Камень из которого делают цемент. Вся правда о связующем звене: 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.

Если судить по масштабам применения в строительстве растворов и бетонов на основе минеральных вяжущих, кажется, что история искусственных камней на основе цементов насчитывает долгие века. Но по-настоящему отработанная технология производства и оптимальный состав цемента стали известны менее двух веков назад.

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 (CaSO 4 -2H 2 O) 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.

Гидравлические вяжущие вещества

Область применения воздушных вяжущих ограничена теми местами, где готовые конструкции не подвергаются воздействию влаги, в противном случае приходится применять гидрофобизирующие (водоотталкивающие) добавки или проводить гидроизоляционные мероприятия, поэтому применение гидравлических вяжущих более удобно и распространено шире.

К ним относятся вещества, образующие гидратные (молекула воды входит в кристаллическую решетку как составная часть) соединения, когда превращение в камневидное тело и дальнейший набор прочности могут происходить во влажной среде, а воздействие воды в ходе эксплуатации конструкций не приводит к их разрушению.

Растворы и бетоны для выполнения водостойких конструкций приготавливают на основе гидравлической извести (из осадочных известковых пород особого состава - мергелей) и портландцемента, причем именно последний придает монолитным и сборным элементам здания необходимую прочность, а известковые растворы применяются там, где нагрузки минимальны.

История цемента

Попытки преодолеть низкую водостойкость известковых и гипсовых составов предпринимались с древнейших времен. Цемент (caementum в переводе с латыни — дробленый, битый камень) появился путем добавления в известь различных минеральных веществ, обладавших гидрофобными свойствами. Для этого использовали размельченные остатки кирпичей из обожжённой глины, различные вулканические породы. Так, в состав цемента, который применялся строителями Древнего Рима, входили пуццоланы - отложения пепла знаменитого вулкана Везувия.

Эксперименты продолжались долгие века, пока потребность в большом количестве прочного и недорогого вяжущего вещества не заставила строителей выработать оптимальную технологию по его производству. Решающий вклад в такие исследования внесли русский военный техник Егор Челиев, издавший книгу о цементе для подводных работ (1825), и каменщик из английского Лидса Джон Аспдин, получивший патент на портландцемент (1824). Это название происходит от английского острова Портленд, расположенного в проливе Ла-Манш и состоящего из известковых пород. Камни из карьера, находящегося на этом острове, считались самым престижным строительным материалом в Англии. Полученный Аспдином искусственный камень был очень похож на него цветом и прочностью.

Интересно, что технология Челиева более соответствует тому, что теперь называется портландцементом, а цемент Аспдина изготавливался без принятого сейчас спекания исходного сырья.

Технология производства

Цементное вяжущее у разных производителей может отличатся исходным сырьем, но основные технологические операции идентичны. Первая стадия - подготовка исходного минерального сырья, т. е. несколько стадий размельчения известковых камней и глины, смешивание этих компонентов в нужных пропорциях. Из чего состоит цемент? Обычно это 3 весовых части известняка и 1 часть глины. Иногда используется осадочная горная порода - мергель, где данные компоненты содержатся в нужной пропорции.

"Сухой" и "мокрый" способ

Существует два способа получения нужного состояния смеси: "сухой" и "мокрый". Если влажность компонентов высокая, глина и мягкий известняк (мел) растворяются в воде, затем из этой суспензии, называемой сырьевым шламом, вода сильным нагревом (испарением) удаляется. Получается равномерная тонкоизмельченная смесь. Более экономичный способ - "сухой", где нет стадии доведения шлама до кипения, а смесь измельчается механическим способом.

Далее во вращающихся печах - цилиндрах диаметром около 5 м, длиной около 200 м, имеющих уклон для перемещения сырьевой массы в процессе обжига, происходит образование клинкера - окатанных гранул, появляющихся в процессе спекания смеси при температуре 1450 ⁰С в результате физических и химических взаимодействий.

