Цемент является. Разбираемся из чего делают цемент. Как и из чего делают цемент: видео

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.

Качества любого искусственного вяжущего определяются его способом изготовления и процентным содержанием сырьевых компонентов. Цемент не является исключением, из всех видов он относится к самым сложным. Это вещество получают путем измельчения до порошкообразного состояния гипса и обожженного однородного многокомпонентного клинкера и соединения их со специальными добавками. В итоге свойства и сфера применения вяжущего зависят от соотношения этих веществ между собой, температуры обработки и тонкости помола.

Группы цементов по составу

Главными компонентами являются оксиды алюминия, кальция и кремния, при затворении водой они образуют химические соединения, упрочняющиеся при затвердевании во влажной среде. Общие требования регламентируются ГОСТ 30515-2013, согласно этому межгосударственному стандарту все цементы классифицируются на группы, различающиеся по виду клинкера на портландцементные, глиноземистые и смешанные (ПЦ и сульфатоалюминаты). В первом случае типичный состав содержит CaО (67%), SiO 2 (22%), Al 2 O 3 (5%), Fe 2 O 2 (3%) и до 3% посторонних веществ.

Для производства глиноземистых и высокоглиноземистых цементов в качестве сырья используются бокситы и известняки (преобладает доля низкоосновных алюминатов кальция, процентное содержание Al 2 O 3 возрастает до 50 %). Соотношения остальных компонентов у них зависят от целевого назначения и варьируются в следующих пределах: СаО – 35-45 %; А1 2 О 3 – 30-50 %; Fe 2 O 3 – 0-15 %; SiO 2 – 5-15 %. Для изготовления сульфатсодержащих смесей используются клинкеры на основе ферритов кальция.

В зависимости от пропорций компонентов и вещественного состава выделяют следующие востребованные в частном и промышленном строительстве группы:

Портландцементы – самая популярная разновидность, представляющая смесь тонкого помола клинкера с преобладающей долей высокоосновных силикатов кальция и гипса. Сырьем служат известняк (до 78%) и глина (до 25%).
Глиноземистые, изготавливаемые путем помола сырья из бокситов и известняков, обожженных или расплавленных до однородного состояния. Эти виды характеризуются высокой скоростью затвердевания, их используют как в качестве самостоятельного вяжущего, так и для производства специальных марок: водонепроницаемых, расширяющихся, напрягающихся. Из-за повышенной твердости клинкера они проигрывают портландцементу в энергозатратности и себестоимости.
Шлакопортландцементы – с долей доменного, электротермофосфорного или топливных шлаков от 36 до 65%.
Пуццолановые, с добавлением к продуктам помола ПЦ клинкера активных минеральных добавок. Их пропорция достигает 40%, из-за образования химических реакций с зернами цемента они имеют отличные от обычных марок свойства.
Смешанные – получаемые путем совместного помола клинкеров разных видов или вводом многокомпонентных минеральных смесей (например, шлака и золы-уноса).

К реже используемым видам относят романцемент (соединение помола ПЦ клинкера и известняковых и магнезиальных мергелей, не производится промышленных масштабах), магнезиальные (затворяемые солевыми растворами, характеризующиеся высокой скоростью схватывания и стойкостью к механическим нагрузкам после застывания) и кислотоупорные составы на основе кварца, разводимые жидким стеклом.

Химический состав цементов разных групп

Пропорции клинкера и остальных компонентов:

Наименование	Вещественный состав сухой смеси, %			Минералогический состав клинкера, в % по массе
Наименование	Доля клинкера	Доля гипса	Другие добавки	Минералогический состав клинкера, в % по массе
Обычный ПЦ	До 80	1,5-3,5	Минеральные примеси – до 20%	ЗСаО х SiO 2 – 45-67 2CaO х SiO 2 – 13-35 ЗСаО х Al 2 O 3 – 2-12 4СаО хAl 2 O 3 х Fe 2 O 3 – 8-16
Гидрофобный	До 90	—	Мылонафт, олеиновые кислоты – до 0,05
Тампонажный	До 90	—	Активная минеральная добавка – до 25 инертная – до 10 шлак – до 15 песок – до 10 пластификаторы – 0,15
Шлако-портландцемент	40-70	До 3,5	Гранулированный диатомитовый шлак – 30-60
Пластифицированный	До 90	—	пластификаторы – 0,15-0,25
Быстротвердеющий	90	1,5-3,5	Активная минеральная добавка – до 10	ЗСаО х SiO 2 и ЗСаО х Al 2 O 3 – до 65 2CaO х SiO 2 и 4СаО хAl 2 O 3 х Fe 2 O 3 до 33
Высокопрочный	90	1,5-3	—	ЗСаО х SiO 2 – до 70 ЗСаО х Al2O 3 – 8
Декоративный (белый цемент)	80-85	—	Диатомит – 6 Инертная минеральная добавка – 10-15	3CaO х SiО2 – 45-50 2CaO х SiO2 – 23-37 ЗСаО х Al2O3 – до 15 4СаОхAl 2 O 3 хFe 2 О 3 – до 2
Пуццолановый сульфатостойкий	До 60	До 3,5	Породы осадочного происхождения – 20-35 Лава, обожженная глина, топливная зола-унос – 25-40	ЗСаО х SiO 2 — до 50 ЗСаО х Al 2 O 3 – 5 ЗСаО х Al 2 O 3 и 4СаОхAl 2 O 3 хFe 2 О 3 – 22
Сульфатостойкий	До 96	До 3,5	—
Глиноземистый	99		1	Точные пропорции зависят от назначения СаО·Аl 2 О 3 – преобладающая доля 2СаО·Аl 2 О 3 ·2SiO 2
То же, расширяющийся	До 70	20	Бура – 10
Напрягающийся	Клинкер ПЦ – 65-70 Глинозем – 13-20	6-10		Совместный помол глиноземистого и портландцементного клинкера

Сфера применения и основные свойства разновидностей приведены ниже:

Наименование	Оптимальная область использования, преимущества	Ограничения, возможные недостатки
Портландцемент	Монолитные и сборные бетонные и ж/б конструкции, изготовление растворов, дорожное строительство	Окончательный набор прочности – через 28 дней
ЩПЦ	Массивные сооружения, подвергаемые воздействию пресных и минерализованных вод. Характеризуется повышенной сульфатостойкостью	Медленное затвердевании в начале, низкая морозостойкость
Пуццолановый	Подземные и подводные конструкции, подверженные агрессивному воздействию сульфатных вод	Не рекомендуются для объектов с перепадами уровня влажности, при риске частых промерзаний или твердении раствора в сухих условиях
Глиноземистый	Производство жаростойких строительных смесей, быстротвердеющих или аварийных бетонов	Не используются для заливки массивных конструкций, максимально допустимая температура окружающего воздуха на начальной стадии затвердевания составляет +25 °C
Напрягающий	Изготовление тонкостенных изделий, напорных ж/б труб, гидроизолирующих покрытий	Зависят от марки, возможны ограничения в температуре эксплуатации. Единственным недостатком является сложный процесс производства, и как следствие – высокая цена

Основные марки

Вид выбранного вяжущего определяет пропорции и свойства строительных смесей. Важно заранее проверить, из чего состоит цемент, величину его водопотребности, размеров зерен и сроки схватывания. Главным критерием качества является прочность на сжатие, в лаборатории она определяется для изделий из ЦПР, смешанного в соотношении 1:3 и затвердевающего в нормальных условиях в течение 28 дней. В зависимости от выдерживаемого давления выделяют группы от 100 до 600 кг/см 2 . Из них в частном строительстве наиболее востребованы марки от М300 до М500, но бывают и исключения.

Следующим фактором идет процентное соотношение добавок к клинкеру, у стандартных видов максимум составляет 20%. Маркировка этого показателя обозначается буквой «Д», идущее за ней число характеризует долю минеральных примесей (пример: ПЦ М400 Д0 указывается для портландцемента с прочностью на сжатие не менее 400 кг/см 2 без добавок). Приведенная маркировка соответствует ГОСТ 10178-85, помимо вышеперечисленной она включает информацию о дополнительных свойствах (обозначается только при их наличии), также зависящих от состава клинкера и введенных добавок. Из них наиболее востребованы:

Н – нормированный;
Б – быстротвердеющий;
СС – сульфатостойкий;
ВРЦ – расширяющийся водонепроницаемый;
ПЛ – с пластификаторами;
БЦ – белый (декоративный) цемент.

