Цемент: види та особливості виробництва

Цемент - це штучна порошкоподібна речовина, яка виконує функцію в'яжучого при замішуванні бетонної суміші. У поєднанні з водою він утворює пластичну масу, яка в подальшому застигає і стає каменевидною. Те, з чого складається цемент, в першу чергу залежить від способу виробництва. У загальному випадку основою служить клінкер у поєднанні з мінеральними добавками і гіпсом.

Види цементу та їх застосування

• портландцемент сульфатостійкий з активними мінеральними добавками;
• портландцемент сульфатостійкий без активних мінеральних добавок.

Активність обох варіантів цементу значно менша, ніж БТЦ марки 400 і 500. Тому вони часто використовуються для створення сульфатостійких і морозостійких залізобетонних і бетонних конструкцій (у тому числі і попередньо-напружених).

Швидкотвердіючий портландцемент (скорочено званий БТЦ) - це матеріал, збагачений мінеральними добавками, які гарантують інтенсивне наростання міцності в першому періоді твердження. Досягається підвищена механічна міцність такого портландцементу особливим співвідношенням всіх його складових елементів. Використовують БТЦ переважно для швидкісного будівництва, а також для створення залізобетонних конструкцій.

Цемент з гідрофобуючими добавками. Особливістю такого матеріалу є його можливість протягом перших п'яти хвилин після додавання води не вбирати її. За рахунок спеціальних добавок розчини на такому цементі мають менше водопоглинання. В результаті і відверділий цементний камінь володіє зниженою водопроникністю, що дає можливість використовувати його при будівництві об'єктів, розташованих у воді або ж піддаються загрозі затоплення.

Цемент з ПАД (поверхнево - активними добавками). Поверхнево-активні добавки (пластифіковані) вводяться в матеріал при помолі. Потім вони абсорбуються на зернах цементу, покриваючи їх особливою захисною плівкою, яка запобігає зчепленню навіть найменших частинок. За рахунок цього розчини на цементі з ПАД володіють підвищеною рухливістю і зручноукладуваністю і використовуються при зведенні складних з архітектурної точки зору конструкцій.

Портландцементи тампонажні. Розроблені спеціально для тампонування газових і нафтових свердловин (ізолюють їх від ґрунтових вод). Володіють високою плинністю, незалежні від тиску і температури, здатні надійно закріпити колони труб у стовбурі свердловини завдяки значній міцності цементного розчину навіть на ранній стадії застивання.

Портландцементи білі. Практично не містять червоних оксидів (титану, заліза, марганцю) і відрізняються від інших видів цементу більш світлим сірим відтінком. Бетон з таких цементів виходить практично білим, що дає можливість використовувати його не тільки для будівництва і проведення оздоблювальних робіт, але і для створення художніх фігур.

Портландцементи кольорові. Для того, щоб отримати певний колір, у звичайний портландцемент на етапі помолу клінкера вводять пігменти (органічні - не більше 0,3%, мінеральні - не більше 10%). Застосовують кольорові портландцементи в різних сферах діяльності, як правило, з метою поліпшити естетико-візуальні характеристики створюваної конструкції (фігури тощо).

Портландцемент пуццолановий. Володіє підвищеною стійкістю до сульфатів і прісної води, дуже швидко відображає при високій температурі. При обробці автоклавом міцність бетону з даного виду цементу значно перевищує міцність бетону, створеного на стандартному портландцементі. Однак при зниженні температури затвердження розчину з пуццоланового цементу сповільнюється, а при 0 o С і нижче і зовсім припиняється. Відповідно, використовувати пуццолановий цемент при проведенні зимових робіт не представляється можливим. Використовують такий матеріал для створення підводних і підземних конструкцій, що не піддаються поперемінному заморожуванню/розморожуванню та зволоженню/висиханню.

Цементи шлакові. Випускаються в двох варіантах:

- шлакопортландцемент (ШПЦ). Складається з гранульованого доменного шлаку, дрібного помолу стандартного клінкера і гіпсу. Існують марки 500, 400 і 300. Основна відмінність ШПЦ від звичайного портландцементу полягає в тому, що міцність створеного на його основі бетону наростає дуже повільно. Разом з тим ШПЦ володіє низькою екзотермією і підвищеною стійкістю до впливу агресивних середовищ, тому його найбільш часто використовують у гідротехнічному і портовому будівництві. Але різкі перепади температур впливають на шлакопортландцемент негативно.