Клинкер охлаждается и выдерживается до двух недель перед окончательной операцией - совместным измельчением с определенным количеством гипса, который добавляется для замедления процесса схватывания. Здесь окончательно формируется состав цемента, на этой же стадии вводятся различные минеральные добавки, придающие вяжущему нужные специфические свойства.

Химическая основа

Необходимые свойства самого популярного вяжущего определяет химический состав цемента. В результате технологической обработки сырья клинкер становится соединением различных химических веществ в виде четырех основных минералов:

Алит - трехкальциевый силикат - составляет большую часть клинкера - 50-60%. Присутствие в молекулярной решетке ионов марганца, алюминия и железа определяет прочность готовой растворной или бетонной смеси, набираемой в течении первых 28 суток.
Белит - двухкальциевый силикат - составляет 15-30%, и он - основа прочности, набираемой конструкцией в более поздние сроки.
Алюминатная фаза - трехкальциевый алюминат - 5-10%. Быстрая реакция алюмината с водой и возможное слишком быстрое схватывание требуют введения гипса, замедляющего этот процесс.
Ферритная фаза - четырехкальциевый алюмоферрит - 5-15 %

Меняя процентный состав этих фаз, вводя дополнительные компоненты, можно производить цемент, состав и свойства которого будут наилучшим образом соответствовать конкретной ситуации в ходе строительства.

Виды цемента

Шлакопортландцемент получается при добавлении к портландцементному клинкеру гранулированного шлака - побочного продукта выплавки чугуна в доменных печах. Применение шлака снижает стоимость, а состав цемента, произведенного по такой технологии, придает конструкциям, выполненным на его основе, повышенную устойчивость к воздействию воды с насыщенным минеральным составом, например, морской.

Быстротвердеющий - это цемент с преобладанием в клинкере алита и алюминатной фазы, отличается особо тонким помолом - всё это ускоряет набор прочности.

Сульфатостойкий портландцемент применяется для гидросооружений, подводные части которых подвергаются постоянному воздействию веществ, вызывающих сульфатную коррозию. Из чего состоит цемент, предназначенный для таких ответственных конструкций? В клинкерном сырье до минимума сведено присутствие трехкальциевого алюмината и белита.

Портландцемент с пониженным тепловыделением при наборе прочности необходим для изготовления конструкций большой массы и объема, когда тепло, выделяемое экзотермической реакцией твердения, может привести к образованию трещин. Состав такого цемента похож на сульфатостойкий.

Белый цемент

Изделия, выполненные с использованием белого цемента, обладают повышенными эстетическими качествами. Присутствие в исходном сырье окиси железа и окиси марганца придает готовому порошку характерный серо-зеленый цвет, соответственно, состав белого цемента предполагает минимальное присутствие таких солей и использование для исходного сырья светлых, каолиновых сортов глины.

Существует еще много видов цементного вяжущего, обладающего специальными качествами: гидрофобный, глинозёмистый, водонепроницаемый расширяющийся, напрягающий, пластифицированный, песчанистый и т. д.

Состав и прочность

Важнейшим показателем качества цемента является прочность изделий, изготовленных на его основе. ГОСТом установлены необходимые показатели, которые обозначаются особой маркировкой. Цифра означает предел прочности на изгиб и сжатие при лабораторных испытаниях стандартных образцов, на устойчивость к нагрузкам которых влияет и состав цемента. М400 означает, что образцы выдержали нагрузку в 400 кг/см² (или 40 Мпа).

Исследования показывают, что минеральный состав исходного сырья - важнейший фактор, влияющий на прочность цементных растворов и бетонов. Правильный подбор компонентов позволяет найти нужную пропорцию между скоростью набора прочности и конечной величиной устойчивости к нагрузкам, которая только увеличивается с течением времени. Состав цемента М500 позволяет создавать балки и плиты, способные выдерживать колоссальные нагрузки.

Сегодня в мире производится огромное количество цемента самого различного качества. Выбор сырья для него часто определяется экономическими факторами, и при правильном отношении к строительному процессу следует знать, из чего состоит цемент, который будет использоваться, чтобы сделать правильный выбор и быть уверенным в прочности и долговечности будущего дома.

