Цемент: виды и особенности производства

Цемент – это искусственное порошкообразное вещество, которое выполняет функцию вяжущего при замешивании бетонной смеси. В сочетании с водой он образует пластичную массу, которая в дальнейшем застывает и становится камневидной. То, из чего состоит цемент, в первую очередь зависит от способа производства. В общем случае основой служит клинкер в сочетании с минеральными добавками и гипсом.

Виды цемента и их применение

Портландцемент сульфатостойкий. Главное преимущество данного вида цемента – его сульфатостойкость – достигается за счет снижения в клинкере алюминатов кальция. На сегодняшний день производятся:

• портландцемент сульфатостойкий с активными минеральными добавками;
• портландцемент сульфатостойкий без активных минеральных добавок.

Активность обоих вариантов цемента значительно меньше, нежели БТЦ марки 400 и 500. Поэтому они часто используются для создания сульфатостойких и морозоустойчивых железобетонных и бетонных конструкций (в том числе и предварительно-напряженных).

Быстротвердеющий портландцемент (сокращенно называемый БТЦ) – это материал, обогащенный минеральными добавками, которые гарантируют интенсивное нарастание прочности в первом периоде твердения. Достигается повышенная механическая прочность такого портландцемента особым соотношением всех его составляющих элементов. Используют БТЦ преимущественно для скоростного строительства, а также для создания железобетонных конструкций.

Цемент с гидрофобирующими добавками. Особенностью такого материала является его возможность в течение первых пяти минут после добавления воды не впитывать ее. За счет специальных добавок растворы на таком цементе имеют меньшее водопоглощение. В результате и отвердевший цементный камень обладает пониженной водопроницаемостью, что дает возможность использовать его при строительстве объектов, расположенных в воде или же подвергающихся угрозе затопления.

Цемент с ПАД (поверхностно – активными добавками). Поверхностно-активные добавки (пластифицированные) вводятся в материал при помоле. Затем они абсорбируются на зернах цемента, покрывая их особой защитной пленкой, которая предотвращает сцепление даже самых маленьких частичек. За счет этого растворы на цементе с ПАД обладают повышенной подвижностью и удобоукладываемостью и используются при возведении сложных с архитектурной точки зрения конструкций.

Портландцементы тампонажные. Разработаны специально для тампонирования газовых и нефтяных скважин (изолируют их от грунтовых вод). Обладают высокой текучестью, независимы от давления и температуры, способны надежно закрепить колонны труб в стволе скважины благодаря значительной прочности цементного раствора даже на ранней стадии застывания.

Портландцементы белые. Практически не содержат красящих оксидов (титана, железа, марганца) и отличаются от других видов цемента более светлым серым оттенком. Бетон из таких цементов получается практически белым, что дает возможность использовать его не только для строительства и проведения отделочных работ, но и для создания художественных фигур.

Портландцементы цветные. Для того, чтобы получить определенный цвет, в обычный портландцемент на этапе помола клинкера вводят пигменты (органические – не более 0,3%, минеральные – не более 10%). Применяют цветные портландцементы в самых различных сферах деятельности, как правило, с целью улучшить эстетико-визуальные характеристики создаваемой конструкции (фигуры и т.п.).

Портландцемент пуццолановый. Обладает повышенной стойкостью к сульфатам и пресной воде, очень быстро отвердевает при высокой температуре. При обработке автоклавом прочность бетона из данного вида цемента значительно превышает прочность бетона, созданного на стандартном портландцементе. Однако при понижении температуры затвердение раствора из пуццоланового цемента замедляется, а при 0 o С и ниже и вовсе прекращается. Соответственно, использовать пуццолановый цемент при проведении зимних работ не представляется возможным. Используют такой материал для создания подводных и подземных конструкций, не подвергающихся попеременному замораживанию/размораживанию и увлажнению/высыханию.

Цементы шлаковые. Выпускаются в двух вариантах:

– шлакопортландцемент (ШПЦ). Состоит из гранулированного доменного шлака, мелкого помола стандартного клинкера и гипса. Существуют марки 500, 400 и 300. Основное отличие ШПЦ от обычного портландцемента состоит в том, что прочность созданного на его основе бетона нарастает очень медленно. Вместе с тем ШПЦ обладает низкой экзотермией и повышенной устойчивостью к воздействию агрессивных сред, поэтому его наиболее часто используют в гидротехническом и портовом строительстве. Но резкие перепады температур воздействуют на шлакопортландцемент негативно.