С 2003 г вступил в силу ГОСТ 31108 (соответствующий евростандартам), согласно которому вначале указывается состав с примечанием о наличии или отсутствии добавок (II или I). Все варианты с минеральными примесями разделяются на две группы: А – с процентным содержанием от 6 до 60%, Б – от 21 до 35%. Тип добавки обозначают римскими цифрами. Последними идут класс прочности и норма сжатия материала. Стандартный диапазон для общестроительных смесей варьируется от 22,5 до 52,5 (соответствует марке от М300 до М600). Для исключения ошибок рядом с маркировкой всегда указывается ГОСТ, введение цемента осуществляется со строгим соблюдением пропорций.

Выполняет функцию вяжущего вещества. От его качества зависит окончательная прочность бетонного изделия. Многих начинающих строителей интересует вопрос про цемент – из чего делают, и от чего зависят его качества? Материал получают в процессе разрушения клинкера, гипса и добавок. Клинкер – это основное вещество в составе цемента, получающееся после спекания сырья, основу которого составляют глина и известняк. В составе могут присутствовать мергель, шлак из доменных печей, нефелиновый шлам.

Состав цемента

В вопросе, из чего сделан цемент, принципиальных изменений не было уже давно, состав сохранился с прошлых столетий. Основу всегда составлял клинкер, также в состав входят минеральные добавки с оптимальным содержанием 15-20 %. В такой концентрации минералы оказывают малозначимое влияние на эксплуатационные и технические характеристики. Если концентрация добавок свыше 20 %, свойства сильно изменятся, состав называют пуццолановый цемент.

Химический состав цемента:

алит (Са3SiO5) – увеличивает скорость взаимодействия с водой. Компонент важен на этапе приобретения прочности. В составе клинкера количество трёхкальциевого силита составляет 50–70 %;
белит (Ca2SiO4) – обеспечивает набор прочности на поздних этапах застывания. Изначально слабо реагирует на воду, увеличение прочности за счёт двухкальциевого силиката вначале практически не происходит. В клинкере содержится 15–30 %;

Цемент – вяжущая субстанция, которая имеет свойство твердеть в воде и на открытом воздухе

алюминатная фаза (Са3Al2O6) – при смешивании с водой провоцирует быструю реакцию, обеспечивает начальное схватывание. Для контроля за процессом застывания в состав добавляют гипс и подобные вещества. Трёхкальциевого алюмината содержится 5–10 %;
ферритная фаза (Са3Al2O6). Вступает в активную фазу реакции между циклами алита и белита. Количество четырёхкальциевого алюмоферрита составляет 5–15 %;
остальные компоненты – сульфаты щелочного типа, оксид кальция – до 3 %.

Пропорции химических веществ в цементном растворе могут отличаться, но обычно в пределах указанных значений.

Основные характеристики цемента

Технология изготовления предусматривает соблюдение нормативов ГОСТ 10178-76. Состав может включать добавки.

Если они присутствуют, изменяются характеристики цемента:

прочность – возможность материала выдерживать определённые нагрузки до наступления разрушения. Прочностные показатели и способность к затвердеванию в процессе гидратации – это взаимосвязанные понятия, для приобретения прочности требуется длительное время, от 28 дней. Цемент разделяется на марки, обозначаются буквой М и индексом: 300, 400, 500, есть менее распространённые составы высокой прочности – М600, М700, М800;

Ингредиенты берут в определенном соотношении, что обеспечивает образование силикатов кальция, алюмоферритной и алюминатной фаз

время застывания. На процесс гидратации и окончательного застывания материала влияет тонкость помола клинкера. По мере уменьшения зерна увеличивается прочность. При определении застывания растворов и бетонов учитывается нормальная густота состава. Продолжительность до схватывания зависит от водопотребности и количества минералов. При нормальной густоте схватывание заснимает от 45 минут до 10 часов. При увеличении температуры сроки сокращаются, в холодное время – увеличиваются;
водопотребность – это потребление воды для гидратации вещества и приобретения достаточной пластичности. Обычно рекомендуется состав с 15–17 % жидкости. Для увеличения подвижности раствора можно закладывать воду в пропорции 30–35 %;
плотность насыпи. Истинная плотность материала составляет 3000–3100 кг/см3. Плотность после высыпания 900–1100 кг/см3, после уплотнения показатель составляет 1400–1700 кг/см3;
устойчивость к коррозии. На показатель влияет минеральный состав и . По мере снижения зернистости клинкера и увеличения пористости уменьшается устойчивость к коррозии;
тепловыведение. В ходе застывания из цемента неизбежно выделяется тепло. Если скорость течения процесса относительно низкая, уменьшается риск появления трещин в процессе эксплуатации. Быстрое тепловыделение – это нежелательный процесс при строительстве многоэтажных и высоконагруженных зданий. Для регулировки тепловыделения в состав вносятся активные и инертные добавки;
морозостойкость. Показатель отражает устойчивость к замерзанию и оттаиванию как в пресной, так и солёной воде.

