предусматривает выполнение следующих операций:

1. Разработку месторождений известняка, гипса и глины.
2. Измельчение добытых материалов.
3. Сушку измельченной сырьевой массы.
4. Получение известняково-глиняного шлама.
5. Обжиг сырья с получением гранул клинкера.
6. Дробление клинкера до порошкообразной консистенции.
7. Дозировку и перемешивание компонентов.

Используется различная технология, отличающаяся методом подготовки шлама:

• сухая. Сушка и дробление производятся в измельчителе, в который нагнетается нагретый воздух. Готовая фракция имеет требуемую влажность;
• мокрая. Предусматривает использование мела. Он дробится во влажном состоянии, затем шихта обжигается и измельчается;
• комбинированная. Объединяет особенности предыдущих методов в зависимости от применяемого в технологическом цикле оборудования.

В настоящее время производители отдают предпочтение сухому способу производства.

Применение цемента

Область применения в промышленном и гражданском строительстве довольно широкая:

• производство железобетонных изделий:
• строительство фундаментов;
• возведение стен зданий;
• выполнение штукатурных работ;
• заливка стяжки;
• изготовление плитки.

Кроме этого, материал широко используется для дорожного строительства, мостостроения, гидротехнической отрасли.

Особенности маркировки

Для классификации используются два способа маркировки:

• согласно европейской классификации по ГОСТ 31108-2003 различным видам цемента присваивается маркировка ЦЕМ с цифровым индексом от 1 до 5;
• по государственному стандарту 10178-85, каждый вид цементного состава имеет буквенный индекс – ПЦ, ШПЦ, БЦ.

Например, портландцемент, изготовленный по европейским нормам, маркируется ЦЕМ 1 или ЦЕМ 2, в зависимости от вида добавок. Аналогичный материал, изготовленный по внутригосударственному стандарту, маркируется ПЦ. Соответственно, обозначение шлакопортландцемента может быть ЦЕМ 3 или ШПЦ. Оба нормативных документа сейчас действуют, что удобно производителям цементной продукции.

Заключение

Ознакомившись с материалом, можно получить информацию о составе, характеристиках, особенностях изготовления, маркировке и свойствах стройматериала. Теперь не возникнет вопросов при слове «цемент». Что это такое – мы разобрались. При покупке необходимо обращать внимание на характеристики и марку материала согласно специфике выполняемых работ. Представленная информация поможет принять правильное решение.

Слово цемент знакомо каждому. Даже те, кто никогда не занимался строительством, знают, что цемент нужен для раствора при кирпичной кладке, что он является основным компонентом железобетонных изделий. Однако мало кому известно, из чего делают цемент.

Особенности

Цемент распространен повсеместно. Он применяется не только при возведении всевозможных строений. Без него не обойтись при проведении реставрационных и ремонтных работ. Пока еще замены цементу не существует. Этим оправдывается его востребованность.

Основой строительного материала являются вяжущие неорганические составляющие. Цемент необходим при производстве панельных плит. Из него делают штукатурные и кладочные растворы. В составе бетонов цементу отводится одно из главных мест.

По сути, цемент – это мелкодисперсный порошок. Основная особенность порошковой массы заключается в том, что при взаимодействии с водой она постепенно начинает твердеть. Процесс взаимодействия двух компонентов (цемента и воды) завершается образованием сплошного массива, по твердости схожего с природным камнем.

Прочная структура образуется при избыточной влажности. Происходит реакция как на открытом воздухе, так и в воде. Цемент после отвердевания сохраняет прочность длительное время.

Свойства

Физические характеристики цемента зависят от нескольких факторов.

Наиболее значимыми являются:

• виды добавок;
• степень помола;
• состав.

Тонкость помола цемента влияет на прочность и время, необходимое для затвердевания. Мелкий помол обеспечивает большую прочность и более быстрое застывание.

Чем мельче частицы порошка, тем прочнее получается бетон, тем быстрее он схватывается. От степени помола зависит и стоимость материала.

Для определения тонкости помола используют специальное сито с мельчайшими ячейками до 80 мкм. При приготовлении раствора из цемента слишком мелкого помола требуется больше воды. Устраняется этот недостаток путем смешивания частиц разного размера: крупных и мелких. Крупными считаются пылинки в 80 мкм, а мелкими – в 40 мкм.

Цементу присущи следующие свойства:

• прочность;
• коррозионная стойкость;
• морозоустойчивость;
• водопотребность;
• время схватывания (застывания).

Прочность

Этот показатель зависит от марки. Определяют прочностные свойства посредством проведения испытаний на сжатие. Опытную болванку выдерживают под нагрузкой в течение лунного месяца – 28 суток. После испытаний образца цементу присваивается соответствующее обозначение. Измеряется прочность в МПа.

