Как и из чего делают цемент: состав цемента, маркировка смесей и сфера их применения. Из чего получают цемент.

Цемент можно изготовить в домашних условиях, если при обжиге можно достичь высоких температур. Цемент М 200 чаще всего изготавливается вручную. Вам понадобится мел и каолин в соотношении 3 к 1. К обожженному и измельченному веществу нужно добавить около 5 % порошка гипса, и цемент готов.

Из чего делают цемент?

Слово «цемент» знакомо каждому. Даже те, кто никогда не имел отношения к строительству, знают, что цемент нужен для раствора в каменной кладке и что он является основным ингредиентом железобетонных изделий. Но мало кто знает, из чего делают цемент.

Особенности

Цемент вездесущ. Он используется не только для строительства всех видов зданий. Цемент также необходим для реставрационных и ремонтных работ. В настоящее время цементу нет замены. Это обосновывает его востребованность.

В основе строительного материала лежат неорганические вяжущие вещества. Цемент необходим для строительства перекрытий. Его используют для производства штукатурок и кладочных растворов. Цемент является одним из основных компонентов бетона.

По сути, цемент представляет собой мелкий порошок. Главная особенность порошкообразной массы заключается в том, что она постепенно начинает затвердевать при соединении с водой. Процесс взаимодействия двух компонентов (цемента и воды) завершается образованием твердой массы, схожей по твердости с натуральным камнем.

В присутствии избыточной влаги образуется твердая структура. Она вступает в реакцию как на открытом воздухе, так и в воде. После затвердевания цемент долго сохраняет свою прочность.

Сырье для изготовления цемента

Сырьем для производства цемента является горная порода, которая добывается открытым способом:

• Карбонатные – мел, известняки, известняки-ракушечники, доломит, мергель, туф. В промышленном производстве используются в основном известняки. Точное количество компонента зависит от его свойств и минерального состава. Чем больше в составе породы веществ с кристаллической структурой, тем выше температура плавления.
• Глинистые – глина, глинистые сланцы, лесс, суглинки, монтмориллонит. Этот компонент осадочного происхождения разбухает при контакте с водой. Цель применения глинистых веществ – повышение пластичности смесей и растворов на базе цементного вяжущего.
• Добавки. Их перечень определяется в зависимости от свойств, которые необходимо получить. Обычно добавки содержать глинозем, железо, кремний. Для их изготовления используют различные производственные отходы – доменную пыль и другие.

Единой формулы химического состава цемента не существует, так как производители предлагают множество видов этого строительного материала с различными эксплуатационными характеристиками.

Портландцемент — без минеральных добавок и с минеральными добавками — является наиболее часто используемым цементом в строительстве.

Существуют определенные ограничения по минимально допустимому количеству и минеральным компонентам, входящим в состав портландцемента:

Химические составы в процентах некоторых типов цементов

Химический состав, %					Характеристика
CaO	SiO2	Al2O3	Fe2O3	Другие оксиды
Портландцемент
63…66	21…24	4…8	2…4	3…5	Нормально твердеющий
Глиноземистый цемент
35…43	5…10	39…47	2…15	1,5…2,5	Быстро твердеющий

Основным компонентом при производстве цемента является клинкер. Это промежуточный продукт, получаемый путем обжига смеси из 75 % известняка (мела, мергеля или другой горной породы) и 25 % глины. Сырье расплавляется и формируется в гранулы. Клинкер измельчается и смешивается с молотыми добавками.

Весь процесс производства цементного вяжущего можно разделить на 3 этапа

• изготовление клинкера обжигом – основной процесс, наиболее затратный и трудоемкий;
• помол клинкера до образования тонкодисперсного порошка;
• смешивание клинкерного порошка с порошкообразными добавками.

Производство клинкера делится на следующие этапы:

• доставка сырья для клинкера на цементный завод;
• измельчение сырьевых компонентов;
• смешивание компонентов в пропорциях, указанных в техдокументации, для последующего обжига.

Что такое цементный клинкер

Это продукт, получаемый в результате плавления двух горных пород при температуре 1450 °C: 75% известняка и 25% глины. Клинкер выходит из печи в виде зерен диаметром 10-60 мм.

Химический состав обожженного балласта может варьироваться в зависимости от производителя, но в среднем приводится процентное распределение:

• СаО — 67;
• SiO2 — 22;
• Al2O3 — 5;
• Fe2O3 — 3.

Щебень из печи — не единственный компонент в производстве портландцемента. Чтобы замедлить время схватывания конечного продукта, зерна измельчают в тонкий порошок, добавляя к клинкеру до 6 % сульфата кальция CaSO3, содержащегося в гипсе или гипсовой глине.

Компоненты измельчаются в шаровых мельницах, а готовый продукт пневматически засыпается в многотонные силосы.

Производство цемента регулируется государственными стандартами. Для специальных марок разработаны отдельные стандарты.

