Вся правда о связующем звене: как и из чего делают цемент. Как и из чего делают цемент

В нашей статье мы хотели бы рассказать об удивительном стройматериале из которого сделаны многочисленные бетонные конструкции, стены домов, мосты, фундаменты, малые архитектурные формы и тому подобные сооружения. Речь пойдет о цементе. Как известно, цемент — строительный материал не естественного происхождения.
Изготовление этого востребованного материала очень дорогой и энергозатратный процесс, но то, что получается, в итоге стоит того. Цемент, как правило, может использоваться отдельно, а может быть компонентом другого стройматериала, например, бетона. Заводы по производству расположены обычно прямо там, где добывается сырье, необходимое для процесса приготовления, чтобы не нести расходы по перевозке.
Изготовление цемента имеет два этапа: первый – производство клинкера, второй – клинкер перерабатывается до состояния порошка, к нему примешиваются гипсовые или другие добавки.
Первая стадия процесса самая дорогая, она расходует порядка семидесяти процентов стоимости приготовления цемента, потому что на этой стадии добывается основное сырье. Верхнюю часть известняковой горы сносят вниз, и, как следствие, открывается известковый слой. Он встречается четыре — пять раз на десятиметровой глубине (не больше), каждый такой слой достигает толщины семидесяти сантиметров.
Добытый известняк измельчают так, чтобы самый крупный кусок не превосходил десяти сантиметров в окружности. Потом материал просушивают, сново измельчают и смешивают с другими компонентами (такими, как активные минеральные добавки). Затем получившаяся смесь обжигается.. Клинкер готов.
Второй этап тоже состоит из множества операций: раздробить клинкер, просушить минеральные добавки, раздробить гипс, перемешать клинкер вместе с остальными компонентами. Сырье по составу и текстуре не всегда будет одинаковым. Каждый вид сырья подразумевает свой способ производства. При изготовлении цемента используются три способа: сухой, мокрый и смешанный. Для каждого способа существуют свои уникальные технологии и оборудование, и в каждом есть свои плюсы и минусы.
При сухом способе производства сырье предварительно просушится перед помолом, и после измельчения получится в виде порошка (шихты). Мокрым способом пользуются, когда делают цемент из мела, глины с применением различных добавок, содержащих железо (карбонатный компонент, силикатный компонент, конверторный шлам и т. д.). Влаги в глине не должно быть больше двадцати процентов, а в меле больше двадцати девяти процентов. Этот способ назван мокрым от того, что измельчают смесь в воде, в итоге получают водную суспензию, проще говоря, шлам. Далее он обжигается в печи, выделяя углекислоту, затем клинкеры в форме шариков перерабатываются в мельчайший порошок — это и есть цемент.
При смешанном способе задействованы оба предыдущих. Этот способ имеет два вида. В первом сырье готовят с водой – мокрым спосбом, получая шлам, затем убирают фильтрами влагу до пятнадцати — восемнадцати процентов и обжигают в печах в виде практически сухой массы. Во втором способе используют сухое сырье, постепенно разбавляя его водой и превращая в гранулы, размером от десяти до пятнадцати миллиметров и обжигают.
В каждом из перечисленных способов очень важно соблюдение пропорций, специальное оборудование и четкая последовательность действий. Готовый навальный или фасованный цемент в мешках массой по пятьдесят килограмм грузится на автомобильный или железнодорожный транспорт и отправляется на место назначения.
Без такого важного строительного материала, как цемент, ни одна стройка не обойдется, что свидетельствует о его высоких эксплуатационных характеристиках.

Летом прошлого года я провёл съемку на заводе Lafarge («Уралцемент») расположенном в поселке Первомайский, Челябинской области. Завод производит цемент по мокрому способу с 1957 года и по объемам производства находится в десятке крупнейших цементных заводов России. Для производства цемента используют глину и известняк. В качестве топлива выступает природный газ.