- вапняно-шлаковий цемент (ІШЦ). Створюється шляхом спільного помолу вапном і доменних шлаків. До його складу можуть бути також додані гіпс (до 5%) і портландцемент (не більше 20%) .ІШЦ твердіє досить повільно, але володіє підвищеною стійкістю до прісних і сульфатних вод. Часто використовується для створення низькомарочних бетонів і кладкових або штукатурних розчинів.

Цемент глиноземистий. Не має у своєму складі ні мінеральних добавок, ні гіпсу. Виробляється з сировинного матеріалу, багатого глиноземом. Найбільш важливий мікроелемент даного виду цементу - алюмінат кальцію. Саме він забезпечує швидке твердження розчину при стандартному часі схоплення (не раніше півгодини і не пізніше 12 годин). Глиноземистий цемент дрібного помолу схоплюється ще швидше, зберігаючи можливість швидкого відвердження.

При цьому потреба у воді такого матеріалу вища, ніж у звичайного портландцементу майже на 10%. Рідина необхідна для гідратації, що гарантує морозостійкість і менший відсоток саджання виробленого з глиноземистого цементу бетону.

Випускається три марки глиноземистого цементу: 600, 500 і 400. Всі вони відрізняються підвищеною стійкістю до сульфатних, вуглекислих, хлористих та інших мінералізованих вод. Але розчини лужів здатні зруйнувати цементний камінь. Широко застосовується даний вид цементу на швидкісних будівництвах, зимовому бетонуванні та аварійних роботах. Можна отримати на його основі і жаростійкі бетони.

Цементи розширюються. Характерна особливість таких матеріалів - збільшення в обсязі при створенні розчинів. Виробляють цей вид цементів з розширюючої добавки і основного в'яжучого елемента, між якими проходить хімічна реакція, що дає прирощення обсягу. В даний час існує кілька видів розширюються цементів:

• Водонепроникний цемент, що розширюється (ВРЦ). Створюється на основі глиноземистого цементу. Схоплюється і застигає дуже швидко (від 4 до 10 хвилин). Використовується для гідроізоляції стовбурів шахт, закладення тріщин у бетонних і залізобетонних конструкціях, а також для омоноличування окремих елементів збірних споруд.
• Гіпсоглінноземистий цемент, що розширюється. Схоплюється не раніше, ніж через 10 хвилин, але не пізніше, ніж через чотири години. Розширення закінчується тільки на третю добу. Як правило, використовується для закладення швів, гідроізоляції штукатурок і для отримання водонепроникних бетонів.
• Портландцемент розширюється. Схоплюється не раніше, ніж через 30 хвилин, але не пізніше, ніж через 12 годин. Використовується так само, як і попередні види цементів, що розширюються.
• Цемент напружується. Відрізняється наявністю у своєму складі алюмінатної складової, яка забезпечує збільшення обсягу при твердженні. Розширюючись, здатний створювати в арматурі попередню напругу. Схоплюється не раніше, ніж через 30 хвилин, але не пізніше, ніж через чотири години. Застосовується у будівництві споруд з підвищеною паро-, водо- та газонепроникністю.

Що особливо важливо пам "ятати при виборі певного виду цементу?

Оскільки видів цементу існує дуже багато, головне що необхідно враховувати при виборі даного матеріалу - це потенційне призначення бетону, який планується з нього створювати. Також дуже важливо врахувати особливості навколишнього середовища, де буде зводитися і експлуатуватися споруда з певного виду цементу. Необхідно точно знати:

• температуру повітря та її граничні коливання (якщо об'єкт будується на суші);
• склад води та її температурні коливання (якщо конструкція створюється у воді);
• погодні особливості, здатні вплинути на експлуатаційні характеристики бетону (часті дощі, підвищена вологість, різкі перепади тиску тощо).