Для бытового использования пригоден цемент марок 300 – 600. Для изделий, требующих особой прочности, применяются более высокие марки– 700 или даже 1000.

Коррозионная стойкость

Железобетонные изделия под воздействием воды и других жидких сред начинают коррозировать. Устраняется негативное воздействие несколькими способами. Например, можно изменить состав, ввести в порошковую смесь гидроактивные материалы. Наличие специфических веществ препятствует возникновению пагубных химических реакций.

Коррозионная стойкость увеличивается при использовании полимерных добавок. В результате микропористость снижается, повышается долговечность изделий.

Наибольшей коррозионной защитой обладает пуццолановый цемент. Поэтому он используется для строительства сооружений, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности.

Морозоустойчивость

Одним из основных показателей качества цементы считается способность неоднократного замораживания и оттаивания бетонного изделия.

В цементном камне имеются микропоры, в которых находится вода. При замерзании вода может увеличиться в объеме на 8%.

Многократное замерзание и последующее размораживание с годами приводит к разрушению структуры камня, к появлению трещин.

В строительстве цемент без добавок не применяется. В разные марки добавляются компоненты, придающие цементу способность сопротивляться перепадам температуры.

В процессе изготовления бетона в него включаются добавки, вовлекающие воздух. Мельчайшие пузырьки воздуха распределяются равномерно внутри бетонного тела, чем решают проблему, связанную с замерзанием воды и ее расширением.

Водопотребность

Это выраженное в процентах количество воды, которое требуется для получения цементного раствора оптимальной консистенции.

В растворе номинальной густоты воды столько, сколько способен удержать в себе цемент. К примеру, в портландцементе эта величина находится в пределах 22-28 процентов.

Из цемента с низкой водопотребностью бетон получается более качественный , чем из того, у которого этот показатель высок. В первом случае изделия получаются устойчивыми к температурным перепадам. Во втором – бетон обладает повышенной пористостью и вовсе не пригоден для строительства. Такой цемент используют для производства железобетонных ограждений или дренажных сооружений.

Время схватывания

Это временной отрезок, приходящийся на изменение физических свойств цементного раствора от состояния пластичности до образования камня.

Идеальным считается раствор, застывающий не слишком быстро, но и не очень медленно. Время схватывания регулируется наличием в составе материала определенного количества гипса. Больший объем гипса обеспечивает скоростное схватывание. В то время как снижение его содержания способствует более продолжительному застыванию раствора.

Не так кардинально, как гипс, влияют на схватывание и другие факторы. В частности, значение имеет объем воды в растворе и температура окружающего воздуха в рабочей зоне.

По стандарту в нормальных условиях портландцемент начинает схватываться спустя три четверти часа. Процесс затвердевания должен закончиться через 10 часов.

Состав

Изготавливают цемент на специализированных предприятиях. Цементные заводы строят в непосредственной близости к местам добывания исходных материалов.

Сырье для его производства получают из естественных горных пород:

• ископаемых карбонатного типа;
• глинистых материалов.

Карбонаты имеют аморфную или кристаллическую структуру, от которой зависит эффективность взаимодействия материала с другими составляющими в процессе обжига.

К карбонатным породам относятся:

• мергель (мергелистый известняк);
• известняки, в том числе ракушечники;
• породы доломитового типа.

Глинистые материалы – это осадочные горные породы. Обладая минеральной основой, они наделены пластичностью, а при избыточном увлажнении способны увеличиваться в объеме. Глинистые материалы используются при сухом методе изготовления.

К глинистым породам относятся:

• глина;
• суглинки;
• сланцы на основе глины;
• лесс.

Кроме сырья, при производстве цемента используют корректирующие добавки.

Их получают из ископаемых, в состав которых входят:

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

Вводимые по определенной технологии добавки улучшают качество описываемого материала.

Состав цемента зависит от требуемых характеристик, которые определяет присвоенная материалу марка.

Самый популярный портландцемент состоит из:

• 60% извести;
• 25% кремниевого диоксида;
• 10% оксидов железа и гипса;
• 5% алюминия (глинозема).

В различных марках процентное соотношение исходных материалов отличается, как и сам состав. К примеру, шлакопортландцемент имеет в своем составе шлак. Количественные пропорции могут меняться и с особенностями выбранной технологии изготовления строительного материала.

Для любых марок цемента и при любых способах его получения неизменными составляющим остаются известняк и глина. Причем известняка всегда втрое больше глины. Такое соотношение способствует получению качественного клинкера, из которого и делают цемент.

В промышленности для выпуска цемента используют следующие компоненты:

• клинкер;
• гипс;
• специальные добавки.

