Как делают цемент: технология производства и состав смеси

История цемента

Слово «цемент» происходит от латинского caementum, что переводится как «дробленый, битый камень». Это вещество стало результатом поиска способов справиться с низкой водостойкостью гипсовых и известняковых пород. С этой целью в их состав вводились водостойкие минеральные вещества. В самом начале ими выступали остатки кирпичей из обожженной глины и вулканические породы. Древние римляне применяли отложения пепла знаменитого вулкана Везувия – пуццоланы.

Оптимальная технология производства цемента была выработана много лет спустя, когда потребность в большом количестве недорого и прочного вяжущего не стала наиболее острой. Наибольший вклад в исследования внесли:

1. Каменщик Джон Аспинд, который в 1824 г. получил патент на портландцемент.
2. Русский строитель Егор Челиев, написавший в 1825 г. книгу о цементе для подводных работ.

Название портландцемент происходит от английского острова Портленд, состоящего из известковых пород. В Англии камни с этого острова считались самым престижным строительным материалом. Аспинду удалось получить искусственный камень, который по прочности и цвету был очень похож на указанный материал.

Но он изготавливался без обжига исходного сырья. Большее соответствие технологии тому, что сегодня является портландцементом, отмечается именно в процессе производства Челиева.

Свойства глиноземного цемента

1. Вяжущие свойства материала и его высокая прочность после затвердения обусловлены наличием в составе алюминатов кальция. Процесс отвердения алюминатного цемента протекает аналогично портландцементу. А в отличии от ПЦ действие сопряжено обильным выделением тепла. В первые сутки отвердения высвобождается до 70% тепла, что представляет собой опасность. Если температура среды поднимется выше 30 °C, устойчивость цемента снизится в 2-3 раза.
2. В сравнении с портландцементом, глиноземный цемент формирует более плотный искусственный камень, он обладает высшей прочностью и высокой стойкостью к агрессивной среде. Но он легко деформируется под влиянием щелочной среды и его не стоит смешивать с известью, ПЦ и гипсом, чтобы исключить сокращение сроков затвердения.
3. Период начала затвердения глиноземного цемента составляет не менее 30 минут, а окончание процесса происходит через 12 часов. Срок схватывания аналогичен портландцементу, но марочная прочность глиноземного цемента проявляется уже по истечению 72 часов, в то время как ПЦ набирает прочность лишь через 28 суток.

Особенные свойства глиноземного цемента

• возможность использования глиноземного цемента в зимних условиях, благодаря высокому показателю тепловыделения;
• сопротивление воздействию агрессивных жидкостей и газообразных сред;
• скорое упрочнение массы после затвердения;
• искусственный камень высокой плотности;
• термическая устойчивость для получения огнеупорного цемента.

Адгезия цементных растворов

Несмотря на хорошую адгезию цемента к минеральным основаниям, в последние годы на строительных рынках активно пропагандируются грунты глубокого проникновения и так
называемый «бетонконтакт». На самом же деле толк от них стремится к нулю.

Грунтовки глубокого проникновения бесполезны и даже вредны по той причине, что могут окончательно закупорить поры в слабовпитывающих основаниях (например гладкий бетон).
А пористость основания нужна для хорошего закрепления массы раствора: частицы проникают в поры и цепляют основной слой за основание. При высоком водопоглощении основа хорошо увлажняется — так решается проблема быстрого пересыхания.

Некоторые сомнения может вызывать «бетонконтакт» — он создаёт шероховатую поверхность, при этом сам хорошо прилипает к гладкому бетону. Так и напрашивается мнение —
от него будет толк! На самом деле не все виды «бетонконтактов» способны выдержать щелочную среду цементных составов — они попросту в них растворяются. Более того — сам цемент имеет достаточную адгезию к гладким бетонам, главное создать для этого благоприятные условия.

Существует два основных приёма для улучшения адгезии цементных растворов к минеральным основаниям: адгезионный слой и набрызг.