Технологія виробництва цементу

Виробництво цементу - відео

Виробництво цементу - енергоємний і дорогий процес, що складається з двох етапів:

• Отримання клінкера. Для початку шляхом розробки вапнякових родовищ видобуваються сировинні матеріали, зокрема вапняк. Потім матеріал дробиться на шматки, діаметр яких становить 10 см., підсушується і змішується з іншими складовими елементами. Після цього сировинна суміш обпікається. В результаті виходить так званий клінкер.
• Перетворення клінкера на порошок. На даному етапі клінкер і гіпсовий камінь подрібнюють, підсушують мінеральні добавки, а потім проводиться спільний помол всіх складових частин. Однак якість і фізико-технічні характеристики сировини (вологість, щільність тощо) бувають різні, тому способи виробництва цементу можуть різнитися.

Способи виробництва цементу

В даний час цементна промисловість виробляє цемент трьома основними способами:

• Мокрим. Його використовують у тому випадку, якщо цемент створюється з глини (силікатного компонента), крейди (карбонатного продукту) і добавок, що містять залізо (конверторного шламу, піритних огарків, залізистого продукту). При цьому вологість крейди повинна становити не більше 29%, а вологість глини - не більше 20%. Подрібнення сировинної суміші проходить у водному середовищі, і в результаті виходить шихту у вигляді розчиненого у воді шламу з вологістю від 30 до 50%. Потім шлам відправляється для випалу в спеціальну піч діаметром 7 м і довжиною - від 200 м. У процесі випалу з сировини виділяється вуглекислота і утворюються кульки-клінкери. Їх розтирають у порошок, отримуючи таким чином необхідну марку цементу.
• Сухим. Особливість цього способу полягає в тому, що всі сировинні матеріали до (або під час) помолу висушуються. Тому сировинна шихта відразу виходить у вигляді подрібненого сухого порошку.
• Комбінованим. У такому випадку цемент може бути вироблений за двома різними технологіями:
  • сировинна суміш готується у вигляді шламу, перемішаного з водою, а потім зневоднюється до вологості 16-18% на особливих фільтрах і відправляється в піч для випалу, після чого подрібнюється і перетворюється на цемент.
  • сировинна суміш висушується і подрібнюється, а отримана шихта гранулюється шляхом додавання 10 - 14% води і подається на випал. Потім гранули витягуються з печі, і виробляється їх помол.

Раніше цемент в більшості випадків виробляли мокрим способом, але в даний час перевага віддається сухій технології.

Як вибрати спосіб виробництва цементу?

1. Витрата тепла значно зростає при мокрому способі виробництва цементу. Але наявність у млинах води полегшує подрібнення сировини. Тому якщо вологість вихідної сировини становить понад 10%, то найбільш доцільно створювати цемент за мокрою технологією.

2. Якщо сировинна суміш складається з двох м'яких матеріалів, то переважно також виробляти цемент мокрим способом, оскільки сировина легко подрібнюється шляхом звичайного розмішування у воді.

3. Сухий спосіб використовується в тому випадку, якщо вологість сировини становить не більше 10%.

4. Якщо сировинний матеріал - досить пластичний, то можна віддати перевагу комбінованому способу виробництва цементу.

Отримання цементних сумішей

Цемент - матеріал, який отримують у процесі, розбитому на два основних етапи:

• отримання клінкера; вапняк дробиться на невеликі шматки і змішується з глиною (співвідношення - приблизно 3:1); потім ця маса спекається при температурі 1400-1500 ° C;
• перетворення клінкера на порошок; на цій стадії клінкер змішують з гіпсом та іншими добавками, після чого подрібнюють до стану дрібнозернистого порошку.

Це груба виробнича схема. У кожному випадку свої особливості виготовлення - типи і кількість добавок, температура випалу, фракція наповнювача тощо.

З чого роблять цемент: склад і основна сировина

До складу цементу входять такі компоненти:

• Вапно (оксид кальцію, CaO) - 60%.
• Кремнієвий діоксид (SiO2) - 20%.
• Алюміній (глинозем, Al2O3) - 4%.
• Гіпс і оксиди заліза (Fe2O3) - 2%.
• Магнія оксид (MgO) - 1%.

Зазначене відсоткове співвідношення перелічених компонентів характерне для найбільш популярного виду цементу - портландцементу. Воно може дещо видозмінюватися. Все залежить від технології виробництва і класу цементної продукції.

Важливо! Існуванням різних видів і марок пояснюється відсутність точної хімічної формули цементу. Всю важливу інформацію дають показники мінералогічного складу.