Клинкер – самая весомая составляющая цемента. Он определяет прочностные качества конечного материала. Клинкер вступает в процесс производства в виде гранул. Диаметр гранул варьируется в пределах 10-60 мм. Термообработка составляющей производится при температуре около полутора тысяч градусов.

Количество гипса определяется установленным периодом твердения. В базовом варианте гипс в виде порошка входит в цемент в объеме 6%.

Добавки позволяют усиливать конкретные характеристики. С их помощью цемент получает дополнительные свойства, что существенно расширяет его возможности.

Производственные этапы изготовления цемента

Сначала производится смешивание известняка с глиной в соотношении 3/1. Затем смесь подвергается обжигу при высокой температуре. В результате образуется исходный материал для получения цемента. Называется он клинкер. Гранулированный клинкер отправляют на измельчение в шаровые мельницы.

Существует три способа получения цемента.

В зависимости от технологии изготовления он может быть:

• мокрый;
• сухой;
• комбинированный.

Различия состоят в методах подготовки исходного сырья.

В соответствии с мокрой технологией используется не известь, а мел. Его смешивание с глиной и другими ингредиентами происходит с добавлением воды. В результате получается шихта влажностью от 30 до 50 процентов. Шихта преобразуется в шарики клинкера во время обжига.

По сухой технологии укорачивается процесс изготовления, так как две операции (сушка и измельчение) объединяются в одну. Получаемая шихта становится порошкообразной.

На разных предприятиях комбинированный способ используют по-разному. В одних случаях сначала получают сухую шихту, а затем увлажняют ее. В других используют не мокрый, а полусухой способ с низкой влажностью, не превышающей 18%. Обжиг выполняется в обоих случаях.

Виды

Существует немало разных вариаций цемента. Наиболее известным является портландцемент.

Довольно популярны и другие варианты материала:

• шлаковые;
• пуццолановые;
• глиноземистые;
• расширяющиеся.

Портландцемент выпускается нескольких марок: 400, 500, 550, 600. Строительные растворы делают из цемента М400.

Более высокие марки востребованы при изготовлении конструкций железобетонных, а также при создании высокопрочных бетонных изделий.

Белый портландцемент характерен тонким помолом. В состав входит маложелезистый клинкер, гипс и доломитовые добавки. Отличается высокой прочностью и устойчивостью к атмосферным осадкам. Изделия из белого портландцемента имеют эстетичный вид. Используется при изготовлении наливных полов, декоративных элементов, а также при строительстве дорог. Является основой для цветных цементов.

Портландцемент сульфатостойкий используется при изготовлении свай , опор для мостов, гидравлических сооружений, везде, где происходит многократное увлажнение и высыхание конструкций, где сооружения подвергаются замораживанию и размораживанию.

Основное предназначение шлаковых цементов – создание бетонных изделий для сооружений, расположенных под землею и под водою.

Пуццолановые цементы нужны при сооружении плотин, речных гидротехнических сооружений, различных подземных коммуникаций, так как они наделены устойчивостью к воздействию пресной воды.

Глиноземистые не боятся морских вод, поэтому они входят в состав железобетонных изделий, соприкасающихся с минерализованными водами. Могут использоваться при срочном тампонировании скважин, в том числе нефтяных; при бетонировании в зимнее время; для закрепления трещин в горных породах.

Прелесть расширяющихся цементов в том, что при схватывании они не усаживаются, а, напротив, расширяются в объеме. Увеличение объема – от 0,2 до 2 процентов.

Как сделать самостоятельно?

Приготовить цемент в домашних условиях можно, если имеется возможность достичь высокой температуры для обжига. Пожалуй, самое большее, что может получиться кустарным способом – цемент марки М 200. Потребуется мел и каолин в соотношении 3 к 1. К обожженной и измельченной субстанции нужно добавить порядка 5% гипсового порошка – и цемент готов.

Для домашнего производства потребуются соответствующие знания, подходящее сырье, специальное оборудование и точное выполнение технологического процесса.

Даже когда найдется все необходимое, вряд ли стоит заниматься производством цемента собственными силами. Прежде чем приступать к работе, ответьте себе на вопрос о целесообразности процесса. Вряд ли ваш труд и произведенные затраты окупятся. Скорее всего, выгоднее просто купить мешок готового цемента.

Выбирая цемент для тех или иных нужд, помните, что существует немало разновидностей. Правильно сделанный выбор на начальном этапе работ даст гарантию долговечности постройки. Не стоит всегда отдавать выбор более высоким и дорогим маркам. Прочность изделия от этого не повысится, а затраты не оправдаются.

Процесс получения цемента смотрите в видео ниже.