Цемент входит во многие составы: бетон, железобетон, штукатурку, шпатлевку, кладочный раствор. Его применяют при возведении сложных конструкций, в подводном, подземном строительстве, для автоклавных материалов.

Говоря о столь востребованном стройматериале, сразу вспоминается однородная сыпучая смесь серого цвета. Однако определение будет неточным, если не дополнить – это искусственно полученное, неорганическое вяжущее вещество. При взаимодействии с водой он преобразуется в довольно пластичную массу, которая впоследствии затвердевает и становится камнеподобной. За способность набирать прочность при влажных условиях его относят к гидравлическим веществам.

Марка цемента – главенствующий показатель его крепости. Существует множество классов: М100, 150, 200, 250, 300 и даже М600. Но наибольшим спросом пользуются марки от М350 до 500. Числовое значение указывает, какую нагрузку способен выдержать 1 см2 затвердевшей композиции. Например, предел прочности М400 на изгиб и сжатие – 400 кг/см2.

Из чего делают материал?

Делают цемент из 2 основных элементов: гипса и клинкера. Под последним следует понимать продукт равномерного обжига сырьевой массы, состоящей из глины и известняка определенного состава, до спекания. Иногда в клинкере может дополнительно находиться мергель, нефелиновый шлам, доменный шлак. С введением минеральных добавок (до 15-20 % от массы) свойства несколько меняются. Самыми распространенными примесями-модификаторами являются: бокситы, пиритные огарки, пески, колошниковая пыль. Если содержание добавочных веществ превышает 20 %, получается пуццолановый цемент, не боящийся взаимодействия с сульфатными и пресными водами.

Состав вяжущего продукта обуславливается обжигом сырьевой смеси. Из известняка при определенных температурах образуются оксиды кальция, которые при дальнейшем нагревании вступают в сложную реакцию с компонентами глины. Как результат, формируются соединения, способные после тонкого помола и затворения водой твердеть и превращаться в камнеподобное тело.

Химический состав:

CaO – оксид кальция 67 %;
SiO 2 – диоксид кремния 22 %;
Al 2 O 3 – амфотерная окись алюминия 5 %;
Fe 2 O 3 – оксид железа 3 %;
посторонние элементы 3 %.

Разновидности цемента

Характеристики во многом зависят от содержания минеральных композиций и пропорций компонентов. В промышленном и частном строительстве наиболее востребованными составами считаются:

1. Портландцемент.

Представляет собой смесь тонкого помола гипса, цементного клинкера и корректирующих добавок (трепелы, опоки, пиритных огарков) с преобладающей долей силикатов кальция (вплоть до 80 %). Чем больше его механическая прочность, и чем скорее она достигается, тем качественнее считается материал. В связи с этим ПЦ, что характеризуется высоким ростом крепости, именуют быстротвердеющим. Сверхпрочным называют его при выдерживании максимальной нагрузки на сжатие и изгиб. Данные характеристики отражаются в маркировке. Используется почти во всех сферах, начиная от облицовки зданий и заканчивая массовым производством сборных бетонных/железобетонных конструкций. О таком показателе, как плотность цемента, читайте в .

2. Шлакопортландцемент.

Создается путем измельчения определенного количества гипса, клинкера и гранулированного шлака (обычно доменного – продукта, полученного при выплавке чугуна в печи). Технология изготовления вяжущего вещества подразумевает обязательное высушивание отхода от металлургического производства до влажности, не превышающей 1%. По окончании материал выходит не столь морозостойкий, как обычный цемент, да и твердеет он медленнее. Однако низкая стоимость и отличная сопротивляемость сульфатам делают его востребованным.

Сфера использования: приготовление бетонных смесей, стеновых блоков, всевозможных строительных растворов. Его позволительно применять при создании не только наземных сооружений, но и подземных, которые подвергаются воздействию минерализованных/пресных вод.

3. Глиноземистый.