Основне, з чого роблять цемент - це клінкер. Так називають продукт випалу вихідної сировини - вапняку та глини, які беруть у пропорції 3:1. Клінкер - це напівфабрикат для отримання цементу. Після випалу при температурі до 1500 ° C клінкер подрібнюють, в результаті чого він виявляється представлений у формі гранул діаметром до 60 мм.

При подрібненні до складу клінкера вводять добавки:

• Гіпс (CaSO42H2O), що регулює терміни схоплення.
• Коригуючі добавки (до 15-20%), що покращують певні властивості цементу: пластифікатори, присадки тощо).

В якості головної вихідної сировини для виробництва цементу використовуються різні гірські породи:

• Викопні карбонатного типу. Можуть мати аморфну або кристалічну структуру, яка визначає, наскільки ефективно матеріал буде взаємодіяти з іншими компонентами в складі при випалюванні.
• Осадового походження. Ця глиниста сировина з мінеральною основою, яка при надлишковому зволоженні стає пластичною і розбухає, тобто збільшується в обсязі. Головна особливість матеріалу - в'язкість, якою обумовлено його застосування при сухому процесі виробництва.

Радимо вивчити детальніше: «Все, що потрібно знати про суперпластифікаторів, або як зменшити витрату цементу».

Карбонатні породи

Серед карбонатних порід для виробництва цементу використовуються:

• Мергелистий вапняк, або мергель. Містить у собі домішки глини, тому вважається перехідним матеріалом між карбонатними і глинистими породами.
• Мел - різновид мажущого вапняку, який характеризується легкістю в перетиранні.
• Черепашник. Для нього характерна пориста структура, яка не дуже стійка до стискаючих навантажень.
• Доломітові породи. З усіх видів карбонатних порід відрізняються найціннішими фізичними властивостями.

Глинисті породи

До глинистих породів, що використовуються при виготовленні цементу, належать:

• Гліна. Основний різновид глинистих порід з мінеральними включеннями у складі.
• Суглинок. Відрізняється від глини збільшеною концентрацією пилеобразних частинок і піщаної фракції.
• Льосс. Менш пластична гірська порода. Для неї більше характерні пористість, пухкість і дрібнозернистість. У складі лесу можуть бути присутні включення кварцу або силікату.
• Глинистий сланець. З усіх видів подібних порід має найвищу міцність. При подрібненні сланець перетворюється на пластинчастинки. У матеріалі мало вологи, його характеризує стабільний гранулометричний склад.

Параметри налаштування

З метою коригування до складу цементу вводять спеціальні мінеральні добавки. У першу чергу це модифікатори на базі копалин, що містять:

• залізо,
• кремнбелітовий
• плавиковий шпат,
• апатити,
• глинозем.

Ще коригуючі добавки можуть бути представлені промисловими відходами з інших виробництв. В якості них використовуються:

• піритні огарки;
• пил з доменних печей;
• білітовий шлам;
• мінералізатори.

Застосування добавок дозволяє поліпшити характеристики цементу і бетонного розчину, який готується на його основі. Кожен з модифікаторів надає суміші особливі властивості, наприклад:

• CemFrio - володіє протиморозним, пластифікуючим і прискорюючим діями.
• CemPlast - дозволяє отримати високоподвижну бетонну суміш з підвищеною зручноукладуваністю, а також підвищити активність в'яжучого, тобто цементу, і забезпечити повноту гідратації.
• CemAqua і CemAquaStop - гідроізолююча дводоредуційна водовідштовхувальна засіб для обробки поверхонь.
• CemBase - збільшує міцність, морозостійкість, водонепроникність і довговічність бетонних виробів.
• Plastix - багатофункціональна водоредуціююча і пластифікуюча добавка, що підвищує марочну міцність бетонних виробів.
• CemFix - добавка-прискорювач, використовувана для бетонних сумішей, до яких пред'являються вимоги високої ранньої міцності.

Вибираємо якісний цемент

Підробок цементу на сьогоднішній день існує не так вже й мало, тому щоб не витратити гроші даремно, необхідно:

1. Визначитися з виробником. Вітчизняні марки коштуватимуть дешевше, та й повернути товар, який не влаштував своєю якістю, можна буде без проблем. А купуючи імпортний цемент, обов'язково потрібно дивитися на дату випуску, оскільки іноді зарубіжний товар даної категорії може бути не дуже свіжим або навіть простроченим. Якість же свіжого імпортного цементу - просто чудова. Правда, і ціна за рахунок цього значно вища.

