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.

Группы цементов по составу

Главными компонентами являются оксиды алюминия, кальция и кремния, при затворении водой они образуют химические соединения, упрочняющиеся при затвердевании во влажной среде. Общие требования регламентируются ГОСТ 30515-2013, согласно этому межгосударственному стандарту все цементы классифицируются на группы, различающиеся по виду клинкера на портландцементные, глиноземистые и смешанные (ПЦ и сульфатоалюминаты). В первом случае типичный состав содержит CaО (67%), SiO 2 (22%), Al 2 O 3 (5%), Fe 2 O 2 (3%) и до 3% посторонних веществ.

Для производства глиноземистых и высокоглиноземистых цементов в качестве сырья используются бокситы и известняки (преобладает доля низкоосновных алюминатов кальция, процентное содержание Al 2 O 3 возрастает до 50 %). Соотношения остальных компонентов у них зависят от целевого назначения и варьируются в следующих пределах: СаО – 35-45 %; А1 2 О 3 – 30-50 %; Fe 2 O 3 – 0-15 %; SiO 2 – 5-15 %. Для изготовления сульфатсодержащих смесей используются клинкеры на основе ферритов кальция.

В зависимости от пропорций компонентов и вещественного состава выделяют следующие востребованные в частном и промышленном строительстве группы:

• Портландцементы – самая популярная разновидность, представляющая смесь тонкого помола клинкера с преобладающей долей высокоосновных силикатов кальция и гипса. Сырьем служат известняк (до 78%) и глина (до 25%).
• Глиноземистые, изготавливаемые путем помола сырья из бокситов и известняков, обожженных или расплавленных до однородного состояния. Эти виды характеризуются высокой скоростью затвердевания, их используют как в качестве самостоятельного вяжущего, так и для производства специальных марок: водонепроницаемых, расширяющихся, напрягающихся. Из-за повышенной твердости клинкера они проигрывают портландцементу в энергозатратности и себестоимости.
• Шлакопортландцементы – с долей доменного, электротермофосфорного или топливных шлаков от 36 до 65%.
• Пуццолановые, с добавлением к продуктам помола ПЦ клинкера активных минеральных добавок. Их пропорция достигает 40%, из-за образования химических реакций с зернами цемента они имеют отличные от обычных марок свойства.
• Смешанные – получаемые путем совместного помола клинкеров разных видов или вводом многокомпонентных минеральных смесей (например, шлака и золы-уноса).

К реже используемым видам относят романцемент (соединение помола ПЦ клинкера и известняковых и магнезиальных мергелей, не производится промышленных масштабах), магнезиальные (затворяемые солевыми растворами, характеризующиеся высокой скоростью схватывания и стойкостью к механическим нагрузкам после застывания) и кислотоупорные составы на основе кварца, разводимые жидким стеклом.

Химический состав цементов разных групп

Пропорции клинкера и остальных компонентов:

Наименование	Вещественный состав сухой смеси, %			Минералогический состав клинкера, в % по массе
	Доля клинкера	Доля гипса	Другие добавки
Обычный ПЦ	До 80	1,5-3,5	Минеральные примеси – до 20%	ЗСаО х SiO 2 – 45-67 2CaO х SiO 2 – 13-35 ЗСаО х Al 2 O 3 – 2-12 4СаО хAl 2 O 3 х Fe 2 O 3 – 8-16
Гидрофобный	До 90	—	Мылонафт, олеиновые кислоты – до 0,05
Тампонажный		—	Активная минеральная добавка – до 25 инертная – до 10 шлак – до 15 песок – до 10 пластификаторы – 0,15
Шлако-портландцемент	40-70	До 3,5	Гранулированный диатомитовый шлак – 30-60
Пластифицированный	До 90	—	пластификаторы – 0,15-0,25
Быстротвердеющий	90	1,5-3,5	Активная минеральная добавка – до 10	ЗСаО х SiO 2 и ЗСаО х Al 2 O 3 – до 65 2CaO х SiO 2 и 4СаО хAl 2 O 3 х Fe 2 O 3 до 33
Высокопрочный	90	1,5-3	—	ЗСаО х SiO 2 – до 70 ЗСаО х Al2O 3 – 8
Декоративный (белый цемент)	80-85	—	Диатомит – 6 Инертная минеральная добавка – 10-15	3CaO х SiО2 – 45-50 2CaO х SiO2 – 23-37 ЗСаО х Al2O3 – до 15 4СаОхAl 2 O 3 хFe 2 О 3 – до 2
Пуццолановый сульфатостойкий	До 60	До 3,5	Породы осадочного происхождения – 20-35 Лава, обожженная глина, топливная зола-унос – 25-40	ЗСаО х SiO 2 — до 50 ЗСаО х Al 2 O 3 – 5 ЗСаО х Al 2 O 3 и 4СаОхAl 2 O 3 хFe 2 О 3 – 22
Сульфатостойкий	До 96	До 3,5	—
Глиноземистый	99		1	Точные пропорции зависят от назначения СаО·Аl 2 О 3 – преобладающая доля 2СаО·Аl 2 О 3 ·2SiO 2
То же, расширяющийся	До 70	20	Бура – 10
Напрягающийся	Клинкер ПЦ – 65-70 Глинозем – 13-20	6-10		Совместный помол глиноземистого и портландцементного клинкера