Адгезионный слой представляет из себя более жидкий, тонкий слой того же раствора, который наносится на основание. Жидкая смесь хорошо проникает в поры основания и
обеспечивает хорошее сцепление с основным слоем. Основной слой укладывается на НЕсхватившийся адгезионный для образования единого монолита. Данный приём больше
подходит для горизонтальных поверхностей, когда сверху располагается основная масса. На вертикальных поверхностях велика вероятность оплываний, хотя всё зависит
от конкретной ситуации.

Пример использования адгезионного слоя — укладка полусухой стяжки без разделения с основанием. Полусухая смесь основного слоя укладывается на жидкий слой в 1-3 мм.,
таким образом слишком сухая смесь имеет возможность «приклеиться» к основанию.

Набрызг используется при штукатурке — жидкий раствор набрызгивается на увлажнённое основание при помощи веника или кисти, образовывая множество выступающих
комочков. Благодаря жидкой консистенции, смесь хорошо проникает в поры и имеет отличное сцепление с основой. Отличие от адгезионного слоя еще заключается в том,
что нанесение основного слоя производится после схватывания набрызга.

Более современным вариантом набрызга и адгезионного слоя является плиточный клей, нанесённый на основание гребенчатым шпателем. Благодаря химическим добавкам,
плиточный клей имеет немногим большую адгезию и им удобнее работать. Соответственно адгезионный слой предполагает нанесение основной массы сразу после нанесения
клея, при аналогии с набрызгом нужно дождаться схватывания клея. При работе с набрызгом нужно помнить, что марочная прочность наносимого основного слоя должна быть
меньше, чем у клея.

Для достижения хорошего результата также рекомендуется на гладких основания делать насечки топором — этот вариант можно использовать совместно с вышеописанными.

Для формирования адгезионного слоя и набрызга можно использовать улучшающие добавки — клей ПВА улучшит их характеристики. Существуют и готовые добавки для этих
целей, например Ceresit СС 81.

Основные характеристики

На какие свойства цемента стоит обратить внимание в первую очередь:

прочность цемента, как и бетона, – важнейший показатель, который является определяющим при выборе сырья для строительства. Этот параметр тестируется исходя из максимальной нагрузки, которую может выдержать цементная балка;

Обычно о прочности можно узнать по маркировке блока. Обычно используются такие обозначения: М400 или М500. Выпускаются вяжущие вариации цемента от М300 до М800.

Проверка цементного блока на прочность

активность при пропаривании – ещё одна немаловажная характеристика, показывающая, насколько активно гудронирует вяжущий состав. От этого показателя напрямую зависит прочность вяжущего компонента и время теповлажностной обработки. Существует 3 группы по пропариванию. Первая – самая лучшая и эффективная;

Пропаривание образцов

Это две самые важные характеристики вяжущего вещества, применяемого в любой сфере строительства. Поэтому с каждой новой партии, даже если есть на руках паспорт качества, проводятся тестирования таких свойств. На основании полученных данных выполняется корректировка состава.

сроки схватывания – время, когда начинает схватываться цементный состав. Обычно оно составляет от 45 минут до 10 часов. Чем выше температура, тем быстрее наступает схватывание;

Прибор Вика для определения сроков схватывания

• насыпная плотность – в рыхлом состоянии она равна примерно 900−1100 кг/см3, в уплотнённом – 1400−1700 кг/см3, истинное это значение − 3000−3100 кг/см3;
• водопотребность – необходимое количество воды для гидратации цемента и создания пластичности теста. Как правило, берётся примерно 17% воды от массы цемента, необходимой для гидратации. Но бывает, что такой показатель увеличивают из-за того, что водопотребность самого цемента выше.

Насколько качественно вяжущее свойство получилось, тестируют ещё в заводских лабораториях и на основании подобных испытаний выдают паспорт качества, из которого мы и узнаем все характеристики. Но его получаем только через месяц, так как паспорт выдаётся на основании испытаний образцов в 28-суточном возрасте. Поэтому каждую новую партию независимо тестируют в лаборатории, чтобы узнать, насколько он качественный. Последнее же зависит от состава самого вяжущего материала.

Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления

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

Так как сырьём для производства цемента гост31108 2003, гост 30515 2013 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;

Мел

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;

Мергелистый известняк

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.

Доломит

Глинистые породы включают следующие виды ископаемых:

глина с минеральными включениями, набухающими при контакте с водой;

Глина

суглинки, содержащие повышенную концентрацию частиц песка;

Суглинки

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;

Сланцы

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

Лесс

Кроме данных видов сырья, что изготавливать цементную смесь на заводе используют некоторые виды производственных отходов. Для улучшения качества в его состав добавляют добавки, предусмотренные технологическим процессом: глинозём и кремнезём, плавиковый шпат и апатиты.

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.

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 плотность цемента. 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.

Характеристика цемента, его химическая формула

Цемент — вещество с многокомпонентной формулой, которое изготавливается искусственным путем из минерального сырья. Относится к материалам неорганического происхождения и обладает вяжущими свойствами.

Используется в строительстве для приготовления цементных растворов разного состава. При смешивании сухого цемента с жидкостью образуется пластичная масса темно-серого цвета, способная равномерно заполнить форму нужной конфигурации. Раствор постепенно затвердевает и приобретает камнеподобный вид.

В состав пуццолановых веществ, кроме CaO и минеральных добавок, входит гипс (двуводный сульфат кальция). Основой глиноземистых цементных смесей являются низко-основные алюминаты кальция, а оксид кальция и диоксид алюминия присутствуют в сопоставимых количествах (50-55% и 45-50%). Шлаковые цементы изготавливаются из мелкогранулированного доменного шлака с добавлением известняка или без него.

Благодаря отличиям в химическом составе каждый тип смеси обладает собственными физическими и эксплуатационными свойствами, что обуславливает их применение в разных областях строительства.

Прежде всего специалисты обращают внимание на следующие характеристики цемента:

• насыпная плотность;
• удельная (истинная) плотность;
• время схватывания и затвердевания;
• показатели прочности;
• влаго- и морозоустойчивость;
• тонкость помола;
• стойкость к коррозии.

Все показатели могут в некоторой степени изменяться в зависимости от внешних условий. 2 первых из них являются определяющими при расчете количества материала, необходимого для возведения какого-либо объекта.

Мокрая технология производства цемента

Производство цемента мокрым методом начинается так же, как и в любом другом случае: с добывания твердого известняка из карьеров, который потом дробят на куски разной величины. Потом куски измельчают в специальных дробильных агрегатах до тех пор, пока фракция известняка не будет равна максимум 8-10 миллиметрам.

Потом на завод доставляют глину из карьера, ее обрабатывают в вальцевых дробилках до тех пор, пока размер кусков не будет равен максимум 100 миллиметрам. Измельченную смесь глины отмачивают в болтушках до момента получения глиняного шлама влажностью в пределах 70%. Потом шлам отправляют в мельницу, где его смешивают и размалывают вместе с известняком.

Далее шлам, влажность которого находится уже на уровне 40%, отправляют в вертикальный бассейн, где осуществляется окончательный процесс корректировки. Данная операция чрезвычайно важна, так как именно тут формируется и обеспечивается правильная химическая формула состава шлама.

После проверки качества шлама его транспортируют для реализации последующих этапов: цементную массу из вертикального бассейна транспортируют в горизонтальный, где смесь хранят до того, как отправить в печь для обжига. Сырье в горизонтальном бассейне постоянно перемешивается механически с использованием сжатого воздуха. Это не позволяет шламу выпадать в осадок и дает возможность полностью гомогенизироваться.

В случае, когда производство цемента предполагает использование сырья с неизменным химическим составом, корректирование состава шлама выполняется в горизонтальном бассейне.