– известково-шлаковый цемент (ИШЦ). Создается путем совместного помола извести и доменных шлаков. В его состав могут быть также добавлены гипс (до 5%) и портландцемент (не более 20%).ИШЦ твердеет достаточно медленно, но обладает повышенной устойчивостью к пресным и сульфатным водам. Часто используется для создания низкомарочных бетонов и кладочных или штукатурных растворов.

Цемент глиноземистый. Не имеет в своем составе ни минеральных добавок, ни гипса. Производится из сырьевого материала, богатого глиноземом. Наиболее важный микроэлемент данного вида цемента – алюминат кальция. Именно он обеспечивает быстрое твердение раствора при стандартном времени схватывания (не раньше получаса и не позже 12 часов). Глиноземистый цемент мелкого помола схватывается еще быстрее, сохраняя возможность быстрого отвердения.

При этом потребность в воде у такого материала выше, нежели у обычного портландцемента почти на 10%. Жидкость необходима для гидратации, гарантирующей морозоустойчивость и меньший процент усадки произведенного из глиноземистого цемента бетона.

Выпускается три марки глиноземистого цемента: 600, 500 и 400. Все они отличаются повышенной устойчивостью к сульфатным, углекислым, хлористым и другим минерализированным водам. Но растворы щелочей способны разрушить цементный камень. Широко применяется данный вид цемента на скоростных строительствах, зимнем бетонировании и аварийных работах. Можно получить на его основе и жаростойкие бетоны.

Цементы расширяющиеся. Характерная особенность таких материалов – увеличение в объеме при создании растворов. Производят данный вид цементов из расширяющей добавки и основного вяжущего элемента, между которыми проходит химическая реакция, дающая приращение объема. В настоящее время существует несколько видов расширяющихся цементов:

• Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ). Создается на основе глиноземистого цемента. Схватывается и застывает очень быстро (от 4 до 10 минут). Используется для гидроизоляции стволов шахт, заделки трещин в бетонных и железобетонных конструкциях, а также для омоноличивания отдельных элементов сборных сооружений.
• Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент. Схватывается не ранее, чем через 10 минут, но не позднее, чем через четыре часа. Расширение заканчивается только на третьи сутки. Как правило, используется для заделки швов, гидроизоляции штукатурок и для получения водонепроницаемых бетонов.
• Портландцемент расширяющийся. Схватывается не ранее, чем через 30 минут, но не позднее, чем через 12 часов. Используется так же, как и предыдущие виды расширяющихся цементов.
• Цемент напрягающийся. Отличается наличием в своем составе алюминатной составляющей, которая обеспечивает увеличение объема при твердении. Расширяясь, способен создавать в арматуре предварительное напряжение. Схватывается не ранее, чем через 30 минут, но не позднее, чем через четыре часа. Применяется в строительстве сооружений с повышенной паро-, водо- и газонепроницаемостью.

Что особенно важно помнить при выборе определенного вида цемента?

Поскольку видов цемента существует очень много, главное что необходимо учитывать при выборе данного материала – это потенциальное предназначение бетона, который планируется из него создавать. Также очень важно учесть особенности окружающей среды, где будет возводиться и эксплуатироваться сооружение из определенного вида цемента. Необходимо точно знать:

• температуру воздуха и ее предельные колебания (если объект строится на суше);
• состав воды и ее температурные колебания (если конструкция создается в воде);
• погодные особенности, способные повлиять на эксплуатационные характеристики бетона (частые дожди, повышенная влажность, резкие перепады давления и т.п.).

Технология производства цемента

Производство цемента – видео

Производство цемента – энергоемкий и дорогостоящий процесс, состоящий из двух этапов:

• Получение клинкера. Для начала путем разработки известняковых месторождений добываются сырьевые материалы, в частности известняк. Затем материал дробится на куски, диаметр которых составляет 10 см., подсушивается и смешивается с другими составляющими элементами. После этого сырьевая смесь обжигается. В результате получается так называемый клинкер.
• Превращение клинкера в порошок. На данном этапе клинкер и гипсовый камень измельчают, подсушивают минеральные добавки, а затем производится совместный помол всех составляющих частей. Однако качество и физико-технические характеристики сырья (влажность, плотность и т.п.) бывают разные, поэтому способы производства цемента могут различаться.

