Как делают цемент
Технология изготовления заключается в получении и последующем измельчении . Так называются гранулы, которые являются промежуточным продуктом производства. Их состав всегда неизменен. Это известняк и глина, смешанные в пропорции 3:1. В природе существует минерал, полностью идентичный по составу клинкеру. Он называется мергель. Однако его запасы ограничены и не могут обеспечить потребность производства.
Поэтому на заводах используется искусственный аналог мергеля. Для его получения необходимые ингредиенты тщательно смешиваются в больших емкостях специальными барабанами. Подготовленная таким образом масса подается в , где обжигается около четырех часов. Температура процесса составляет порядка 1500 о С. В таких условиях порошок начинает спекаться в небольшие гранулы. После остывания клинкерные зерна направляются на помол. Их измельчают в больших барабанах с шаровыми ситами грохотами
На этом этапе важно размолоть гранулы и получить порошкообразный продукт определенных размеров. Помол определяется размерами ячеек сита
Полученный порошок смешивается с необходимыми добавками, которые определяют марку и свойства продукта.
Несмотря на общую технологию, для производства состава в зависимости от свойств сырья могут использоваться три способа.
Сухой способ
Этот метод позволяет значительно сократить время и затраты на изготовление цементной смеси. Он предполагает несколько этапов:
- Сырье дробится до получения зерен мелкой фракции.
- Подготовленные гранулы сушатся до достижения нужной влажности. Это делается, чтобы облегчить последующие операции.
- Ингредиенты смешивают в определенных пропорциях. После чего измельчают, получая муку.
- Порошок подается во вращающуюся , где обжигается, но не спекается в гранулы.
После остывания готовый продукт направляется на склад или на участок фасовки.
Сухой способ считается наименее энергозатратным, а потому очень выгоден для производителей. К сожалению, он применим не для всех категорий сырья.
Несмотря на то, что чаще всего при проведении ремонтно-строительных работ используется цемент заводского производства, довольно часто встает вопрос о его самостоятельном изготовлении. Чаще всего сделать цемент своими руками – более удобное и выгодное решение, чем приобретение уже готового материала. Существует несколько методик, как сделать цемент своими руками правильно.
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:
- Каменщик Джон Аспинд, который в 1824 г. получил патент на портландцемент.
- 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.
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.
Это необходимо для дальнейшего их смешивания в разных пропорциях и по определенной технологии, чтобы производить цемент разных марок.
Качества любого искусственного вяжущего определяются его способом изготовления и процентным содержанием сырьевых компонентов. Цемент не является исключением, из всех видов он относится к самым сложным. Это вещество получают путем измельчения до порошкообразного состояния гипса и обожженного однородного многокомпонентного клинкера и соединения их со специальными добавками. В итоге свойства и сфера применения вяжущего зависят от соотношения этих веществ между собой, температуры обработки и тонкости помола.
Состав
Полная химическая формула стройматериала довольно сложная. Он содержит следующие вещества:
- кальциевый оксид в количестве 67%;
- кремниевый диоксид в объеме 22%;
- алюминиевые окиси порядка 5%;
- оксид железа, содержание которого составляет 3%;
- модифицирующие компоненты – не более 3%.
Основу стройматериала составляют следующие ингредиенты:
клинкер, произведенный из глины и известняка. От качества клинкера зависят прочностные свойства. Клинкер – это главный компонент, произведенный при нагреве известково-глинистого состава во вращающейся печи. При обжиге плавится глиносодержащее сырье и известняковые материалы с образованием гранул, насыщенных кремнеземом. Затем производится повторный отжиг и дробление клинкера до пылеобразного состояния;
До сих пор аналогов данного стройматериала еще не найдено, что свидетельствует об уникальных свойствах цемента
- компоненты минерального происхождения. Введение специальных добавок расширяет сферу применения, повышает эксплуатационные характеристики, придает необходимые свойства. Добавляются гранулированные шлаки, измельченные сланцевые материалы, пуццолановые ингредиенты и измельченная известь. В нормативных документах, регламентирующих состав стройматериала, имеется информация о содержании в минеральных компонентах различных химических веществ;
- специальные добавки и вспомогательные компоненты, содержащие сульфат кальция. Добавление данных ингредиентов не оказывает влияния на скорость поглощения влаги и продолжительность использования рабочей смеси. Изменение концентрации кальциевого сульфата, входящего в состав модификаторов, позволяет регулировать в необходимых пределах продолжительность процесса гидратации. Для этого производится добавление гипсового порошка.