Далее шлам отправляют на обжиг в печь, где он превращается в клинкер. Клинкерная основа, полученная в итоге, отправляется в промышленный холодильник и там охлаждается. Потом клинкер дробят, подают в емкости мельниц, повторно измельчают до состояния порошка.

В случае, когда процесс обжига шлама требует применения твердого топлива, необходимо позаботиться о строительстве дополнительного помещения (где будет храниться, готовиться уголь). Если технологическая схема производства цемента требует применения газообразного/жидкого топлива, процесс обжига клинкера упрощается.

На завершающем этапе производства цемент из бункеров мельниц направляют в специальные помещения, где он хранится. Здесь лаборанты исследуют качество продукции, определяют марку. Только по завершении проверки цемент может отправляться на упаковочные аппараты.

Преимущества

Рассматривая мокрый способ производства цемента, стоит учитывать его плюсы и минусы. Как и любой технологический процесс, данный обладает своими особенностями.

Ключевые достоинства мокрого метода производства цемента:

• Понижение технологических затрат на измельчение сырьевой базы – глина и мел прекрасно намокают в воде в бассейне при первичной обработке, в связи с чем измельчаются легче и проще.
• Транспортировка, усреднение, корректировка шлама осуществляются проще, безопаснее с точки зрения экологии, особенно в сравнении с аналогичными процессами при производстве цемента сухим способом.
• Намного меньше образуется пыли.
• Печи обжига по конструкции простые, надежные, обладают высоким коэффициентом использования пространства (варьируется в пределах 0.89-0.91).
• Есть возможность использовать в производстве компоненты с достаточно «пестрым» (разным) химическим составом, а также обеспечена хорошая гомогенизация шлама.

Недостатки

Недостатков в мокром методе производства цемента мало, но они есть и не учитывать их нельзя.

Основные минусы мокрого метода производства цемента:

1. Высокий удельный расход тепловой энергии в процессе обжига сырья. Сырье, которое поступает для обжига, обладает в среднем влажностью до 45%. И для испарения влаги, правильного прогрева компонентов необходимо до 6800 кДж/кг тепловой энергии либо 35% тепловой мощности печи. В связи с такими расчетами часть обжиговой печи функционирует в качестве сушильного агрегата с последующими сложностями.
2. Высокий уровень материалоемкости печей для обжига наряду с не очень большой производительностью.

Указанные недостатки приводят к достаточно низкой производительности труда, существенным эксплуатационным и технологическим расходам, что обуславливает высокую стоимость всего производства.

Теория приготовления бетонных смесей

Прежде чем перейти к непосредственному описанию того, как можно будет сделать подобный раствор своими руками, следует определиться с понятиями.

Таблица пропорций для разных марок раствора.

Цемент – материал, который имеет порошкообразную форму, применяется на строительных площадках. Данный материал отличается определенной степенью вязкости, обладает хорошими гидравлическими свойствами.

Подобные характеристики дают возможность обеспечить порошку возможность создания устойчивых связей с водой либо какими-нибудь другими жидкостями, при этом создавая раствор в виде пластичных масс. При затвердевании такой массы будет образовываться камнеподобный материал, который отличается жесткостью и прочностью.

Цемент можно отнести к вяжущим неорганическим материалам (в данную группу можно отнести гипс и известь). Все, что рабочие строители будут добавлять к вяжущим материалам (растворы, жидкости, добавки минерального типа), предназначается для того, чтобы улучшить качества вяжущего материала, для того, чтобы изменить его состояние до жидкого либо твердого.

Что такое марка цемента

Под маркой понимаем характеристику предела прочности на сжатие и изгиб стандартного образца цементного кубика со сторонами 10×10×10 см после затвердения через 28 дней после заливки в форму. Величина определяется лабораторными испытаниями, её значение округляют до целых в меньшую сторону. По этому признаку и произведено разделение на марки: М100, М150, М200, М250, М300, М400, М500, М600.