Виды цемента

В зависимости от того, из чего сделан цемент, материал различается по группам. Каждый вид обладает особыми техническими характеристиками.

Сегодня производится множество видов цемента

На основании материала изготовления выделяют группы:

известковый;
мергелистый;
глинистый. Рекомендуется внесение вспомогательных компонентов цемента, боксита и шлака для , огне- и морозоустойчивости.

Преимущественно производство цемента включает соединения карбона и глины, но в отдельных видах выполняется внесение искусственных веществ (шлаков, отходов металлургии и химического производства) и естественных компонентов (глинозема).

Цемент делят на следующие виды:

портландцемент. Отличается высокой скоростью затвердевания, включает 10–15 % минеральных веществ. В основу портландцемента закладывается гипс и клинкер, которые проходят обжиг при температуре 1500 °С. Его активно используют в современном строительстве благодаря способности создавать монолитные конструкции при смешивании с водой;
шлакопортландцемент. В составе присутствуют те же компоненты, а также доменные шлаки;
гидравлический;
напрягающий – быстро схватывается и застывает;
тампонажный. Применяется для создания бетонных конструкций в сфере газо- и нефтедобычи;
декоративный, отличается белым цветом;
сульфатостойкий. Главные отличия сводятся к низкой скорости застывания и высокой устойчивости к минусовым температурам.

Различают портландцемент и шлакопортландцемент

Сферы использования

Бетон применяют в строительстве повсеместно, его область применения практически не ограничена. С помощью цементного раствора создают железобетонные конструкции, заливают фундаменты, балки, основания и другие части сооружения. В последнее время популярно изготовление монолитных построек, где стены, основа и крыша выполнены полностью из бетона, не считая кровельных и отделочных материалов.

Что делают из цемента:

несущие стены, колонны, перегородки;
плиты перекрытий;
фундамент, стяжка, ;
различные плиты, стеновые блоки и т. д.

Состав

На практике процедура изготовления материала не слишком сложна, а химические вещества представляются в виде распространённых природных ресурсов. Правила, как делают цемент, приблизительно одинаковые для всех марок, в основе всегда известняк и глина.

Основные компоненты состава:

клинкер. Чаще всего концентрация известняка в клинкере в 3 раза превосходит количество глины, что определяет показатели прочности. Вносится в форме гранул с размерами до 60 мм. Компонент подвергают термообработке при температуре 1500 °С. В процессе расплавления появляется масса с большим количеством кремнезёма и кальциевым диоксидом;

Прочность. Это параметр, который отвечает за разрушение материала под воздействием определенных условий

гипс влияет на скорость гидратации цемента. Стандартно в состав добавляется до 6 % компонента;
различные вспомогательные добавки. Присадки используются для увеличения пластичности состава, повышения устойчивости к холодам, ускорения застывания. Благодаря наличию добавок цемент можно применять в более широком спектре работ.

Процесс изготовления

Важно точно знать, как делают цемент и из чего, это поможет правильно понимать свойства материала и обеспечит высокое качество конструкции.

Рассмотрим поэтапно цемент как делают:

Перемешивание всех компонентов для создания клинкера. В его состав вводится 75 % известняка и 25 % глины.
Обжиг при воздействии высокой температуры, процедура помогает сформировать клинкер. Глина с известью соединяются при нагреве до температуры 1450 °С и выше.
Разрушение материала для создания пылеобразной фракции. Измельчение выполняется шаровыми мельницами – это барабаны с горизонтальным размещением, внутри их располагаются металлические шары, которые разрушают твёрдые, крупные частицы клинкера. По мере снижения фракции увеличиваются технические характеристики и марка состава.

Заключение

Отличительными чертами цемента являются долговечность, относительно быстрый процесс застывания, устойчивость к внешней среде, лёгкость приготовления и использования. После застывания получается высокопрочный материал, который способен удерживать многоэтажные здания с минимальным износом и низким риском деформаций.

Без этого материала невозможно представить современную строительную площадку. Цемент уже более ста лет позволяет сооружать крепчайшие конструкции, его используют для проведения ремонтных работ, с его помощью выполняют отделку помещений, но при этом мало кто задумывается, из чего делают цемент.

