Хімічний склад, властивості і порядок виробництва цементу
Коровін Сергій ДмитровичМагістр архітектури, закінчив Самарський Державний Архітектурно-будівельний університет. 11 років досвіду в сфері проектування та будівництва.Без цього матеріалу неможливо уявити сучасну будівельний майданчик. Цемент вже більше ста років дозволяє споруджувати найміцніші конструкції, його використовують для проведення ремонтних робіт, з його допомогою виконують обробку приміщень, але при цьому мало хто замислюється, з чого роблять цемент.Отже, що таке цемент? Цей матеріал являє собою порошок, в основу якого входять неорганічні сполуки. Взаємодіючи з водою, цей порошок починає тверднути і набувати міцність монолітного, міцного матеріалу, заповнюючи заздалегідь приготовлену форму.Реакція відбувається при забезпеченні достатньої вологості. Після набору міцності, конструкції з цементу можуть служити тривалий час без зміни основних властивостей. Заводи, які займаються виробництвом даного матеріалу, намагаються розміщувати в безпосередній близькості до джерела видобування сировини, так як обсяги переробки і перевезення матеріалів для виготовлення цементу досить високі.Щоб зрозуміти, з чого складається цемент, досить показати хімічний склад цементу, самого використовуваного в будівництві, – портландцемент. Його виготовляють, застосовуючи такі пропорції:- оксид кальцію – не менше 60%;
- діоксид кремнію – не менше 20%;
- глинозем – не менше 4%;
- оксид заліза – не менше 2%;
- оксид магнію – не менше 1%.
Основні характеристики цементу
Будівельні матеріали, в тому числі і цемент, найчастіше перевіряють на відповідність наступним характеристикам:- Міцність. Для перевірки даної характеристики потрібно виготовити бетонний циліндр, який згодом піддають випробуванням на стиск. Тривалість дії на зразок & mdsah; не менше 28 днів. Саме цей термін потрібно для повного набору міцності матеріалу. Після перевірки і порівняння показників в МПа, можна встановити марку даного цементу, які позначаються: М200, М300, М400, М500, М600;
- Стійкість матеріалу до впливу корозії. Перебуваючи у вологому середовищі, бетонні конструкції, не оброблені спеціальними складами, піддаються корозії. Для усунення цього процесу рекомендується використовувати спеціальні добавки при формуванні розчину для бетонування. Теж стосується захисту від впливу активних речовин і різної побутової хімії. Для роботи в агресивних середовищах і при підвищеній вологості розроблена спеціальна марка – пуццолановий цемент;
- Морозостійкість. Дана характеристика визначається в циклах заморозки і розморожування матеріалу, при яких він здатний зберігати свої початкові властивості. При замерзанні вологи в порах і мікротріщинах бетонної основи відбувається розширення, що впливає на якість бетону і призводить до його руйнування. Для посилення структури бетону, необхідно використовувати спеціальні присадки, які дозволяють бетону витримувати різкі температурні перепади. Також присадки використовуються для організації роботи в зимовий час;
- Водопотребность. Виражається у відсотках по відношенню до загального обсягу розчину необхідної пластичності. Максимальне значення водопотребности в портландцементі становить 28%. Слід розуміти, що суміш, якої потрібна мінімальна кількість води, дає більш міцний і надійний бетон, а розчин, насичений водою, дає пористу структуру бетону, що характеризується більш низькою міцністю;
- Термін схоплювання. Даний показник важливий для організації робіт. Він не повинен бути занадто тривалим або коротким, щоб не порушувати процес виконання заливки підстави або кладки.Дана характеристика регулюється кількістю гіпсу в сухої суміші. Якщо обсяг гіпсу вище – схоплювання відбувається швидше, якщо нижче – повільніше. Оптимально процес вставання цементу відбувається протягом 10 годин, а початок схоплювання знаходиться в межах 40-50 хвилин.
