Из чего делают цемент: состав, химическая формула и производство

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.

Сырьевые материалы

Производство цемента осуществляется на специальных заводах, расположенных близко к местам добычи исходного сырья для его изготовления. Главным исходным сырьем для цементного производства являются следующие естественные породы:

• ископаемые карбонатного типа. Это ценное природное сырье, отличающееся особенностями кристаллической структуры, физическими характеристиками. Материал может иметь кристаллическую или аморфную структуру, определяющую эффективность его взаимодействия при обжиге с другими компонентами;
• глинистые материалы, горные породы осадочного характера. Они имеют минеральную основу, становятся пластичными, объемно увеличиваются при избыточном увлажнении. Сырье характеризуется вязкостью, применяется при сухом методе производства.

Глинистое сырье

Существует несколько видов глинистых пород:

• чистая глина, состоящая из одного или нескольких глинистых минералов. Она разбухает под воздействием воды и обладает способностью связывать между собой другие вещества;
• суглинок, в котором кроме глины содержится большое количество песка и пыли;
• глинистые сланцы, образованные наслоением глины и ила. Не растворяются в воде, легко делятся на слои. Сланец используют как самостоятельный строительный материал и как составную часть цементной смеси;
• лесс — однородный пористый суглинок. Легко впитывает воду, приобретая текучесть. Очень мягкий, его можно растереть руками в мелкую пыль.

При производстве цемента в его состав кроме естественного сырья включают некоторые промышленные отходы (шлак, золу, целлюлозу и др.).

Производство цемента на заводах

На данный момент времени производителями цемента используются три технологии производства связующего:

• Мокрый способ.
• Сухой способ.
• Комбинированный метод.

Стоит заметить что «сухую» технологию используют зарубежные производители цемента: Египет, Турция и Китай. «Мокрая» же технология традиционно используется отечественными цементными заводами.

циклы производства цемента

Сухой способ

Здесь нет необходимости использовать воду. Исходный материал (глину и известняк) дробят на специальном оборудовании. Сушат и перемалывают в мелкодисперсную муку, смешивают пневматическим способом и подают на обжиг.

Образовавшийся в результате обжига цементный клинкер измельчается до соответствующей степени фракции, фасуется в упаковку и отправляется на склад готовой продукции. Данный способ позволяет снизить затраты на производство, однако отличается «капризностью» к однородности исходных материалов и является экологически опасным вариантом.

Мокрый способ

Неоспоримые достоинства данного метода заключается в возможности точного подбора состава исходного сырья при высокой неоднородности исходных компонентов: порода, вид породы и пр. Исходный материал (шлам) представляет собой жидкую субстанцию, содержащую до сорока процентов влаги.

Перед тем как сделать цемент, состав шлама корректируется в специальных технологических бассейнах. После выдержки сырья в бассейне, производится отжиг в специальных вращающихся печах и последующее измельчение.

Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии расходуемой на высушивание исходного сырья. Это существенно увеличивает себестоимость производства цемента, однако качество конечной продукции не страдает от возможной неоднородности клинкера, как при мокром варианте.

Комбинированные способы

Данная технология опирается на мокрый вид получения связующего. Промежуточную субстанцию обезвоживают по специальной технологии. Клинкер гранулируют с добавлением воды, после чего производят отжиг и последующее измельчение до той или иной марки цемента.

В числе достоинств комбинированного способа производства цемента: высокий выход «годного», возможность использования отходов металлургической промышленности.

Особенности использования

Иногда при отделочных работах люди используют белый цемент. Применение, как замесить его, не вызывает особых сложностей.

Как разводить белый цемент

Разводится белый цемент идентично обычному материалу. Но, при работе с ним следует учесть несколько особенностей:

• Инструменты должны быть идеально чистыми, иначе получится грязный цвет. Это касается не только грязи, но и ржавчины либо плесени.
• Все емкости тоже требуется использовать только в чистом состоянии. То же самое относится и к поверхностям, подлежащим нанесению материала. Иначе должный эффект получен не будет. Цемент окрасится и ляжет пятнами.
• Нельзя допустить нанесение цемента на поверхности с наличием плесени и ржавчины, так как работа будет происходить со светлой смесью. В итоге все труды пойдут далеко не впрок. Цветовая гамма в любом случае будет нарушена, не говоря уже о появлении на поверхности различных пятен.
• Порою в процедуре работы используются наполнители и иные составы. Их цвет должен быть исключительно светлый. Категорически не рекомендуется добавлять глину или что-то подобное. В противном случае назначение этого материала просто-напросто теряется.
• Если цемент наносится на металлические поверхности, их предварительно требуется обработать и защитить антикоррозийными средствами. Толщина белого цемента при этом не должна превышать трех сантиметров.
• Белый цемент имеет декоративную ценность, поэтому разводить его следует только чистой жидкостью.