Кроме указанных основных составляющих, вводятся специальные присадки, повышающие устойчивость цементного состава к высокой температуре, воздействию кислот, щелочей, агрессивных сред. Добавки также повышают влагостойкость, улучшают адгезию со стальной арматурой, а также влияют на подвижность цементного раствора.
В сухом виде — это сыпучая однородная масса серого цвета
Виды и свойства цементных растворов
В чистом виде цемент не используется по двум причинам:
Это слишком дорого.
В процессе гидратации он уменьшается в объеме в два-три раза, как минимум. Из-за чего скрепляемые им конструкции могут разрушиться или деформироваться.
-
Для компенсации этих негативных факторов цемент смешивается с балластным веществом, называемым наполнителем. При этом он сам считается связующим или вяжущим, потому что в контакте с водой алит активируется и происходит его поверхностная диффузия с окружающими его веществами.
То, что принято называть раствором есть смесь из трех (как минимум) ингредиентов: цемент + балласт + вода. Последнее является активатором. В сухом виде смесь может храниться годами, но срок этот уменьшается из-за свойства гигроскопичности — способности поглощать воду из воздуха.
В качестве наполнителя для кладочных работ в цемент добавляют песок с размером фракций 1,5-1,7 мм. Его добывают в карьерах. Более мелкий речной для таких целей непригоден, поскольку он не обеспечивает нужной механической сцепляемости компонентов смеси.
Еще одним предназначением наполнителя является приближение физических свойств вяжущего к тем, что обладают скрепляемые им вещества. Например, песок имеет те же показатели теплового расширения, что и кирпич. Что делает конструкцию монолитной после окончания реакции гидратации.
Свойства раствора зависят от соотношения частей. В основном, от количества наполнителя и связующего. По этому признаку они бывают трех видов:
Жирные.
Нормальные.
Тощие.
Жирные растворы, в которых соотношение вяжущего и наполнителя 1:1 или 1:3, применяются лишь для обмазочных работ и то по арматурной сетке. Потому что в процессе отверждения они сильно усаживаются и трескаются. С кельмы или лопаты они сходят плохо, оставаясь на ней в большом количестве.
Нормальное соотношение — это пропорции от 1:4 до 1:6. Такие растворы применяют для кладки стен и других конструктивных элементов. А также настенной и напольной плитки. При сходе с кельмы они оставляют на ней заметные, но небольшие по толщине следы.
Тощие растворы — от 1:8 и большим количеством наполнителя. Их применяют для оштукатуривания и формирования покрытий, не несущих больших нагрузок. На металле они практически не оставляют следов.
Цементные растворы так же маркируются. Это зависит от соотношения весовых частей. Чем больше балласта, тем ниже марка. Например, на одну весовую часть цемента М300 добавляем три весовых части песка — получаем раствор М75.
При выборе марки раствора надо учитывать предстоящие условия эксплуатации и тип конструкции. Для кладки стен коттеджа из силикатного кирпича в большей степени подходит сорт М75. Для обожженного клинкера — М100. Марки с цифрами свыше ста применяются в индустриальном домостроении, и при возведении многоэтажных зданий.
Фактор, влияющий на применимость цементного раствора
Есть еще одно свойство цементного раствора, которое надо учитывать. Это его пластичность, также называемая «укладываемость». Если приготовленная смесь «черствая», то ее очень неудобно раскладывать, она практически не прилипает к кирпичу.