Итак, что такое цемент? Этот материал представляет собой порошок, в основу которого входят неорганические соединения. Взаимодействуя с водой, этот порошок начинает твердеть и приобретать прочность монолитного, крепкого материала, заполняя заранее приготовленную форму.

Реакция происходит при обеспечении достаточной влажности. После набора прочности, конструкции из цемента могут служить длительное время без изменения основных свойств. Заводы, занимающиеся производством данного материала, стараются располагать в непосредственной близости к источнику добычи сырья, так как объемы переработки и перевозки материалов для изготовления цемента достаточно высоки.

Чтобы понять, из чего состоит цемент, достаточно показать химический состав цемента, самого используемого в строительстве, — портландцемент. Его изготавливают, применяя следующие пропорции:

оксид кальция – не менее 60%;
диоксид кремния – не менее 20%;
глинозем – не менее 4%;
оксид железа – не менее 2%;
оксид магния – не менее 1%.

Формулы других видов цемента схожи, корректируется лишь количество каждого ингредиента.

Основные характеристики цемента

Строительные материалы, в том числе и цемент, чаще всего проверяют на соответствие следующим характеристикам:

Прочность. Для проверки данной характеристики потребуется изготовить бетонный цилиндр, который впоследствии подвергают испытаниям на сжатие. Длительность воздействия на образец &mdsah; не менее 28 дней. Именно этот срок требуется для полного набора прочности материалу. После проверки и сравнения показателей в МПа, можно установить марку данного цемента, которые обозначаются: М200, М300, М400, М500, М600;

Стойкость материала к воздействию коррозии. Находясь во влажной среде, бетонные конструкции, не обработанные специальными составами, подвергаются коррозии. Для устранения этого процесса рекомендуется использовать специальные добавки при формировании раствора для бетонирования. Тоже касается защиты от воздействия активных веществ и различной бытовой химии. Для работы в агрессивных средах и при повышенной влажности разработана специальная марка – пуццолановый цемент;
Морозоустойчивость. Данная характеристика определяется в циклах заморозки и разморозки материала, при которых он способен сохранять свои изначальные свойства. При замерзании влаги в порах и микротрещинах бетонного основания происходит расширение, что влияет на качество бетона и приводит к его разрушению. Для усиления структуры бетона, необходимо использовать специальные присадки, которые позволяют бетону выдерживать резкие температурные перепады. Также присадки используются для организации работы в зимнее время;
Водопотребность. Выражается в процентах по отношению к общему объему раствора требуемой пластичности. Максимальное значение водопотребности в портландцементе составляет 28%. Следует понимать, что смесь, которой требуется минимальное количество воды, дает более прочный и надежный бетон, а раствор, насыщенный водой, дает пористую структуру бетона, что характеризуется более низкой прочностью;
Срок схватывания. Данный показатель важен для организации работ. Он не должен быть слишком длительным или коротким, чтобы не нарушать процесс выполнения заливки основания или кладки. Данная характеристика регулируется количеством гипса в сухой смеси. Если объем гипса выше – схватывание происходит быстрее, если ниже – медленнее. Оптимально процесс вставания цемента происходит в течение 10 часов, а начало схватывания находится в пределах 40-50 минут.

Типы продукции по сфере использования

Для проведения различных видов работ требуются определенные качества раствора. Широкое применение получил портландцемент, который может использоваться для производства большинства видов работ. Но для специальных условий требуются другие марки:

Белый портландцемент. Данный материал отличает более тонкий помол и повышенное содержание гипса. Его применяют для оборудования наливных полов, так как белый цемент позволяет достичь высокого качества основания и привлекательного внешнего вида. При необходимости в состав цемента могут добавляться различные пигменты, что позволяет получать цветной раствор.
Сульфатостойкий портландцемент. Предназначен для сооружения конструкций, подвергающихся многократным воздействиям агрессивной и влажной среды. Этот материал используют при изготовлении свай и быков для мостов.
Шлаковый цемент. Используется для отливки конструкций и элементов, предназначенных для работы под водой или в земле.
Пуццолановый цемент. Характеризуется отличным сопротивлением к воздействию пресных вод и используется для монтажа гидротехнических конструкций.
Глиноземистый цемент. Данный материал применяется для возведения конструкций, работающих в морской воде, а также для производства ремонтных работ при отрицательных температурах.