Делают по проверенной технологии: глиноземом обогащают исходные компоненты – чистые известняки и бокситы. Под последними стоит понимать горные породы, чье содержание основывается на гидратах и примесях. Присуще преобладание в составе клинкера однокальциевого алюмината. Этим и обуславливаются главные характеристики: быстро схватываться, быть устойчивым к влаге, термическим воздействиям, в частности, открытому огню.

За счет водонепроницаемости часто используется в зимнее время. А благодаря высокой скорости затвердевания он незаменим при оперативных аварийных работах. Другая сфера – изготовление на его базе различных жаростойких бетонов.

4. Магнезиальный.

Ключевым отличием является то, что в качестве активного компонента здесь выступает оксид магния. Чтобы его получить, берется мелкодисперсный магнезит (или доломит), в дальнейшем подвергающийся прокаливанию. Сам по себе минерал при растворении водой почти не выявляет вяжущих свойств. Но после его разведения солями магния (сульфидом/хлоридом) итоговая смесь приобретает необходимые параметры и вполне подходит для строительных работ.

Славится хорошей адгезией к различным наполнителям, в том числе органического происхождения, прочностью, невысокой теплопроводностью. Благодаря столь уникальным качествам его допускается применять в производстве облицовочных плит, лестничных ступеней, перегородок, термоизоляционных изделий (пенно-, газомагнезитов). Но главная область – обустройство бесшовных монолитных полов.

5. Пуццолановый.

Технология получения базируется на использовании клинкера, активных добавок (пуццолана – смеси вулканического пепла, туфа, пемзы; обожженного сланца; золы уноса; микрокремнезема), доля от общей массы которых – 20-40 %. Могут включаться вспомогательные присадки. Гипс всыпается в количестве, нужном для регуляции сроков схватывания.

От классического состава пуццолановый разнится тем, что ему свойственно более высокое сопротивление к коррозии, сульфатным водам. Достаточно морозостоек, показывает минимальное тепловыделение в процессе твердения. За счет присоединения легких минеральных добавок он обладает меньшим удельным весом, но те же присадки способствуют повышению выхода цементного раствора. Чаще всего применяется для приготовления бетонных/железобетонных изделий в подземных/подводных конструкциях. Если же речь идет о наземных постройках в сухом климате, неуместно пускать в ход, поскольку он будет сильно уступать портландцементу.

Редко используемыми материалами являются романцемент (соединение клинкера с доломитизированным мергелем и гипсом) и кислотоупорные продукты на основе кварца/диабаза, чье затворение осуществляется не водой, а жидким стеклом. Белые и цветные составы, напротив, востребованы, но лишь в области архитектурно-отделочных работ.

Технология производства

Чтобы получить цемент, обращаются к следующим этапам:

нагреванию смеси гашенной извести и глины до температурных отметок + 1450-1480̊ С; по окончании данного процесса образуются нужные гранулы клинкера;
соединению промежуточного продукта (клинкера) с гипсом и их дальнейшему перемалыванию до приобретения порошкообразного состояния;
введению добавок и присадок (при необходимости), которые положительно повлияют на свойства.

При изготовлении вяжущего состава строго соблюдаются не только производственные процессы, но и подготовительные мероприятия, соотношение компонентов. После того, как цемент получит законченный вид, его транспортируют на склады, где он дожидается отправки потребителю.

Стоимость разных марок

На формирование итоговой цены влияют многие факторы:

расфасовка – в больших объемах приобретать выгоднее, поэтому неудивительно, что мешок весом 0,05 тонн обойдется дешевле в расчете за 1 кг, чем 5-ти килограммовая упаковка;
сезонность (активность периода) – весна/лето, часть осени – время, когда строительство и ремонты в самом разгаре, а, следовательно, удорожание вяжущих составов небезосновательно;
территориальная ценовая политика;
престиж производителя;
прочностные характеристики – главный аспект в определении стоимости: чем выше предел крепости цемента при сжатии, тем качественнее он будет, а его цена выше.