Иными словами, цементный камень марки М300 способен выдержать максимальную нагрузку 300 кг/см². Образец может «сдаться» и под большим усилием, поэтому у материала всегда есть небольшой запас прочности вплоть до 99 единиц (даже воздействие 398 кг/см² определяется как марка прочности цемента М300). Правила испытаний и нормы регламентирует ГОСТ-10178-85 от 1985.

Вместо марок цементному порошку по новому ГОСТ 31108-03 присваивают класс. В таблице приведено соответствие марки, класса и испытующих воздействий:

В7,5	М100	7,5	100
В15,0	М200	15,0	200
В22,5	М300	22,5	300
В32,5	М400	32,5	400
В42,5	М500	42,5	500
В52,5	М600	52,5	600

Название и вещественный состав

По-новому марки цемента определяются их вещественным составом. В маркировке присутствуют три буквы кириллицы — ЦЕМ и латинские цифры за ними. Латинскими цифрами и зашифрован состав:

• Аббревиатура ЦЕМ I обозначает портландцемент. В нем добавок быть не может. Состоит только из молотого обожженного клинкера и технологических присадок в количестве не более 5% от массы.
• ЦЕМ II — портландцемент с минеральными добавками. Массовая доля добавок — от 6% до 35%. По количеству добавок делится на две группы:
• группа А с содержанием от 6% до 20%;
• группа B говорит о том, что добавок введено от 21% до 35%.

Марки портландцемента в зависимости от добавок в составе

Если видите ЦЕМ III — это шлакопортландцемент. Эта марка содержит от 36% до 65% размолотого в пыль шлака. По количеству добавок есть три подтипа:

• А — от 6% до 20%;
• В — от 21% до 35%;
• С — от 36% до 65%.
• Пуццолановый цемент обозначают ЦЕМ IV. Это добавка вулканического происхождения. Производится обычно в тех местах, где данный минерал добывают.Маркировка композиционного цемента ЦЕМ V. Эта марка цемента может содержать несколько типов добавок: шлак, золу и известняк.

Цемент от ЦЕМ II до ЦЕМ V могут иметь подтипы в зависимости от добавок. Они обозначаются латинскими буквами A, B и C. После обозначения группы ставят косую черту, а за ней букву, обозначающую тип добавки, затем через тире букву, которой кодируют саму добавку. Например, ЦЕМ Н/А-И. Если добавок несколько, их обозначение указывается через тире, а вся группа берется в скобки: например: ЦЕМ IV/A (П-З-Мк).

Добавки в составе

Добавки и обозначение марок бетона с ними есть в таблице. Как видим, ЦЕМ I делают только из измельченного клинкера с небольшим количеством (не более 5%) технологических веществ. Больше всего модификаций и разновидностей у второй группы портландцемента.

Шлакопортландцемент и более низкие марки цемента тоже имеют добавки, но вариаций значительно меньше. Все добавки и присадки в маркировке отображаются заглавными буквами:

• Ш — гранулированные шлаки;
• Мк — микрокремнезем;
• П — пуццолана;
• Г — глиеж;
• З — зола;
• С — обожженный сланец;
• И — известняк.

Чистый портландцемент — ЦЕМ I, всегда идет без дополнительных компонентов, так как он, по определению, иметь их не может. Рассмотрим несколько примеров маркировки других марок цемента. Если видим ЦЕМ II/В-Ш. Это значит, что перед нами портландцемент второго типа, то есть, с добавками. Об этом говорят буквы, которые стоят после косой черты. Буква «B» говорит, что количество добавок более 21%, а буква «Ш» — использован шлак. Надпись ЦЕМ III/C обозначает шлакопортландцемент с добавкой обожженного сланца. В общем, наверное, понятен способ расшифровки маркировки.