Сфера применения и основные свойства разновидностей приведены ниже:

Наименование	Оптимальная область использования, преимущества	Ограничения, возможные недостатки
Портландцемент	Монолитные и сборные бетонные и ж/б конструкции, изготовление растворов, дорожное строительство	Окончательный набор прочности – через 28 дней
ЩПЦ	Массивные сооружения, подвергаемые воздействию пресных и минерализованных вод. Характеризуется повышенной сульфатостойкостью	Медленное затвердевании в начале, низкая морозостойкость
Пуццолановый	Подземные и подводные конструкции, подверженные агрессивному воздействию сульфатных вод	Не рекомендуются для объектов с перепадами уровня влажности, при риске частых промерзаний или твердении раствора в сухих условиях
Глиноземистый	Производство жаростойких строительных смесей, быстротвердеющих или аварийных бетонов	Не используются для заливки массивных конструкций, максимально допустимая температура окружающего воздуха на начальной стадии затвердевания составляет +25 °C
Напрягающий	Изготовление тонкостенных изделий, напорных ж/б труб, гидроизолирующих покрытий	Зависят от марки, возможны ограничения в температуре эксплуатации. Единственным недостатком является сложный процесс производства, и как следствие – высокая цена

Основные марки

Вид выбранного вяжущего определяет пропорции и свойства строительных смесей. Важно заранее проверить, из чего состоит цемент, величину его водопотребности, размеров зерен и сроки схватывания. Главным критерием качества является прочность на сжатие, в лаборатории она определяется для изделий из ЦПР, смешанного в соотношении 1:3 и затвердевающего в нормальных условиях в течение 28 дней. В зависимости от выдерживаемого давления выделяют группы от 100 до 600 кг/см 2 . Из них в частном строительстве наиболее востребованы марки от М300 до М500, но бывают и исключения.

Следующим фактором идет процентное соотношение добавок к клинкеру, у стандартных видов максимум составляет 20%. Маркировка этого показателя обозначается буквой «Д», идущее за ней число характеризует долю минеральных примесей (пример: ПЦ М400 Д0 указывается для портландцемента с прочностью на сжатие не менее 400 кг/см 2 без добавок). Приведенная маркировка соответствует ГОСТ 10178-85, помимо вышеперечисленной она включает информацию о дополнительных свойствах (обозначается только при их наличии), также зависящих от состава клинкера и введенных добавок. Из них наиболее востребованы:

• Н – нормированный;
• Б – быстротвердеющий;
• СС – сульфатостойкий;
• ВРЦ – расширяющийся водонепроницаемый;
• ПЛ – с пластификаторами;
• БЦ – белый (декоративный) цемент.

С 2003 г вступил в силу ГОСТ 31108 (соответствующий евростандартам), согласно которому вначале указывается состав с примечанием о наличии или отсутствии добавок (II или I). Все варианты с минеральными примесями разделяются на две группы: А – с процентным содержанием от 6 до 60%, Б – от 21 до 35%. Тип добавки обозначают римскими цифрами. Последними идут класс прочности и норма сжатия материала. Стандартный диапазон для общестроительных смесей варьируется от 22,5 до 52,5 (соответствует марке от М300 до М600). Для исключения ошибок рядом с маркировкой всегда указывается ГОСТ, введение цемента осуществляется со строгим соблюдением пропорций.

Выполняет функцию вяжущего вещества. От его качества зависит окончательная прочность бетонного изделия. Многих начинающих строителей интересует вопрос про цемент – из чего делают, и от чего зависят его качества? Материал получают в процессе разрушения клинкера, гипса и добавок. Клинкер – это основное вещество в составе цемента, получающееся после спекания сырья, основу которого составляют глина и известняк. В составе могут присутствовать мергель, шлак из доменных печей, нефелиновый шлам.

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 %.

Пропорции химических веществ в цементном растворе могут отличаться, но обычно в пределах указанных значений.

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 . 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.