Цена в зависимости от марки за 50 кг, рубли
М100	М150	М200	М250	М300	М350

Статьи

Трудно представить себе область строительства, где не использовался бы цемент. Он необходим на всех этапах любого строительного процесса, начиная от обустройства фундамента и заканчивая внутренней отделкой помещений. До сих пор аналогов данного стройматериала еще не найдено, что свидетельствует об уникальных свойствах цемента.

Из чего делают цемент, описание

Цемент является измельченным порошком клинкера, в который введены модифицирующие добавки и наполнители. В сухом виде — это сыпучая однородная масса серого цвета. При разведении водой получается пастоподобный вяжущий состав, легко наносимый на любые шероховатые поверхности.

После застывания цемента образуется прочное соединение, не уступающее по своей плотности камню. Не зря искусственные камни производятся именно из цемента.

Химический состав и формула

При нагревании известняка и глины до температуры порядка 1450 градусов происходит изменение структуры данных материалов, в результате чего образуются гранулы клинкера. Эти гранулы смешивают с гипсом и перемалывают до состояния порошка. Химическая формула готового цемента выглядит следующим образом: 67 % оксида кальция (СаО), 22 % диоксида кремния (SiO2), 5 % окиси алюминия (Al2О3), 3 % оксида железа (Fe2O3) и 3 % прочих составляющих.

достаточно сложен и трудоемок. Он требует наличия специального оборудования и соблюдения технологических норм и условий.

Технические характеристики

Основной технической характеристикой является марка цемента . Обозначается она буквой «М» и цифровым показателем. Цифры указывают на максимальный показатель нагрузки в килограммах на определенный объем застывшего цемента, т.е. его прочность на сжатие.

На практике это означает вес, который может выдержать цемент без разрушения. Например, если он выдерживает вес 200 кг, то цементу присваивается марка М200.

На упаковке, помимо марки, указывается также процентный состав добавок . Он обозначается буквой «Д» и показывает из чего состоит данный вид цемента. Например, символы «Д10» означают, что в сухую смесь введено 10 % добавок.

Такие добавки вводятся для улучшения водонепроницаемости, устойчивости к коррозии, морозостойкости и других качеств цемента. Рассмотрим также другие характеристики цемента, на которые следует обращать внимание при производстве строительных работ.

М400 . Его прочность составляет 400 кг/см2. Это самая популярная марка цемента, используемая повсеместно для любых видов строительных и отделочных работ. Это строительство зданий, монолитное строительство, изготовление бетонных плит, блоков, лестничных конструкций, фундаментов, колодезных железобетонных колец, тротуарной плитки и целого ряда других изделий.

М500. Прочность составляет 500 кг/см2. Данная марка цемента характеризуется быстрым застыванием и высокими показателями прочности. Цемент используется для монолитного строительства высотных конструкций, изготовления несущих элементов, плит перекрытий, сборных конструкций из железобетона, балок, а также в других случаях, требующих повышенной прочности и долговечности сооружений.

Помимо марок, классов, типов и степени помола, , отличающихся между собой сочетанием отдельных компонентов и составом.

По ГОСТ. Производство общестроительных цементов должно быть основано на требованиях ГОСТ 31108-2003. Стандарт регулирует соотношение необходимых компонентов в составе сухой смеси и технологию изготовления цемента. Сюда не относятся составы специального назначения.

Активность. Это прочность отдельно взятого образца цементного раствора на сжатие. Полученные показатели активности специалисты сравнивают с нормативами и присваивают данному цементу соответствующую марку. Показатель активности зависит от нескольких факторов: активности клинкерных гранул, интенсивности помола, наличия добавок. Например, активные добавки существенно увеличат активность самого цемента.

Применение автоматического измерителя активности цемента ЦЕМЕНТ-ПРОГНОЗ:

Плотность. Наименьшая плотность фиксируется у свежеприготовленного цемента. На отдельные его частички действуют электростатические силы, отталкивающие частички от своих собратьев. Затем, в процессе перевозки и хранения, смесь слеживается и уплотняется.

Плотность также зависит от степени измельчения клинкерных гранул. При производстве расчетов показатель средней плотности цемента берется равным 1300 кг на кубометр. Но на практике плотность зависит от условий хранения материала.