История портландцемента начинается 21 октября 1824 года, когда английский каменщик Джозеф Аспдин получил патент на вещество, которое назвал «портландцемент», поскольку его цвет напоминал серый цвет скал, находившихся вокруг города Портланд.

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, гипса и специальных добавок. Свойства портландцемента зависят от состава клинкера и степени его измельчения. Важнейшее свойство портландцемента - способность твердеть при взаимодействии с водой. Оно характеризуется маркой портландцемента, определяемой по прочности на сжатие и изгиб стандартных образцов цементно-песчаного раствора после 28 суток твердения во влажных условиях.

2. Производство цемента складывается из двух основных технологических процессов: получение клинкера (наиболее трудоемкий и энергозатратный этап) и его помол с соответствующими добавками.

3. Для изготовления цемента сначала добывают известняк и глину из карьера.

6. Пройдя предварительную обработку, исходные материалы поступают в мельницу мокрого самоизмельчения «Гидрофол», где перерабатываются в шлам. Затем шлам домалывается в сырьевых мельницах и усредняется в шламбассейнах.

7. На заводе находится специальная лаборатория, в которой производят постоянный контроль качества и дозировку сырьевых материалов и добавок. И в том числе проводят тестирование конечного продукта на прочность.

11. Затем тонкомолотый сырьевой шлам вводится во вращающуюся печь (длиной около 200 м и диаметром 4 м) и обжигается при температуре 1450 градусов Цельсия.

12. При обжиге частички сырья сплавляются между собой, образуя клинкер.

13. Печь для обжига представляет собой вращающийся металлический цилиндр, который наклонен к горизонтальной плоскости под углом 3-4 градуса, чтобы обеспечить возможность движения материала вдоль печи.

14. Полученный клинкер охлаждается в холодильниках, дробится и подается транспортерами в бункеры цементных мельниц для помола.

15. Электрофильтры на вращающихся печах позволяют сократить выбросы пыли в атмосферу в 10-30 раз.

18. Остывший клинкер подается в мельницу.

20. Это самый шумный участок производства. Находится в цеху без наушников просто невозможно.

21. Цемент получают путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, минеральных добавок (10-15%) и гипса (3-7%), который служит для регулирования сроков схватывания. Размер зерен цемента лежит в пределах от 1 до 100 мкм.

24. Процедура LOTOTO (LockOut / TagOut / TryOut). Комплекс действий для повышения безопасности на производстве.

25. Различные минеральные добавки служат для придания бетонам, растворам и др. изделиям на основе цемента специальных свойств (скорость затвердевания, устойчивость в природных водах, морозостойкость).

28. Полученный портландцемент транспортируется из мельниц в силосы для хранения.

29. Из силосов цемент отгружают железнодорожными вагонами и автомобильным транспортом в следующем виде: навалом, специальными контейнерами МКР весом до 1 тонны, бумажными мешками весом 50 кг.

Цемент входит в число основных строительных материалов. Он используется при создании связующих строительных растворов, цемент используют при изготовлении бетонных и железобетонных изделий. От качества данного материала зависит, насколько прочное и долговечное будет здание, или железобетонная конструкция.

История цемента началась в Англии, где в 1824 году был зарегистрирован патент на его изобретение. В то время для изготовления цемента использовалась известковая пыль, смешанная с глиной. Полученная смесь подвергалась воздействию высокой температуры, при которой она спекалась.

Обожжённый полуфабрикат цемента называется клинкер. Цементом он становится после перемалывания клинкера до порошкообразного состояния.

В строительстве используется основное свойство цемента – при смешивании с водой он постепенно твердеет, а затем превращается в прочный камень. Характерную для готового изделия прочность материал может приобрести даже в воздушной среде, если присутствует избыточная влажность.

Сырьё для производства

Сегодня процесс изготовления цемента изменился. Изготовляют его несколькими способами, да и компоненты, входящие в его , тоже отличаются от использовавшихся две сотни лет назад.

Чтобы было понятно, из чего делают цемент и как происходит его производство, необходимо знать, какие виды сырья используют сегодня производители этого важного строительного материала.