Типи продукції по сфері використання
Для проведення різних видів робіт потрібні певні якості розчину. Широке застосування отримав портландцемент, який може використовуватися для виробництва більшості видів робіт. Але для спеціальних умов потрібні інші марки:- Білий портландцемент. Даний матеріал відрізняє більш тонкий помел і підвищений вміст гіпсу. Його застосовують для обладнання наливних підлог, так як білий цемент дозволяє досягти високої якості підстави і привабливого зовнішнього вигляду. При необхідності до складу цементу можуть додаватися різні пігменти, що дозволяє отримувати кольоровий розчин.
- Сульфатостійкий портландцемент. Призначений для спорудження конструкцій, що піддаються багаторазовим дії агресивного і вологого середовища. Цей матеріал використовують при виготовленні паль і биків для мостів.
- Жужільний цемент. Використовується для відливання конструкцій і елементів, призначених для роботи під водою або в землі.
- Пуцолановий цемент. Характеризується відмінним опором до впливу прісних вод і використовується для монтажу гідротехнічних конструкцій.
- Глиноземистий цемент. Даний матеріал застосовується для зведення конструкцій, що працюють в морській воді, а також для проведення ремонтних робіт при негативних температурах.
Вихідні матеріали для приготування
Розміщення виробництва цементу намагаються планувати поряд з основними запасами сировини. Сировиною є природні гірські породи, що видобуваються відкритим способом. Отже, з чого виробляють цемент:- Карбонатні породи. До них відносять: крейда; черепашник та інші вапняки; доломіт; мергель. У промисловому виробництві в основному застосовуються вапнякові породи. Даний матеріал дозволяє підвищити ефективність взаємодії в процесі випалу.
- Глинисті породи. До них відносять: глину; глинисті сланці; суглинки; лес. Даний матеріал необхідний для набуття пластичності суміші і використовується в основному при виготовленні цементу сухим способом.
- Добавки. Для отримання певних якостей цементного розчину, необхідно до основного складу додавати речовини, які здатні коригувати властивості матеріалу. До добавок відносять: глинозем; кремнезем; плавиковий шпат; апатити.
Добавки в цемент.Як готують цемент на виробництві
Основними речовинами, з яких виробляють цемент, є вапняк і глина. З цих двох складових спеціальним чином готують клінкер, який згодом змішується з іншими добавками, що визначають якість, марку та властивості розчину. Серед обов'язкових добавок присутні: гіпс, доломіт, цементит.
Етапи виробництва цементу.У природі є клінкер в чистому вигляді – мергель, але через невеликі запаси цього мінералу, використовувати його в промислових масштабах не виходить, тому вітчизняні та зарубіжні виробники готують клінкер з традиційних матеріалів.
Мергель.Виробництво цементу розбите на наступні етапи:
- Для підготовки клінкеру необхідно ретельно змішати інгредієнти в спеціальних барабанах великої місткості.
- На наступному етапі підготовлена маса надходить в піч, де відбувається випал протягом 3-4 годин при температурі близькій до півтори тисячі градусів. В результаті утворюється клінкер у вигляді невеликих фракцій (до 5 см в діаметрі).
- Мокрий спосіб. Вироблення клінкеру виробляється з використанням води, крейди та глини. В результаті змішування речовин в барабані утворюється волога маса – шихта.Її відправляють на випал, після чого отримані гранули подрібнюють і змішують з необхідними добавками. Даний метод вважається досить витратним, тому в даний час частіше використовують інші способи.
- Сухий спосіб. Дозволяє скоротити етап змішування готової суміші з добавками, так як весь процес зводиться до підготовки, дроблення і змішування вже готових інгредієнтів. Дана технологія стає все більш популярною, тому що дозволяє істотно скоротити витрати на виробництво і кінцеву ціну продукту.
- Комбінований спосіб. У даній технології використовуються різні форми виробництва клінкеру, що поєднують в собі етапи виробництва, що застосовуються при сухому і мокрому способах.