Класс по прочности на сжатие

В новом стандарте за составом должна указываться прочность на сжатие, которую в состоянии дать эта марка цемента. По ГОСТу существуют только три значения:

• 22,5 Н;
• 32,5 Н;
• 42,5 Н;
• 52,5 Н. Обозначение и скорость набора прочности по стандарту для цемента разных марок

Прочность проверяется на 2, 7 и 28 сутки. Практически все цементы проверяют через 7 дней после затворения, а ЦЕМ III (шлакопортландцемент) проверяют через 2 суток. По скорости твердения марка цемента может быть:

• нормально твердеющей — обозначается буквой Н после класса прочности на сжатие;
• медленно твердеющей — М;
• быстротвердеющей — Б. Пример маркировки цемента по старому стандарту

Вся эта информация отображается в маркировке. Например: ЦЕМ III/В-Ш 32,5М. Обозначает шлакопортландцемент с добавками типа В — гранулированным шлаком, прочностью на сжатие 32,5 М, медленно твердеющий.

История изобретения

Подобие современного цемента впервые было использовано, еще в древности. С начала II века до н. э. римляне применяли бетон на основе извести для строительства крупных зданий. Формула была проста: строители делали обжиг извести и добавляли вулканический пепел. В средние века для увеличения скрепляющих свойств извести в раствор добавляли куриные яйца, а в древнем Китае использовали для усиления клейкий рис. Современная технология изготовления цемента начинает со средины XIX века, когда поняли главный секрет, что нужна высокая температура обжига извести для получения прочных скрепляющих свойств.

Марки цемента и их применение

Используются портландцементы в соответствии с маркировкой, которая прямо указывает на особые условия, если они имеются

Для строительных работ при выборе марки обращают внимание на показатель класса прочности или марки цемента

Действия по обустройству в зависимости от твердости вяжущего порошка:

• М200 — цемент предназначен для штукатурных работ, изготовления бетона М100;
• М300 — соответствует монолиту М200, применяется для бетонирования подстилающих поверхностей под фундаменты, заливки оснований под малоэтажные строения;
• М400 — строительство железобетонных сооружений прочностью М300, дорожных покрытий, тротуарной плитки, бордюрных камней, опорных конструкций;
• М500 — все виды наружных бетонных работ, изготовление аэродромных плит и гидротехнических сооружений из монолита М400.

Составы растворов могут различаться и задаются под условия возводимого объекта. Рецептура смесей определяется проектом.

Изобретение камня

Камни домов доисторического времени скреплялись в стене с помощью глины, но сохраниться без обжига они не могли, и самые древние постройки, дошедшие до нас, были возведены с применением известкового раствора. Обожжённый и размолотый известняк (оксид кальция – Ca(OH)₂) после затворения водой твердеет, поглощая из воздуха углекислый газ, а потом опять превращается в камень. Основной недостаток известкового вяжущего – низкая влагостойкость, поэтому сегодня он применяется больше при изготовлении силикатного кирпича.

Другой вид воздушного минерального вяжущего (то есть набирающего прочность на воздухе) – гипс. Он получается при тепловой обработке и последующем размоле природного гипсового камня (CaSO₄-2H₂O) или природного ангидрида (CaSCu). Гипсовое вяжущее имеет огромную историю применения с древнейшего времени до сегодняшних дней. Самые яркие примеры – роскошные лепные и скульптурные украшения, листовые материалы (ГВЛ, ГКЛ) для сухих методов строительства и отделки.

Сырье и основные компоненты

Основной составляющей цемента, которая определяет его свойства и прочность является клинкер. Его производят из глины (75 % состава) и известняка (25 % от общей массы). Чаще всего в качестве извести используется мел, так как он легко перетирается до состояния пыли, а также сильно распространён.

Его аналогом является мергель, который относят к переходному сырью, так как в его составе находится глина. Он отличается большим содержанием влаги и массой, которая приходится на его объем. Мергель считается природным клинкером, но из-за того, что его запасы сильно ограничены, то для больших промышленных предприятий его используют редко, чаще всего заменяя на искусственно сделанный клинкер.

В качестве замены известняка применяются ракушечник и осадочные ископаемые, так как в их составе содержится карбонат, а также их легко крошить до состояния порошка.