Пластичность определяется опытным путем. Для этого в раствор опускают металлический конус весом 0,3 кг. После чего измеряют глубину погружения. Для красного полнотелого кирпича оптимальным является значение 15 см, причем летом пластичность лучше делать чуточку большей.
Этот параметр можно регулировать двумя способами:
Добавлением воды сверх нормы.
Вводом в наполнитель пластификаторов.
Они оба требуют большого практического опыта. В качестве пластификатора можно использовать гашеную известь. Некоторые каменщики используют даже стиральный порошок. Однако лучшим вариантом является применение готовых пластификаторов заводского производства.
Если при кладке кирпича пластичность желательна, но не так уж и важна, то при штукатурных работах она крайне необходима. В некоторых случаях в раствор вводят синтетические смолы (акрил) и добавляют армирующие волокна для получения декоративного эффекта.
Из чего делают цемент
Обычно заводы по производству цемента строят там, где находятся залежи известняка и других пород, которые используются при создании клинкера. Главными природными элементами, из которых делают цемент, являются:
- ископаемые карбонатного типа: кристаллические породы, поддающиеся обжигу;
- глинистые материалы, а также горные породы осадочного характера минерального происхождения. Сырьё характеризуется вязкостью, применяется при сухом методе производства.
Комментарий
Руководитель бригады ремонтно-строительной компании “Дом Премиум”
“При выборе цемента обращайте внимание на такой показатель, как тонкость помола. Чем мельче структура порошка, тем крепче будет смесь
Карбонатные породы
Какие карбонатные породы используются при производстве цемента:
- мел
(вариация известняка) – легко подвергается обработке, дёшев и универсален; - мергель
, или мергелистый известняк. Плюс этих пород в том, что в них находится достаточное количество влаги, кроме того, они содержат необходимые частички глины; - известняковое сырьё
, ракушечники, отличающиеся отсутствием включений кремния. Порода обладает пористой структурой, легко разрушается под воздействием сжимающих усилий; - карбонатные породы
. Они характеризуются ценными физическими свойствами.
Глинистое сырьё
К глинистым породам относятся:
- глина
, содержащая минеральные включения, разбухающие при добавлении воды; - суглинки
− разбавлены песчаной фракцией; - сланцы
– прочные глинистые породы; - лёсс
– неэластичная пористая порода с включением кварца.
Корректирующие добавки
Кроме минерального сырья, при производстве цемента используются специальные пластификаторы. Чаще всего используют добавки на базе ископаемых, содержащих плавиковый шпат, а также апатиты.
Как делают белый цемент
Отличие белого цемента также заключается в составе. В нем содержится меньше железа, чем в сером, а еще присутствуют добавки:
- минеральные,
- гипс,
- соли,
- известняк и пр.
Исходным сырьем для изготовления белого цемента служат глинистые или карбонатные породы. Главное преимущество вяжущего – его белоснежный цвет, которая повышает декоративные свойства цементной смеси. Из-за этого белый цемент часто еще называют декоративным. В то же время ввиду более сложной технологии производства материал имеет более высокую стоимость.
Видео: как и из чего делают цемент
Для замешивания цементного раствора необходимо соблюдать пропорции его составляющих. На 1 часть цемента приходится 3 части песка. Вода же добавляется в зависимости от того, насколько пластичный или вязкий нужно получить раствор. Также пропорции выбираются с учетом типа работ и марки цемента. К примеру, для приготовления раствора на стяжку пола пользуются пропорциями из таблицы:
Сначала между собой смешивают сухие фракции, т. е. цемент и песок. Только потом начинают небольшими порциями добавлять воду, постепенно доводя состав до нужной консистенции. В качестве наполнителя можно использовать не только песок, но еще и гравий или щебень.
Классы раствора для разных типов работ:
- М50 или М100 – для штукатурных работ;
- М50 или М100 – для возведения кирпичной кладки;
- М100 или М200 – для стяжки пола;
- М200 или М300 – для фундаментов и оснований.
Для замешивания раствора необходимо использовать специальный поддон или бетономешалку. Последняя позволяет получить смесь наиболее однородной консистенции.