Удельный и объемный вес. Удельный вес цемента определяется по соотношению его веса к занимаемому им объему. Это понятие необходимо для правильного составления пропорций цементных растворов. Удельный вес цемента может значительно разниться в зависимости от состояния смеси. Так, свежий порошок может иметь удельный вес порядка 1000 кг/куб, а слежавшаяся смесь — 1500 кг/куб.

Объемный вес рассчитывается по среднему показателю плотности цемента. Средний показатель плотности равен примерно 1300 кг/куб. Следовательно, мешок весом 50 кг будет иметь около 0,04 кубометра. Объемный вес увеличивается при слеживании или транспортировке цемента.

Срок годности. Цемент характеризуется ограниченными сроками годности. Производители гарантируют его сохранность при нормальных условиях в течение 2 месяцев. Если обеспечить герметичные условия хранения, то цемент может пролежать без проблем в течение года.

Следует учитывать, что чем выше марка хранимого цемента, тем быстрее он может потерять часть своих свойств. Так, цемент М500 после нахождения на складе с повышенной влажностью, уже через месяц будет соответствовать по качеству цементу М400, а через 2 месяца — М300.

Насыпная плотность. Это соотношение массы рыхлого цемента к его объему. То есть, это практически то же самое, что и удельный вес, если брать рыхлую смесь. Определяется она опытным путем. Цемент засыпается в мерную емкость с определенной высоты. После наполнения емкости производится взвешивание. Зная вес пустой емкости, определяют значение насыпной плотности. У свежих смесей данный показатель составляет около 1200 кг/куб. У слежавшегося цемента насыпная плотность равна около 1500 кг/куб.

Время застывания. Приготовленный цементный раствор через несколько часов схватывается и застывает. Летом этот процесс может произойти за 2-3 часа. В холодное время процесс схватывания затягивается до 10 часов. Так, при температуре 0 градусов раствор сможет затвердеть только спустя 20 часов. Ускорить или замедлить процесс застывания способны вводимые в раствор добавки.

С помощью цемента обустраивают фундамент, штукатурят стены, делают стяжку пола. Каждая из этих операций требует , который в любом случае должен быть качественно приготовлен.

Тонкость помола. Чем меньше размер измельченных цементных частиц, тем быстрее раствор твердеет, и тем надежнее он будет в застывшем состоянии. Тонкость помола напрямую зависит от используемого для этого оборудования. Рекомендуемый размер частиц должен составлять от 40 до 80 мкм.

Сертификат соответствия

Сертификация цемента в России производится по ГОСТ 10178-85, 30515 97, но более часто по ГОСТ 31108-2003. Все крупные российские предприятия уже перешли на новый ГОСТ 31108-2003, который был принят в 2004 году. В нем прописаны более жесткие критерии качества цемента, а также его испытаний. Новые требования полностью соответствуют нормам европейского качества.

Чем отличается цемент от бетона

Цемент является сухой смесью, которая используется именно для приготовления бетонного раствора. Бетон — это застывший искусственный камень, состоящий из цемента, воды и наполнителей. В качестве наполнителей обычно используется гравий, песок, отсев, шлак, керамзит и другие материалы. До момента застывания бетон представляет собой подвижную бетонную смесь.

Не только в строительных и ремонтных работах. Если требуется что-то сделать основательным и крепким, без цемента не обойтись.

Класс прочности цемента и методы испытания на прочность

Согласно ГОСТ 31108-2003 такой термин как «марка цемента» преобразован в термин «класс прочности». Поэтому цифровая маркировка цемента и означает его класс прочности.

Испытания цемента на прочность выполняются в заводских лабораторных условиях с использованием современного оборудования и прогрессивных методов анализа. При этом определяются тонкость помола, густота разведенного водой цементного теста, сроки схватывания цементного раствора. Также определяется предел прочности на сжатие или изгиб затвердевших образцов.

Определение нормальной густоты цементного теста в виртуальной лаборатории:

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