Виды цемента

В зависимости от того, из чего сделан цемент, материал различается по группам. Каждый вид обладает особыми техническими характеристиками.

Сегодня производится множество видов цемента

На основании материала изготовления выделяют группы:

• известковый;
• мергелистый;
• глинистый. Рекомендуется внесение вспомогательных компонентов цемента, боксита и шлака для , огне- и морозоустойчивости.

Преимущественно производство цемента включает соединения карбона и глины, но в отдельных видах выполняется внесение искусственных веществ (шлаков, отходов металлургии и химического производства) и естественных компонентов (глинозема).

Цемент делят на следующие виды:

• портландцемент. Отличается высокой скоростью затвердевания, включает 10–15 % минеральных веществ. В основу портландцемента закладывается гипс и клинкер, которые проходят обжиг при температуре 1500 °С. Его активно используют в современном строительстве благодаря способности создавать монолитные конструкции при смешивании с водой;
• шлакопортландцемент. В составе присутствуют те же компоненты, а также доменные шлаки;
• гидравлический;
• напрягающий – быстро схватывается и застывает;
• тампонажный. Применяется для создания бетонных конструкций в сфере газо- и нефтедобычи;
• декоративный, отличается белым цветом;
• сульфатостойкий. Главные отличия сводятся к низкой скорости застывания и высокой устойчивости к минусовым температурам.

Различают портландцемент и шлакопортландцемент

Сферы использования

Бетон применяют в строительстве повсеместно, его область применения практически не ограничена. С помощью цементного раствора создают железобетонные конструкции, заливают фундаменты, балки, основания и другие части сооружения. В последнее время популярно изготовление монолитных построек, где стены, основа и крыша выполнены полностью из бетона, не считая кровельных и отделочных материалов.

Что делают из цемента:

• несущие стены, колонны, перегородки;
• плиты перекрытий;
• фундамент, стяжка, ;
• различные плиты, стеновые блоки и т. д.

Состав

На практике процедура изготовления материала не слишком сложна, а химические вещества представляются в виде распространённых природных ресурсов. Правила, как делают цемент, приблизительно одинаковые для всех марок, в основе всегда известняк и глина.

Основные компоненты состава:

• клинкер. Чаще всего концентрация известняка в клинкере в 3 раза превосходит количество глины, что определяет показатели прочности. Вносится в форме гранул с размерами до 60 мм. Компонент подвергают термообработке при температуре 1500 °С. В процессе расплавления появляется масса с большим количеством кремнезёма и кальциевым диоксидом;

Прочность. Это параметр, который отвечает за разрушение материала под воздействием определенных условий

• гипс влияет на скорость гидратации цемента. Стандартно в состав добавляется до 6 % компонента;
• различные вспомогательные добавки. Присадки используются для увеличения пластичности состава, повышения устойчивости к холодам, ускорения застывания. Благодаря наличию добавок цемент можно применять в более широком спектре работ.

Процесс изготовления

Важно точно знать, как делают цемент и из чего, это поможет правильно понимать свойства материала и обеспечит высокое качество конструкции.

Рассмотрим поэтапно цемент как делают:

1. Перемешивание всех компонентов для создания клинкера. В его состав вводится 75 % известняка и 25 % глины.
2. Обжиг при воздействии высокой температуры, процедура помогает сформировать клинкер. Глина с известью соединяются при нагреве до температуры 1450 °С и выше.
3. Разрушение материала для создания пылеобразной фракции. Измельчение выполняется шаровыми мельницами – это барабаны с горизонтальным размещением, внутри их располагаются металлические шары, которые разрушают твёрдые, крупные частицы клинкера. По мере снижения фракции увеличиваются технические характеристики и марка состава.

Заключение

Отличительными чертами цемента являются долговечность, относительно быстрый процесс застывания, устойчивость к внешней среде, лёгкость приготовления и использования. После застывания получается высокопрочный материал, который способен удерживать многоэтажные здания с минимальным износом и низким риском деформаций.

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:

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

1. нагреванию смеси гашенной извести и глины до температурных отметок + 1450-1480̊ С; по окончании данного процесса образуются нужные гранулы клинкера;
2. соединению промежуточного продукта (клинкера) с гипсом и их дальнейшему перемалыванию до приобретения порошкообразного состояния;
3. 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:

1. 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;
2. сезонность (активность периода) – весна/лето, часть осени – время, когда строительство и ремонты в самом разгаре, а, следовательно, удорожание вяжущих составов небезосновательно;
3. территориальная ценовая политика;
4. престиж производителя;
5. 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

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

При возведении объектов промышленного назначения, строительстве жилых домов, производстве отделочных и ремонтных мероприятий используются различные строительные смеси. Они включают цемент, являющийся вяжущим веществом. Он обладает уникальными характеристиками и, несмотря на появление новых стройматериалов, не имеет аналогов до настоящего времени. В рамках небольшой статьи сложно рассказать все о цементе. Вместе с тем попытаемся предоставить развернутую информацию о составе, свойствах, разновидностях и технологии производства.