Исходные материалы для приготовления

Размещение производства цемента стараются планировать рядом с основными запасами сырья. Сырьем являются природные горные породы, добываемые открытым способом. Итак, из чего производят цемент:

Карбонатные породы. К ним относят: мел; ракушечник и прочие известняки; доломит; мергель. В промышленном производстве в основном применяются известняковые породы. Данный материал позволяет повысить эффективность взаимодействия в процессе обжига.
Глинистые породы. К ним относят: глину; глинистые сланцы; суглинки; лесс. Данный материал необходим для обретения пластичности смеси и используется в основном при изготовлении цемента сухим способом.
Добавки. Для получения определенных качеств цементного раствора, необходимо к основному составу добавлять вещества, которые способны корректировать свойства материала. К добавкам относят: глинозем; кремнезем; плавиковый шпат; апатиты.

Добавки в цемент.

Как готовят цемент на производстве

Основными веществами, из которых производят цемент, являются известняк и глина. Из этих двух составляющих специальным образом готовят клинкер, который впоследствии смешивается с прочими добавками, определяющими качество, марку и свойства раствора. Среди обязательных добавок присутствуют: гипс, доломит, цементит.

Этапы производства цемента.

В природе имеется клинкер в чистом виде — мергель, но из-за небольших запасов этого минерала, использовать его в промышленных масштабах не получается, поэтому отечественные и зарубежные производители готовят клинкер из традиционных материалов.

Мергель.

Производство цемента разбито на следующие этапы:

Для подготовки клинкера необходимо тщательно смешать ингредиенты в специальных барабанах большой емкости.
На следующем этапе подготовленная масса поступает в печь, где происходит обжиг в течение 3-4 часов при температуре близкой к полутора тысячам градусов. В результате образуется клинкер в виде небольших фракций (до 5 см в диаметре).

Обжиг шлама.

Далее, полученные зерна клинкера измельчают в барабанах с использованием шаровых грохотов. В процессе обработки материала необходимо добиться порошкообразного состояния смеси.
На заключительном этапе в готовый цемент добавляют необходимые присадки и отправляют на расфасовку по мешкам или хопрам.

Существует три способа изготовления цемента. Они различаются приемами обработки клинкера.

Мокрый способ. Выработка клинкера производится с использованием воды, мела и глины. В результате смешивания веществ в барабане образуется влажная масса – шихта. Ее отправляют на обжиг, после чего полученные гранулы измельчают и смешивают с необходимыми добавками. Данный метод считается довольно затратным, поэтому в настоящее время чаще используют другие способы.
Сухой способ. Позволяет сократить этап смешивания готовой смеси с добавками, так как весь процесс сводится к подготовке, дроблению и смешиванию уже готовых ингредиентов. Данная технология становится все более популярной, так как позволяет существенно сократить затраты на производство и конечную цену продукта.
Комбинированный способ. В данной технологии используются различные формы производства клинкера, сочетающие в себе этапы производства, применяемые при сухом и мокром способах.

Как сделать цемент в домашних условиях

Прежде всего стоит сразу уяснить, что качественного продукта в домашних или гаражных условиях получить не удастся. Мало знать, как самому сделать цемент, ведь кроме этого потребуется приобрести специальное оборудование, ну или приложить максимальные мускульные усилия, что в конечном итоге оказывается довольно затратным и утомительным. Гораздо легче приобрести готовое изделие в магазине.

Наиболее простым способом получить в домашних условиях раствор, пригодный для цементирования мелких трещин, является приготовление смеси на основе следующих ингредиентов: воды, водной извести и каменной золы. Эти вещества перемешивают до получения однородной, вязкой массы, которую необходимо сразу же использовать, так как срок хранения этого раствора составляет не более двух часов.

Прочие варианты самостоятельного изготовления цемента предусматривают наличие печи для обжига материала и мельницы для размалывания клинкера в порошок.

Как сделать цементный раствор

Для приготовления цементного раствора потребуется сам цемент, вода и заполнитель (для штукатурных и кладочных растворов используется речной или карьерный песок).

Соотношение ингредиентов в растворе зависит от применения данного материала, но в большинстве случаев рекомендуется использовать формулу: 3 части песка на 1 часть цемента. Вода добавляется исходя из потребности в получении более пластичного или вязкого раствора.

При желании получить конструкцию с более высокими прочностными характеристиками, увеличивают долю цемента. Правильно начинать приготовление раствора со смешивания сухих фракций, и только после получения однородной массы начинают заливать воду небольшими порциями, постепенно добиваясь требуемой консистенции.