Способы производства цемента

В настоящее время цементная промышленность производит цемент тремя основными способами:

• Мокрым. Его используют в том случае, если цемент создается из глины (силикатного компонента), мела (карбонатного продукта) и добавок, содержащих железо (конверторного шлама, пиритных огарков, железистого продукта). При этом влажность мела должна составлять не более 29%, а влажность глины – не более 20%. Измельчение сырьевой смеси проходит в водной среде, и в результате получается шихта в виде растворенного в воде шлама с влажностью от 30 до 50%. Затем шлам отправляется для обжига в специальную печь диаметром 7 м и длиной – от 200 м. В процессе обжига из сырья выделяется углекислота и образуются шарики-клинкеры. Их растирают в порошок, получая таким образом требуемую марку цемента.
• Сухим. Особенность данного способа состоит в том, что все сырьевые материалы до (или во время) помола высушиваются. Поэтому сырьевая шихта сразу получается в виде измельченного сухого порошка.
• Комбинированным. В таком случае цемент может быть произведен по двум различным технологиям:
  • сырьевая смесь готовится в виде шлама, перемешанного с водой, а затем обезвоживается до влажности 16-18% на особых фильтрах и отправляется в печь для обжига, после чего измельчается и превращается в цемент.
  • сырьевая смесь высушивается и измельчается, а полученная шихта гранулируется путем добавления 10 -14% воды и подается на обжиг. Затем гранулы извлекаются из печи, и производится их помол.

Раньше цемент в большинстве случаев производили мокрым способом, но в настоящее время предпочтение отдается сухой технологии.

Как выбрать способ производства цемента?

1.​ Расход тепла значительно возрастает при мокром способе производства цемента. Но наличие в мельницах воды облегчает измельчение сырья. Поэтому если влажность исходного сырья составляет более 10%, то наиболее целесообразно создавать цемент по мокрой технологии.

2.​ Если сырьевая смесь состоит из двух мягких материалов, то предпочтительно также производить цемент мокрым способом, поскольку сырье легко измельчается путем обычного размешивания в воде.

3.​ Сухой способ используется в том случае, если влажность сырья составляет не более 10%.

4.​ Если сырьевой материал – достаточно пластичный, то можно отдать предпочтение комбинированному способу производства цемента.

Получение цементных смесей

Цемент – материал, который получают в процессе, разбитом на два основных этапа:

• получение клинкера; известняк дробится на небольшие куски и смешивается с глиной (соотношение – примерно 3:1); затем эта масса спекается при температуре 1400-1500 °C;
• превращение клинкера в порошок; на этой стадии клинкер смешивают с гипсом и другими добавками, после чего измельчают до состояния мелкозернистого порошка.

Это грубая производственная схема. В каждом случае свои особенности изготовления – типы и количество добавок, температура обжига, фракция наполнителя и т. д.

Из чего делают цемент: состав и основное сырье

В состав цемента входят следующие компоненты:

• Известь (оксид кальция, CaO) – 60%.
• Кремниевый диоксид (SiO2) – 20%.
• Алюминий (глинозем, Al2O3) – 4%.
• Гипс и оксиды железа (Fe2O3) – 2%.
• Магния оксид (MgO) – 1%.

Указанное процентное соотношение перечисленных компонентов характерно для наиболее популярного вида цемента – портландцемента. Оно может несколько видоизменяться. Все зависит от технологии производства и класса цементной продукции.

Важно! Существованием различных видов и марок объясняется отсутствие точной химической формулы цемента. Всю важную информацию дают показатели минералогического состава.

Основное, из чего делают цемент – это клинкер. Так называют продукт обжига исходного сырья – известняка и глины, которые берут в пропорции 3:1. Клинкер – это полуфабрикат для получения цемента. После обжига при температуре до 1500 °C клинкер измельчают, в результате чего он оказывается представлен в форме гранул диаметром до 60 мм.

При измельчении в состав клинкера вводят добавки:

• Гипс (CaSO42H2O), регулирующий сроки схватывания.
• Корректирующие добавки (до 15-20%), улучшающие определенные свойства цемента: пластификаторы, присадки и пр.).

В качестве главного исходного сырья для производства цемента используются разные горные породы:

• Ископаемые карбонатного типа. Могут иметь аморфную или кристаллическую структуру, которая определяет, насколько эффективно материал будет взаимодействовать с другими компонентами в составе при обжиге.
• Осадочного происхождения. Это глинистое сырье с минеральной основой, которое при избыточном увлажнении становится пластичным и разбухает, т. е. увеличивается в объеме. Главная особенность материала – вязкость, которой обусловлено его применение при сухом процессе производства.