2. Прочитати відгуки в інтернеті. Часто на будівельних форумах можна знайти слушні поради людей, які вже випробували ту чи іншу марку цементу і на практиці познайомилися з достоїнствами і недоліками певного матеріалу.

3. Уважно оглянути упаковку. Вона повинна представляти собою три- або чотиришарові мішки зшиті або склеєні з клапаном марок БМП, БМ, НМ із закритою горловиною. В обов'язковому порядку на упаковці повинні бути зазначені контактні дані виробника і повна інформація про властивості цементу, що знаходиться в ній.

4. Розібратися з маркою цементу. Принцип маркування в даному випадку простий - чим вище марка цементу, тим міцніше створювані на його основі конструкції. Крім того, нормальний матеріал може позначатися буквою «Н», а швидкотвердіючий - буквою «Б».

5, подумати над вартістю. Якісний цемент не може бути занадто дешевим. Пам'ятайте, що чим вище марка, тим вища ціна на цемент. З іншого боку, цемент навалом коштує значно дешевше, ніж цемент у мішках. Необґрунтовано низька ціна може свідчити про неправильне зберігання товару або про його фальсифікацію.

6. Подивитися на дату розфасовки цементу. Це дуже важливо, оскільки лежачий цемент розтрачує практично всі свої корисні властивості і характеристики, тому термін його придатності становить всього лише 60 днів. Особливу увагу необхідно приділити товару при купівлі оптової партії. Найкраще перевірити кожен мішок, оскільки часто до свіжого товару домішують прострочений.

Області застосування цементу

Тепер дізнаємося, в яких областях застосовується цемент:

• Загальнобудівельні роботи: від використання в малоповерховому будівництві для внутрішніх робіт або зведення різних типів фундаменту - до збірних і монолітних залізобетонних конструкцій великих споруд.
• Дорожньо-промислове будівництво: зведення мостів, злітно-посадкових смуг, гідротехнічних споруд (причалів, дамб), несучих елементів великих багатоповерхових будівель.
• Споруди в агресивних і складних середовищах: палі та опори мостів, підвищений рівень сульфатів у ґрунтових водах, підвищений рівень кислот, багаторазове заморожування та відстоювання.
• Добувна промисловість: тампонування нафтових і газових свердловин, зміцнення технічних споруд.

Класифікація бетону

Бетон - суміш, що утворюється змішуванням цементу, щебеню, води і добавок. Від цементно-піщаного розчину відрізняється включенням наповнювача і призначенням.

Залежно від типу в'яжучого, бетон ділиться на:

• цементний; найбільш поширений вид;
• гіпсовий; відрізняється високою швидкістю відвердження і невеликою об'ємною масою;
• силікатний; виробляють на основі вапна і кремнеземистих компонентів; параметрами схожий на цементний, використовується у виробництві ЖБІ;
• полімерний; в основі - поліефірні смоли; хороший матеріал для оздоблювальних робіт - підходить для використання на горизонтальних і вертикальних поверхнях.

Бетон буває звичайним і спеціалізованим. Перший застосовують у цивільному та промбудівництві. Другий використовують для зведення конструктивно складних і специфічних об'єктів.

Як роблять цемент: головних способів

Виробництво цементу в сучасних умовах здійснюється одним з трьох способів:

• Мокрим. Її головна особливість - заміна вапна крейдою, а також процес виробництва з додаванням води. Сировиною для виготовлення тут стає шихту (суміш вихідних матеріалів) з вологістю до 50%.
• Сухим. Ця технологія з мінімальними енерговитратами і собівартістю, оскільки тут кілька технологічних операцій об'єднані в один процес. Вступаючи в шаровий млин, всі компоненти одночасно і розмалюються, і сушаться.
• Комбінованим. Цей спосіб виробництва об'єднує особливості процесів сухої та мокрої технології. Тут за результатами випалу виходить напівсухою склад з вологістю 18%.

Сухий спосіб виробництва

Як роблять цемент за сухою технологією:

• Вихідну сировину піддають дробленню.
• Просушують його до певного рівня вологості.
• Висушену суміш подрібнюють до стану борошна.
• Її обпалюють всередині обертової печі, після чого охолоджують і відправляють на склад.