Так как сырьём для производства цемента , служат естественные породы, то и предприятия, занимающиеся его изготовления, чаще всего размещают поблизости от мест добычи этих пород.

Все ископаемые, из которых делается цемент, делятся на два вида :

1. Карбонатные ископаемые, отличающиеся характеристиками и особенностью структуры. Именно структура породы обеспечивает эффективное её взаимодействие с остальными ингредиентами состава продукта.
2. Глинистые и горные породы, имеющие осадочное происхождение. Имея минеральную основу, при увлажнении они приобретают пластичность и увеличиваются в объёме. Так как для данного вида сырья характерна вязкость, то их можно использовать, производя цемент сухим способом.

Теперь следует назвать конкретно, какие ископаемые относятся к каждому из видов сырья, используемых при производстве цемента.

К карбонатным породам относят следующие виды природного сырья:

• мел , представляющий разновидность известняка. Обладает способностью легко измельчаться;

• мергелистый известняк , в природе встречается как в рыхлом, так и в твёрдом состоянии. В породе могут содержаться примеси глины, поэтому данный вид известняка считается сырьём переходным, обладающим свойствами, характерными и для известняков, и для глины;

• известняки – ракушечники , не имеющие включений кремния. Порода имеет пористую, легко разрушающуюся при сжатии структуру;

Известняки – ракушечники

• доломитовые породы и другие ископаемые осадочного происхождения. Они содержат карбонаты, придающие породе ценные свойства.

Глинистые породы включают следующие виды ископаемых:

• глина с минеральными включениями, набухающими при контакте с водой;

• суглинки , содержащие повышенную концентрацию частиц ;

• сланцы , имеющие глинистую основу. Данное сырьё относят к горным породам, повышенной прочности. При механическом воздействии разделяется на пластинчатые пластины. Характеризуется стабильным составом и низким содержанием влаги;

• лесс , пористая порода, с включениями частиц и силиката.

Кроме данных видов сырья, при изготовлении цемента используют некоторые виды производственных отходов. Для улучшения качества в его состав добавляют добавки, предусмотренные технологическим процессом: глинозём и кремнезём, плавиковый шпат и апатиты.

Применение песка просто необходимо при проведении самых разных ремонтных и строительных работ. все о применении карьерного песка.

При проведении отделочных работ на кухне, в ванной или в любом другом помещении необходимо знать время высыхания плиточного клея. можно узнать, сколько сохнет плиточный клей.

В настоящее время декоративная штукатурка по праву является самым популярным и прогрессивным методом отделки. Перейдя по ознакомитесь с самостоятельным ее приготовлением.

Все добавки, называемые пластификаторами, также природного происхождения. Они влияют в лучшую сторону на следующие качества цемента:

• увеличивают стойкость к изменениям температуры;
• усиливают прочность;
• подвижность и эластичность продукта;
• уменьшает проникновение воды в готовое изделие.

В зависимости от свойств, добавленных в состав цемента пластификаторов, его раствор будет застывать быстрее, или же медленнее.

Состав

Часть людей работающих в сфере строительства не знают, из чего делается цемент.

Состав цемента может быть различным в зависимости от марки и предназначения.

Однако вне зависимости от вида цемента, то есть рецепта, использованного при его производстве, основой для него служат два компонента – известняк с добавлением глины.

Количество известняка в три раза превышает количество глины. Такие необходимы для получения качественного клинкера, являющегося полуфабрикатом для производства цемента.

Теперь можно назвать основные компоненты состава , чтобы каждому было ясно, из чего делают цемент:

• клинкер, основа конечной продукции, определяющая её характеристики прочности. Используется в виде гранул диаметром до 60 мм. Его термообработка выполняется при температуре, доходящей до 1500°. При плавлении клинкера образуется масса, для которой характерно высокое содержание кремнезёма и кальциевого диоксида;
• данные компоненты влияют на эксплуатационные характеристики конечного продукта. Перед обжигом гранулы клинкера измельчаются до пылеобразного состояния;
• гипс , определяющий скорость затвердевания цемента. В базовых рецептах предусмотрено добавление в состав чистого гипса до 6 % от общего количества компонентов;

• специальные добавки (пластификаторы , морозостойкие присадки, жидкое мыло и т.д.), усиливающие свойства, уже имеющиеся у продукции, или же придающие ей специальные характеристики, способные расширить область применения цемента.