Пример того, как выглядит мергель Источник rockref.vsegei.ru

Вторым элементом клинкера является глинозём или глина. Чаще всего для создания цемента применяют породу, в состав которой входят минеральные вещества. Они увеличиваются в объёме после попадания на них воды. Так как делают цемент чаще всего из веществ, которые находятся недалеко от места производства, то в его состав могут входить даже отходы из других промышленных предприятий.

В качестве глины применяются суглинки, которые содержат пыль и песок. Они используются, как и мергель в качестве переходного вещества. Также для создания гранул клинкера применяются сланцы, которые расходятся на слои при сильном измельчении. Они содержат мало влаги, что позволяет быстрее их сушить и перемалывать.

Для включения в состав клинкера силиката или кварца применяются непластичные горные породы, которые имеют рыхлую структуру. Они отличаются тем, что имеют высокую пористость, а при крошении рассыпаются на мелкие зерна.

Пример силикатной породы Источник himya.ru

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 %.

Расшифровка маркировки цемента по новым нормативам

Кодирование информации о продукции по ГОСТ 31108-2003 основано на разделении видов цемента на 5 групп, обозначаемых римскими цифрами. Первые 3 буквы взяты из названия порошка — ЦЕМ.

У каждого объединения есть признаки, указывающие на особенности изготовления:

• I — портландцемент бездобавочный, состоит на 95-100% из цементного клинкера;
• II — эта группа подразделяется на подклассы А с добавками 6-20% и В — 21-35%. Здесь же находятся пуццолановые цементы, содержащие <20% пуццолана, и композитные, в которых присадки суммарно не превышают того же значения;
• III — шлакопортландцемент при содержании шлаков 36-65%;
• IV — пуццолановый цемент с добавкой 21-35%;
• V — композиционный порошок, включающий в состав 11-30% шлака и в тех же пределах пуццолан.

У каждой из присадок в обозначении своя буква: И — известняк, З — зола уноса, МК — микрокремнезем, К — композитная добавка, Г — глиеж, Ш — шлак, П — пуццолан. После следует цифра класса прочности, за ней буквы: Н — нормальное время твердения, Б — быстрое схватывание. Пример: шлакопортландцемент ЦЕМ III/А 32,5Н ГОСТ 31108-2003. Расшифровывается так: прочность цемента 32,5 МПа, он нормально-твердеющий, содержит 36-65% шлака.

Преимущества и свойства глиноземистого цемента

Отметим ключевые особенности и сильные стороны данного вяжущего вещества:

1. Высокая прочность и прекрасные вяжущие свойства после затвердевания, которые обеспечиваются алюминатами кальция. Затвердевание этого вещества происходит так же, как и затвердевание простого портландцемента. Однако в процессе набора прочности происходит обильное выделение тепла. Например, в первые 24 часа затвердевания выделяется 70% тепла, что сопряжено с определенной опасностью. При повышении температуры окружающей среды выше +30 градусов устойчивость цемента снижается в 2 раза.
2. После затвердевания глиноземный цемент приобретает свойства плотного искусственного камня, отличающегося устойчивостью к агрессивной внешней среде (атмосферные осадки, выветривание, коррозия, перепады температур, холодный ветер, обледенение, летний зной, химические вещества, деятельность бактерий). Однако, не рекомендуется смешивать его с гипсом, портландцементом или известью, иначе может произойти сокращение сроков затвердевания.
3. Затвердевание глиноземистого цемента начинается через 30 минут, а заканчивается через 12 часов. Срок схватывания аналогичен портландцементу, однако марочная прочность может проявиться всего через трое суток (у портландцемента – только через 28 суток).
4. Глиноземистый цемент может использоваться зимой, поскольку обладает высоким показателем тепловыделения;
5. Материал легко противостоит воздействию агрессивных жидкостных и газообразных сред;
6. Быстрое упрочнение массы после затвердевания;
7. Высокая огнеупорность;
8. Высокая плотность и прочность.