Советуем изучить подробнее: «Все, что нужно знать о суперпластификаторах, или как уменьшить расход цемента».

Карбонатные породы

Среди карбонатных пород для производства цемента используются:

• Мергелистый известняк, или мергель. Содержит в себе примеси глины, поэтому считается переходным материалом между карбонатными и глинистыми породами.
• Мел – разновидность мажущего известняка, которая характеризуется легкостью в перетирании.
• Ракушечник. Для него характерна пористая структура, которая не слишком устойчива к сжимающим нагрузкам.
• Доломитовые породы. Из всех видов карбонатных пород отличаются самыми ценными физическими свойствами.

Глинистые породы

К глинистым породам, используемым при изготовлении цемента, относятся:

• Глина. Основная разновидность глинистых пород с минеральными включениями в составе.
• Суглинок. Отличается от глины увеличенной концентрацией пылеобразных частиц и песчаной фракции.
• Лёсс. Менее пластичная горная порода. Для нее больше характерны пористость, рыхлость и мелкозернистость. В составе лесса могут присутствовать включения кварца или силиката.
• Глинистый сланец. Из всех видов подобных пород имеет наиболее высокую прочность. При измельчении сланец преобразуется в пластинчатые частицы. В материале мало влаги, его характеризует стабильный гранулометрический состав.

Корректирующие добавки

С целью корректировки в состав цемента вводят специальные минеральные добавки. В первую очередь это модификаторы на базе ископаемых, содержащих:

• железо,
• кремнбелитовый
• плавиковый шпат,
• апатиты,
• глинозем.

Еще корректирующие добавки могут быть представлены промышленными отходами с других производств. В качестве них используются:

• пиритные огарки;
• пыль из доменных печей;
• белитовый шлам;
• минерализаторы.

Применение добавок позволяет улучшить характеристики цемента и бетонного раствора, который готовится на его основе. Каждый из модификаторов придает смеси особые свойства, к примеру:

• CemFrio – обладает противоморозным, пластифицирующим и ускоряющим действиями.
• CemPlast – позволяет получить высокоподвижную бетонную смесь с повышенной удобоукладываемостью, а также повысить активность вяжущего, т. е. цемента, и обеспечить полноту гидратации.
• CemAqua и CemAquaStop – гидроизолирующая дводоредуцирующаясное водоотталкивающее средство для обработки поверхностей.
• CemBase – увеличивает прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и долговечность бетонных изделий.
• Plastix – многофункциональная водоредуцирующая и пластифицирующая добавка, повышающая марочную прочность бетонных изделий.
• CemFix – добавка-ускоритель, используемая для бетонных смесей, к которым предъявляются требования высокой ранней прочности.

Выбираем качественный цемент

Подделок цемента на сегодняшний день существует не так уж и мало, поэтому чтобы не потратить деньги впустую, необходимо:

1.​ Определиться с производителем. Отечественные марки будут стоить дешевле, да и вернуть товар, который не устроил своим качеством, можно будет без проблем. А приобретая импортный цемент, обязательно нужно смотреть на дату выпуска, поскольку иногда зарубежный товар данной категории может быть не очень свежим или даже просроченным. Качество же свежего импортного цемента – просто превосходное. Правда, и цена за счет этого значительно выше.

2.​ Прочитать отзывы в интернете. Часто на строительных форумах можно найти дельные советы людей, которые уже опробовали ту или иную марку цемента и на практике познакомились с достоинствами и недостатками определенного материала.

3.​ Внимательно осмотреть упаковку. Она должна представлять собой трех- или четырехслойные мешки сшитые или склеенные с клапаном марок БМП, БМ, НМ с закрытой горловиной. В обязательном порядке на упаковке должны быть указаны контактные данные производителя и полная информация о свойствах находящегося в ней цемента.

4.​ Разобраться с маркой цемента. Принцип маркировки в данном случае прост – чем выше марка цемента, тем прочнее создаваемые на его основе конструкции. Кроме того, нормальнотвердеющий материал может обозначаться буквой «Н», а быстротвердеющий – буквой «Б».