Что такое цемент

Многие слышали слово «цемент». Определение этого термина можно найти в специализированных источниках. Незаменимый в строительной отрасли цемент – это сухое порошкообразное вещество неорганического происхождения. Он изготавливается путем высокотемпературного обжига известково-глиняной смеси, содержащей данные компоненты в определенных соотношениях. Полученный стройматериал обладает особыми эксплуатационными характеристиками.

При добавлении воды он меняет свойства:

• стает вязким (пастоподобной консистенции);
• приобретает темно-серый оттенок;
• ускоренно набирает твердость в воздушной и влажной среде;
• превращается в камень искусственного происхождения.

Неоднократно убедились все, кто использовал цемент, что это достаточно прочный стройматериал. Искусственный монолит по твердости не уступает природному камню.

Трудно представить себе область строительства, где не использовался бы цемент

Стройматериал имеет древнюю историю. В источниках отсутствует достоверная информация про цемент. Кто изобрел его первым, – неизвестно. Историки также затрудняются дать однозначный ответ на вопрос, где был изобретен цемент. В результате раскопок и научных исследований неоднократно изучался древний цемент. Когда изобрели его? Ученые пытались ответить на этот вопрос. Они пришли к заключению, что материал появился задолго до нашей эры. Это подтверждают найденные в разных странах образцы. Они содержали гипс, известь и даже вулканический пепел.

На протяжении тысячелетий изменялись методы изготовления цемента. Постепенно утратили актуальность связующие вещества, обладающие пониженной прочностью. На смену им пришел клинкер, полученный путем обжига, а также специальные модифицирующие компоненты.

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

Основные характеристики

Использование цемента связано с его свойствами. Действующий стандарт регламентирует следующие характеристики:

• прочностные свойства. Они изменяются для цементных составов различных марок. Прочность определяется лабораторным методом путем сжатия эталонного образца застывшей смеси. Контроль прочности согласно требованиям нормативного документа производится в три стадии: через двое суток, а также через одну и четыре недели после заливки. Величина параметра измеряется в мегапаскалях. Цифровое значение прочности соответствует марке цементного состава;
• продолжительность схватывания. Параметр характеризует временной промежуток, в течение которого изменяются пластические характеристики цементной смеси. Правильно приготовленный раствор начинает застывать через пару часов после заливки в жаркое время года. В осенний период процесс гидратации может занимать 8–10 часов. Резко возрастает продолжительность схватывания при нулевой температуре и может составлять 15–20 часов. Введение добавок позволяет регулировать скорость схватывания;
• устойчивость к воздействию отрицательных температур. Эта характеристика называется морозостойкостью. Она характеризует способность затвердевшего цементного массива воспринимать глубокое замораживание с дальнейшим оттаиванием на протяжении многих циклов. При этом должна сохраняться целостность массива и прочностные характеристики. Причиной разрушения является увеличение объема воды, насыщающей поры. Введение добавок повышает порог морозостойкости;
• плотность. Параметр характеризует массу порошкообразного вещества в одном кубическом метре материала. Свежеприготовленный цементный состав имеет наименьший удельный вес. При длительном складском хранении материал слеживается, а при перевозке – уплотняется. При этом плотность возрастает. Характеристика зависит от крупности измельченного клинкера. Среднее значение – 1,3 т/м3.

После застывания цемента образуется прочное соединение, не уступающее по своей плотности камню

Среди прочих характеристик можно отметить:

• гигроскопичность. Степень поглощения воды отличается для различных марок;
• крупность помола. Определяется путем просеивания через сито;
• коррозионная стойкость. Повышается путем введения специальных добавок;
• срок годности. Он зависит от условий хранения и допустимого уровня влажности.

Качество снижается после длительного хранения на складе при повышенной влажности. Приобретая стройматериал, обратите внимание на наличие сертификата соответствия, гарантирующего качество продукции.

Разновидности материала

В строительной отрасли используются различные виды цементных материалов, отличающиеся следующими параметрами:

• составом;
• концентрацией ингредиентов;
• наличием специальных добавок;
• назначением;
• свойствами.