Основные характеристики продукта

Показатель насыпной плотности цемента составляет 900-1100 кг/м3 и 1400-1700 при уплотнении. Фактический удельный вес составляет 3 т/м³. Существует несколько технических характеристик, которые используются для оценки качества вяжущего порошка:

1. Тонина помола — определяет активность цемента: чем меньше частички, тем большую поверхность в один слой они покрывают. Контрольные замеры выполняют рассеиванием на сите с ячейкой 80 мкм.
2. Водопотребность — количество влаги, необходимой для гидратации цемента и придания тесту пластичности. Излишняя вода в растворе приводит к образованию пор и трещин, снижению прочности.
3. Морозостойкость — способность изделий на основе цементного порошка выдерживать многократные заморозки и оттаивания без разрушения. Необходимого показателя добиваются специальными добавками при замешивании раствора.
4. Время схватывания — в зависимости от густоты замеса находится в диапазоне 0,7-10 часов. Показатель зависит и от количества гипса, добавляемого в клинкер при размоле.
5. Прочность определяется по разрушению образца, изготовленного из цемента от каждой партии выпущенного раствора. Возраст кубиков устанавливается стандартом — 28 дней.

На все партии, отгружаемые с цементного завода, заполняются паспорта качества, в которых отмечаются указанные характеристики. Потребители проводят собственный входной контроль, чтобы убедиться в добросовестности поставщика.

Как делают белый цемент

Технология производства белого цемента не сильно отличается от технологии производства обычного «серого» материала. Как и обычный серый цемент, белый цемент производится мокрым и сухим способом. Основное отличие заключается в обжиге сырья при высокой температуре и закалке в воде.

Белый цементный клинкер классифицируется как «низкожелезистый» и содержит: минеральные добавки, известняк, гипс, соли и другие компоненты. Сырьем для клинкера служат карбонатные и глинистые породы (известняк, каолин, отходы, кварцевый песок).

В Российской Федерации белый цемент производит только одна компания — ООО «Холсим (Рус) СМ» (до 2012 года ОАО «Щуровский цемент»). Большая часть белого цемента поставляется на российский рынок из-за рубежа следующими компаниями: «Holcim» (Словакия), «Cimsa» и «Adana» (Турция), «AalborgWhite» (Дания) и «AalborgWhite» (Египет).

Главное преимущество белого цемента — его уникальная белизна, а главный недостаток — его стоимость, которая во много раз выше, чем у обычного «серого» материала.

Из чего делают цемент: подробный состав

Основу любого вяжущего вещества составляет цементный клинкер и лишь 15-20 % минеральных добавок. Они определяют прочность будущего цемента и другие его свойства. Цементный клинкер — это продукт обжига сырья (в основном известняка и глины), которое имеет форму зерен размером от 1 до 6 см.

Весь процесс обжига происходит в специальных печах при высокой температуре около 1500 °C. Получается вязкое вещество. Образуется вязкое вещество, которое прочно связывает все зерна клинкера вместе. Позже эти зерна подвергаются дальнейшей обработке и дроблению. Существуют различные типы производства вяжущего вещества, но производство клинкера почти всегда одинаково.

Гипс также является необходимым компонентом любого типа цемента. Его доля составляет максимум 6 %. Именно этот компонент регулирует время схватывания цементной пасты.

Добавки — важный компонент любого вяжущего. Они гарантируют вяжущему определенные свойства и повышают показатели твердости и прочности вяжущего, например, морозостойкость, долговечность и т.д. В зависимости от используемых добавок цементы различаются по своему химическому составу, а значит, и по возможностям применения.

Химический состав цемента

Химия» цемента — это сложная область работы с вяжущими. Для производителей нет необходимости знать подробные химические формулы всех составляющих. Однако для инженеров и техников, испытывающих новые комбинации вяжущих смесей, это необходимо. Цемент обычно состоит из следующих компонентов.

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

Как делают цемент на производстве

Сегодня существуют различные методы производства:

1. Мокрый метод – первая технология, по которой стали изготавливать цемент. По ней работают и по сей день, правда, немного по усовершенствованной методике.
2. Сухой способ – более современный метод производства вяжущего, отличающийся большей экономностью сырья и энергетических ресурсов. Но, что самое важное, именно по этой технологии выбросы в атмосферу сокращаются.
3. Комбинированные методики в России используются редко, в основном на предприятиях, работающих с зарубежными партнёрами. Например, как Вольский цементный завод.

Однако я хотел бы более подробно остановиться на мокром способе производства цемента, так как он используется практически на всех цементных заводах России и стран СНГ. Производственные мощности «Уралцемента» в Челябинской области, введенные в эксплуатацию в 1957 году, можно увидеть на фото ниже. Вяжущее вещество здесь производится жидким способом на основе известняка и глины. Производство в карьере начинается с добычи основного сырья.

Добытое сырье подвергается дальнейшей обработке и подается в печь мокрого дробления, где оно превращается в шлам. Затем шлам поступает в сырьевые мельницы и шламовые резервуары.

Полученный мелкий шлам поступает во вращающуюся печь, где обжигается при температуре +1450 °C. Результатом этого процесса является клинкер.

Полученный клинкер охлаждается в специальном холодильном оборудовании, а затем поступает в мельницу для дальнейшего измельчения.

В измельченный клинкер также добавляют мелкий гипс и минеральные добавки.

Готовый цемент транспортируется в специальный силос для хранения.

На производственном предприятии такого размера невозможно обойтись без лаборатории, сотрудники которой внимательно следят за каждым производственным процессом и качеством цемента.

Это основные процессы мокрого способа производства. Они идентичны на всех заводах. Единственные коррективы вносятся в сырье и специальное оборудование. В видеороликах подробно объясняется, из чего состоит цемент и как его производят.