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.
Исторические сведения
- романцемент – преобладание белита, в настоящее время не производится;
- портландцемент – преобладание алита, наиболее широко распространен в строительстве;
- глинозёмистый цемент – преобладание алюминатной фазы;
- магнезиальный цемент (Цемент Сореля) – на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
- смешанные цементы – цементы, получаемые путем смешения вышеприведенных цементов с воздушными вяжущими, минеральными добавками и шлаками, обладающими вяжущими свойствами.
- кислотоупорный цемент – на основе гидросиликата натрия (Na 2 O·mSiO 2 ·nH 2 O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия , затворяется водным раствором жидкого стекла.
В подавляющем большинстве случаев под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера. В конце ХХ века количество разновидностей цемента составляло около 30.
По прочности цемент делится на марки, которые определяются главным образом пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40*40*160 мм, изготовленных из раствора цемента состава 1 к 3 с кварцевым песком. Марки выражаются в числах М100 – М600 (как правило с шагом 100 или 50) обозначающим прочность при сжатии соответственно в 100-600 кг/см2 (10-60 МПа). В настоящее время цемент марки М300 и менее не выпускается. Цемент с маркой 600 благодаря своей прочности называется «военным» или «фортификационным» и сто́ит заметно больше марки 500. Применяется для строительства военных объектов, таких как бункеры, ракетные шахты и т.д.
Также по прочности в настоящее время цемент делится на классы. Основное отличие классов от марок состоит в том, что прочность выводится не как средний показатель, а требует не менее 95% обеспеченности (то есть 95 образцов из 100 должны соответствовать заявленному классу). Класс выражается в числах 30-60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).
Время высыхания
Время застывания цементного раствора напрямую зависит от температуры окружающей среды и толщины покрытия. Чем толще слой стяжки и ниже столбик термометра, тем дольше будет сохнуть смесь.
Рассмотрим время застывания при благоприятных условиях:
- 2–4 часа – схватывание раствора;
- 12–24 часа – неполное затвердевание цемента, по нему можно ходить, но выполнять отделочные работы не рекомендуется;
- 10–14 дней – полная просушка покрытия, после которого можно приступать к отделке поверхности плиткой или другим материалом.
Условия застывания легче всего соблюсти внутри помещения – при стяжке пола, штукатурке и других отделочных работах. В квартире отсутствуют перепады температуры, поэтому раствор застывает равномерно и быстро.
Как приготовить цемент при низкой температуре
Идеальная температура для заливки цементного раствора – +200С и выше. Но такие условия не всегда удается создать при строительстве и внешней отделке здания. При минусовой температуре, бетонный раствор ложится комками, а вода в составе превращается в лед. Это напрямую влияет на качество покрытия.
В строительстве существует несколько приемов, которые помогают избежать порчи цементной смеси при минусовых температурах:
- Специальные противоморозные добавки в состав;
- Подогрев воды и песка при смешивании бетона;
- Электрический нагрев покрытия;
- Укрытие заливки тентом и утепление опалубки.
Для кладки при минусовой температуре (до -7°C) нужно использовать цементный раствор (в соотношении цемента к песку – 1:4) или цементно-кальциевый (1:1:6 – цемент, кальций, песок). Раствор должен быть густо-пластичным, то есть содержать небольшое количество воды.
Сделать электроподогрев бетона своими руками очень сложно. Для этого к поверхности подводят нагревающиеся электрокабели, которые передают тепло бетонному покрытию.
Легче всего утеплить поверхность цемента на открытом воздухе при помощи натянутого тента. Эта конструкция будет удерживать тепло при небольших заморозках.
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:
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
На сегодняшний день невозможно представить строительство какого-нибудь объекта без использования цемента. Его применяют на всех этапах строительного процесса. Без него невозможно выполнить фундамент, кладку стен, а также внутреннюю и внешнюю отделку. До настоящего времени не было изобретено аналогов этого стройматериала, что говорит про уникальные свойства цемента. А знаете ли Вы из чего состоит цемент?