5.​ Подумать над стоимостью. Качественный цемент не может быть слишком дешевым. Помните, что чем выше марка, тем выше цена на цемент. С другой стороны, цемент навалом стоит значительно дешевле, чем цемент в мешках. Необоснованно низкая цена может свидетельствовать о неправильном хранении товара или о его фальсификации.

6.​ Посмотреть на дату расфасовки цемента. Это очень важно, так как лежалый цемент растрачивает практически все свои полезные свойства и характеристики, поэтому срок его годности составляет всего лишь 60 дней. Особое внимание необходимо уделить товару при покупке оптовой партии. Лучше всего проверить каждый мешок, так как часто к свежему товару примешивают просроченный.

Области применение цемента

Области применение цемента

Теперь узнаем, в каких областях применяется цемент:

• Общестроительные работы: от использования в малоэтажном строительстве для внутренних работ или возведения различных типов фундамента – до сборных и монолитных железобетонных конструкций крупных сооружений.
• Дорожно-промышленное строительство: возведение мостов, взлетно-посадочных полос, гидротехнических сооружений (причалов, дамб), несущих элементов крупных многоэтажных зданий.
• Сооружения в агрессивных и сложных средах: сваи и опоры мостов, повышенный уровень сульфатов в грунтовых водах, повышенный уровень кислот, многократное замораживание и оттаивание.
• Добывающая промышленность: тампонирование нефтяных и газовых скважин, укрепление технических сооружений.

Классификация бетона

Бетон – смесь, образующаяся смешиванием цемента, щебня, воды и добавок. От цементно-песчаного раствора отличается включением наполнителя и назначением.

В зависимости от типа вяжущего, бетон делится на:

• цементный; наиболее распространенный вид;
• гипсовый; отличается высокой скоростью отвердения и небольшой объемной массой;
• силикатный; производят на основе извести и кремнеземистых компонентов; параметрами похож на цементный, используется в производстве ЖБИ;
• полимерный; в основе – полиэфирные смолы; хороший материал для отделочных работ – подходит для использования на горизонтальных и вертикальных поверхностях.

Бетон бывает обычным и специализированным. Первый применяют в гражданском и промстроительстве. Второй используют для возведения конструктивно сложных и специфических объектов.

Как делают цемент: главных способа

Производство цемента в современных условиях осуществляется одним из трех способов:

• 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%.
• 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.
• 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:

• Исходное сырье подвергают дроблению.
• Просушивают его до определенного уровня влажности.
• Высушенную смесь измельчают до состояния муки.
• 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:

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

Бесклинкерный способ производства

В бесклинкерной технологии производства в качестве исходного сырья для изготовления цемента используют гидравлический или доменный шлак. Его также дополняют различными добавками и активаторами. Полученную шлако-щелочную смесь подвергают дроблению и перетиранию до порошкообразного состояния. Подобная технология производства имеет несколько преимуществ:

• Повышение чистоты окружающей среды за счет переработки отходов металлургической отрасли.
• Получение продукта с высокой устойчивостью к негативному влиянию окружающей среды.
• Возможность производить цемент с разными свойствами и в широком спектре оттенков.
• Более низкие затраты на электро- и тепловую энергию.

Как правильно приготовить цементный раствор

Для замешивания цементного раствора необходимо соблюдать пропорции его составляющих. На 1 часть цемента приходится 3 части песка. Вода же добавляется в зависимости от того, насколько пластичный или вязкий нужно получить раствор. Также пропорции выбираются с учетом типа работ и марки цемента. К примеру, для приготовления раствора на стяжку пола пользуются пропорциями из таблицы:

Сначала между собой смешивают сухие фракции, т. е. цемент и песок. Только потом начинают небольшими порциями добавлять воду, постепенно доводя состав до нужной консистенции. В качестве наполнителя можно использовать не только песок, но еще и гравий или щебень.

Обратите внимание: лучше для замешивания раствора использовать осадочную воду, а не водопроводную.

Классы раствора для разных типов работ:

• М50 или М100 – для штукатурных работ;
• М50 или М100 – для возведения кирпичной кладки;
• М100 или М200 – для стяжки пола;
• М200 или М300 – для фундаментов и оснований.

Для замешивания раствора необходимо использовать специальный поддон или бетономешалку. Последняя позволяет получить смесь наиболее однородной консистенции.

Советуем изучить подробнее: «Что стоит знать при покупке цемента в мешках и как рассчитать количество».

Видео: цементный раствор, приготовления без инструмента

Видео: как правильно замешивать цементный раствор

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...