Изготовление материала выполняется в определённом порядке, поэтапно. В технологии его производства предусмотрены следующие операции:

1. Ингредиенты, предназначенные для изготовления клинкера, предварительно смешиваются. Обязательно необходимо точное соблюдение пропорций состава – 25 % глины и 75% известняка.
2. Полученный состав обжигается при высокой температуре. При высокотемпературном обжиге глина и известь соединяются, образуя клинкер.
3. Готовый продукт измельчается шаровыми мельницами, состоящими из барабанов, расположенных в горизонтальном положении, внутри которых размещены стальные шары. Помещённый в них клинкер размельчается до состояния порошка.
4. Чем мельче полученные фракции цемента, тем лучшие эксплуатационные характеристики он будет иметь.

Существует несколько методов изготовления данного строительного материала. Их выбор обусловлен многими факторами, основными из которых является специфика имеющегося на предприятии оборудования и спрос на определённые марки цемента.

Разработанные технологии имеют отличие в способах подготовки сырья, используемого при производстве состава. Порядок его изготовления остаётся прежним.

Разработаны следующие методы :

1. Мокрая технология, предусматривающая замену извести мелом. В процессе смешивания компонентов состава происходит измельчение их в шаровой мельнице. Это процесс выполняется с добавлением воды. В результате образуется шихта, имеющая концентрацию влаги до 50%.
2. Полученный материал затем обжигается в печи. После обжига он уже становится клинкером. Затем его измельчают.
3. Сухая технология значительно уменьшает себестоимость производства, так как она объединяет несколько технологических операций в единый процесс. При использовании данной технологии компоненты, поступающие в шаровую мельницу, одновременно размалываются и сушатся.
4. Для сушки используется воздействие горячих газов. Готовая шихтная масса имеет консистенцию порошка.
5. Комбинированная технология объединяет особенности вышеописанных способов производства. В зависимости от оборудования, используемого на предприятии, может быть получен полусухой состав, имеющий влажность до 18%.
6. Во втором варианте первоначально подготавливается сухая , затем увлажнённая до 14 %. В обоих вариантах подготовленный состав затем отжигается и перемалывается.

Подробнее о производстве цемента смотрите на видео:

Классификация

Существует много разновидностей и различных данного строительного материала. Различают их по основному составу и добавкам, придающим каждому виду особые свойства.

Среди основных типов выделяют :

• портландцемент , с которого начиналось производство популярного в строительстве продукта. Для изготовления связующих растворов его не используют. Он применяется для создания бетонных изделий высокой прочности, Портландцемент
  • шлаковый цемент, при изготовлении которого используется доменный шлак и активные присадки. Используется для изготовления и строительных растворов;
  • глинозёмистый цемент , отличается устойчивостью к воздействию влаги, быстрым затвердеванием;

  

  • кислотоупорный цемент, в котором используется кварцевый и кремнефтористый натрий. Материал устойчив к воздействию кислот, но недолговечен.

  Приобретая любой из видов цемента, следует знать, что его состав активно взаимодействует с окружающей средой, при долгом хранении теряя свою прочность.

  Даже если он хранится в сухом помещении, то спустя несколько месяцев его марка изменится в меньшую сторону. Поэтому, при его приобретении, следует обращать внимание на дату изготовления. Так же можете ознакомиться с нашей статьёй о технических характеристиках .