На упаковке, помимо марки, указывается также процентный состав добавок

Различают следующие виды портландцемента:

• быстротвердеющий. Содержит добавки минерального происхождения, которые сокращают продолжительность набора прочности. Применяется для ускоренного выполнения строительных мероприятий и изготовления железобетонных конструкций;
• сульфатостойкий. Основное достоинство – устойчивость к воздействию сульфатов, достигается уменьшением в клинкере кальциевых алюминатов. Используется для конструкций, эксплуатирующихся во влажной или агрессивной среде;
• гидрофобный. Содержит поверхностно-активные компоненты, значительно снижающие гигроскопичность. Результат введения добавок – повышение подвижности, удобство укладки раствора. Материал сохраняет свойства при повышенной влажности;
• белый. Его легко отличить от других цементных составов. Имеет светло-серый цвет, не содержит титановых оксидов, солей железа и марганца. Используется для отделочных мероприятий;
• цветной. Содержит специальные пигменты органического и неорганического происхождения, добавляемые в клинкерный материал перед измельчением. Цветные составы, например, желтый цемент, используются при отделочных мероприятиях;
• пуццолановый. Устойчив к воздействию сульфатов, быстро твердеет при повышенной температуре. Автоклавная обработка значительно повышает прочностные характеристики. Предназначен для эксплуатации в почве, а также во влажной среде;
• тампонажный. Производится исключительно для герметизации скважин на газовых и нефтяных разработках. Обеспечивает надежную изоляцию от грунтовых вод, устойчив к давлению и температуре. Приобретает прочность на начальном этапе твердения.

Цемент является сухой смесью, которая используется именно для приготовления бетонного раствора

На основе извести, шлаков и глины производят следующие цементные составы:

• шлаковый. Медленно набирает прочность. Применяется в гидротехнической отрасли и портовом строительстве;
• шлаково-известковый. Отличается замедленным твердением. Применяется для штукатурных работ и кладки;
• глиноземистый. Относится к огнеупорным материалам. Отличается устойчивостью к коррозии, а также влагонепроницаемостью.

Выбирая материал для выполнения конкретных работ, учитывайте назначение стройматериала и особенности эксплуатации.

Как получают цемент – технология изготовления

Технологический процесс изготовления предусматривает выполнение следующих операций:

1. Разработку месторождений известняка, гипса и глины.
2. Измельчение добытых материалов.
3. Сушку измельченной сырьевой массы.
4. Получение известняково-глиняного шлама.
5. Обжиг сырья с получением гранул клинкера.
6. Дробление клинкера до порошкообразной консистенции.
7. Дозировку и перемешивание компонентов.

Цемент – широко распространенный материал, который применяют при любых видах работ, связанных с ремонтом, реставрацией, строительством

Используется различная технология, отличающаяся методом подготовки шлама:

• сухая. Сушка и дробление производятся в измельчителе, в который нагнетается нагретый воздух. Готовая фракция имеет требуемую влажность;
• мокрая. Предусматривает использование мела. Он дробится во влажном состоянии, затем шихта обжигается и измельчается;
• комбинированная. Объединяет особенности предыдущих методов в зависимости от применяемого в технологическом цикле оборудования.

В настоящее время производители отдают предпочтение сухому способу производства.

Применение цемента

Область применения в промышленном и гражданском строительстве довольно широкая:

• производство железобетонных изделий:
• строительство фундаментов;
• возведение стен зданий;
• выполнение штукатурных работ;
• заливка стяжки;
• изготовление плитки.

Кроме этого, материал широко используется для дорожного строительства, мостостроения, гидротехнической отрасли.

Особенности маркировки

Для классификации используются два способа маркировки:

• согласно европейской классификации по ГОСТ 31108-2003 различным видам цемента присваивается маркировка ЦЕМ с цифровым индексом от 1 до 5;
• по государственному стандарту 10178-85, каждый вид цементного состава имеет буквенный индекс – ПЦ, ШПЦ, БЦ.

Например, портландцемент, изготовленный по европейским нормам, маркируется ЦЕМ 1 или ЦЕМ 2, в зависимости от вида добавок. Аналогичный материал, изготовленный по внутригосударственному стандарту, маркируется ПЦ. Соответственно, обозначение шлакопортландцемента может быть ЦЕМ 3 или ШПЦ. Оба нормативных документа сейчас действуют, что удобно производителям цементной продукции.

Заключение

Ознакомившись с материалом, можно получить информацию о составе, характеристиках, особенностях изготовления, маркировке и свойствах стройматериала. Теперь не возникнет вопросов при слове «цемент». Что это такое – мы разобрались. При покупке необходимо обращать внимание на характеристики и марку материала согласно специфике выполняемых работ. Представленная информация поможет принять правильное решение.