Строительные материалы появились в тот момент, когда на заре нашей цивилизации первые люди начали строительство домов и укреплений. С течением времени человечество искало материалы, обладающие большой прочностью и доступностью в любом месте проживания. После длительных поисков и экспериментов было выявлено, что мелкодробленый известняк и гипс, при смешивании с водой и минералами, приобретает особые вяжущие свойства.

После затвердевания образует монолитное соединение имеющие характеристики твердого камня. С того момента цемент начали производить в больших количествах и использовать в строительстве больших и маленьких сооружений. Проходя очередной раз мимо постройки с камня и метала, мы часто задаёмся вопросом: «Так как же делают цемент?»

: в период постройки Египетских пирамид, фараоны использовали технологию похожую на производство бетона. Смесь измельчённого известняка и каменной крошки заливали водой и превращали в монолитные каменные блоки.

Из чего делают цемент?

Первый этап производства начинается в известняковом карьере, когда с помощью горнодобывающих машин из почвы изымают компоненты будущего цемента. Чтобы строительный материал имел требуемую прочность, для производства выбирают известняк, который лежит близко к поверхности. В его составе, в большом количестве, присутствует кремний, железо и окись алюминия. Если копать глубже, то порода будет чище, но с большим содержанием углекислого кальция. Добытый камень, по необходимости, сортируют и отправляют на производство, где меняют пропорции, чтобы получить цемент разных марок.

Материалы по теме:

Как делают квас?

Обработка известняка

На заводе по производству цемента, породу выгружают в аппарат для первичного дробления камней. Большие валуны под воздействием давящей силы в несколько тон, постепенно измельчаются до размеров теннисного мяча и поступают на конвейер. Мелкие и крупные камни направляются на вторичное дробление, где они уменьшаются до размеров мячика для гольфа и в мелкий порошок. Известняк, с разным процентом содержания углекислого кальция, обрабатывается отдельно.

Схема линии по измельчению и сушке известняка: 1 – питатель ленточный ПЛ-650; 2 – магнитный сепаратор; 3 – сушильный комплекс; 4 – элеватор; 5 – расходный бункер с шиберной головкой; 6 – питатель ленточный ПЛ‑500; 7 – мельница МЦВ-3; 8 – мельница роторно-струйная МРС-2/770; 9 – циклон-бункер ЦБ-4,5; 10 – пылеуловитель II ПЦ‑2,0 с бункером; 11 – фильтр рукавный ФРИ-60; 12 – питатель секторный ПС-1В; 13 – вентилятор ВВД; 14 – вентилятор среднего давления; 15 – шиберные заслонки; 16 – компрессор.

Это необходимо для дальнейшего их смешивания в разных пропорциях и по определенной технологии, чтобы производить цемент разных марок.

Сортировка и шлифование

Мелкий известняк, с помощью сортировочного погрузчика, размещают в сухие склады, защищенные от влаги и перепадов температуры. Формируются кучи из сырьевой смеси, разного состава, готовые к этапу шлифования. По конвейеру дробленый камень поступает в шлифовальную машину – вальцовую мельницу, в которой образуется известняковая пыль.

Смешивание

Чтобы создать цемент разных марок, к подготовленной породе добавляют железо, двуокись алюминия и кремний. Состав и количество добавок определяется после химического исследования известняка. Роллер равномерно перемешивает составляющие цемента, до получения однородного порошка без камней. По завершению процесса готовую смесь направляют на термическую обработку.

Цемент (лат. caementum - «щебень, битый камень») - искусственное неорганическое вяжущее вещество, как правило, гидравлическое, один из основных строительных материалов. При затворении водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов.

Цемент принципиально отличается от других минеральных вяжущих (гипса, воздушной и гидравлической извести), которые твердеют только на воздухе.

Цемент получается при нагревании гашёной извести и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры 1450 °С. Происходит частичное плавление, и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер перемешивают с несколькими процентами гипса и тонко перемалывают. Гипс управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67% СаО, 22% SiO2, 5% Al2О3, 3% Fe2O3 и 3% других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и ферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50-70%. Это трехкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счет размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg2+, Al3+ и Fe3+. Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15-30%. Это двукальциевый силикат Ca2SiO4, модифицированный введением в структуру инородных ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде β-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Содержание алюминатной фазы составляет 5-10% для большинства нормальных цементных клинкеров. Это трехкальциевый алюминат Са3Al2O6, существенно измененный по составу, а иногда и по структуре, за счет инородных ионов, особенно Si4, Fe3+, Na+ и К+. Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.

Ферритная фаза составляет 5-15% обычного цементного клинкера. Это - четырехкальциевый алюмоферрит Ca2AlFeO5, состав которого значительно меняется при изменении отношения Al/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в поздние сроки.

Наиболее широко распространенным является Портландцемент.

Какие бывают цементы?

За годы, прошедшие с момента появления портландцемента, ученые придумали, а промышленники внедрили огромное количество новых его модификаций. Семейство портландцементов разрослось и, чтобы не путаться в их многообразии, была разработана специальная номенклатура. Она изложена в государственном стандарте Украины ДСТУ Б В.2.7-46-96 «Цементы общестроительного назначения. Технические условия». Объединяет все включенные в этот документ цементы обязательное содержание молотого портландцементного клинкера. Хотя его содержание может быть достаточно низким - в некоторых цементах его всего 20 %, но он является базовым, структурообразующим ком- понентом.

В основу классификации портландцемента и его «родственников» положены два ключевых параметра: вид и количество добавки (или добавок) и марочная прочность.

В зависимости от содержащихся добавок цементы делят на пять типов:

I Собственно, портландцемент. Без добавок или с минимальным их количеством (до 5 %). Обозначается ПЦ I.

II Портландцемент с добавками: шлака, пуццоланы, золы-уноса, известняка. Его индекс ПЦ II. Чтобы было понятно, какая именно добавка входит в состав, справа от обозначения типа указывают соответствующую литеру (для шлака - Ш, для пуццоланы - П, для золы-уноса - З). Кроме того, в обозначение входит еще одна литера, обозначающая предельное содержание клинкера. Если это «А» - клинкера не менее 80 %, если «Б» - не менее 65 %.

К этому же типу относят композиционный портландцемент. В его состав может входить несколько вышеперечисленных добавок сразу. Чтобы отличать его от портландцемента с добавками, обозначение дополнили литерой «К». Получилось: ПЦ II/А-К или ПЦ II/Б-К.

III Шлакопортландцемент. Как следует из названия, материал содержит доменный гранулированный шлак. А так как шлак сам по себе обладает вяжущими свойствами, то цемент может «вместить» его гораздо больше, чем прочих добавок. Соответственно, содержание клинкера в шлакопортландцементе невелико: ШПЦ III с литерой «А» может содержать всего лишь 35 % шлака, а с литерой «Б» - и того меньше: 20 %.

IV Пуццолановый цемент (может содержать одновременно пуццолану и золу-унос). Обозначается ПЦЦ IV («А» и «Б»).

V Композиционный цемент КЦ V («А» и «Б»). Этот цемент, как и композиционный портландцемент, может содержать несколько добавок, за исключением известняка. Допустимое минимальное содержание в нем клинкера ниже, чем в композиционном портландцементе, и составляет не менее 40 % для литеры «А» и не менее 20 % - для литеры «Б».

По прочности ДСТУ Б В.2.7-46-96 регламентирует для цементов I и II типа марки 300, 400, 500, 550 и 600, а для остальных типов - 300, 400 и 500.

Кроме вышеуказанной символики, условное обозначение может содержать дополнительную информацию об особых свойствах цемента. Для пластифицированных цементов в обозначение вводят индекс ПЛ, для гидрофобизированных - ГФ, для цементов с высокой ранней прочностью - Р.

Например, пластифицированный шлакопортландцемент марки 500, содержащий 40 % шлака и характеризующийся высокой ранней прочностью, будет обозначаться так: ШПЦ III/А-500Р-ПЛ ДСТУ Б В.2.7-46-96.