Если человек придерживается всех вышеперечисленных правил работы с белым цементом, он всегда останется доволен результатом своих трудов.

Расход цемента

Поскольку самый дорогостоящий компонент цементного раствора — цемент, а также потому, что он должен быть свежим, необходимо точно рассчитать, какое количество цемента потребуется.

Зная пропорции раствора, несложно подсчитать, сколько цемента нужно для замеса одного кубометра материала.

Для оштукатуривания и кирпичной кладки количество раствора смотрят в таблицах.

Таблица 4.Расход штукатурного раствора с учетом потерь

Для стяжки можно самостоятельно посчитать количество раствора. Для этого ширину и длину помещения умножают друг на друга и на толщину стяжки (в метрах). Если помещение имеет неправильную форму, отдельно подсчитывается площадь каждого участка, а при значительной неровности пола (когда стяжка будет иметь разную толщину на разных участках) берется среднее значение толщины стяжки.

Например:дано помещение 10 на 10 м, толщина стяжки — 5 см (0,05 м). Значит, потребуется 5 кубов раствора.

Важные компоненты цементных растворов — специальные добавки, к которым относятся:

1. пластификаторыисуперпластификаторыдля увеличения подвижности и прочности растворов и для экономии цемента (до 15–20%);
2. ускорители тверденияипротивоморозные добавкипри работе в условиях низких температур;
3. гидроизолирующие добавкидля повышения водостойкости;
4. полипропиленоваяилибазальтовая фибрадля объемного армирования, уменьшения усадки, снижения образования трещин.

Важно не пренебрегать добавками для бетона и не заменять их подручными компонентами (мылом, солью), точные пропорции которых и эффект невозможно просчитать. Готовые химические добавки испытаны в лабораторных условиях, их возможно точно дозировать, а эффект от них предсказуем

Основные характеристики

Белый цемент

Белый цемент представляет собой светлый порошок.

При соприкосновении с жидкостью он становится твердым, поэтому отличается достаточной прочностью.

Он идентичен обычному цементу, но изготавливается по специальной технологии с использованием некоторых добавок.

Именно они и придают материалу белый цвет.

Дополнительно этот материал имеет высокую атмосфера стойкость. Поэтому относится к довольно прочному материалу.

В состав белого цемента входят:

• белый клинкер
• гипс
• активная минеральная добавка

Чтобы отбелить клинкер довольно часто используют газовую технологию. Она основывается на снижении степени окисления красящих веществ.

Основными параметрами белого цемента выступают:

• белизна – 85 %
• осадок до 0, 12 %
• материал достигает твердости 65 % уже через 15 часов
• цемент имеет прочность на сжатие: за три дня – 38 МПа
• морозостойкость материала составляет 100 циклов

Мороза и влага устойчивость позволяют использовать цемент при самых негативных условиях воздействия атмосферы. При этом он не будет трескаться, обсыпаться и отламываться.

Порошок белого цемента

Чистый цвет и хорошая структура достигаются в связи с применением особого сырья и инновационных технологий.

Все вещества, которые входят в состав материала содержат маленькое количество оксидов железа и пигментных включений.

Клинкер подлежит прокаливанию.

Затем его обязательно охлаждают. Подобные действия повышают стойкость и морозоустойчивость получаемого цемента.

Чтобы цвет материала был более белый, клинкер подвергают обработке водой. Это процедура усиливает окрас.

Благодаря чему последние марки цемента довольно красиво смотрится под лучами солнца. Но, этот материал имеет высокую стоимость, поэтому его проблематично приобрести. Тем не менее, в строительстве широко используется белый цемент. Применение в домашних условиях материала только начинает находить свое место.

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 %.

Что такое цементный клинкер

Это продукт, полученный спеканием при температуре 1450°С двух горных пород: 75% известняка и 25% глины. Из обжиговой печи клинкер выходит в виде гранул Ø10-60 мм.

По химическому составу прокаленный щебень каждого из производителей может отличаться, приводится усредненный расклад в процентах:

Цементный клинкер.

• СаО — 67;
• SiO2 — 22;
• Al2O3 — 5;
• Fe2O3 — 3.

Щебень из печи — не единственный компонент в производстве портландцемента. Для замедления времени схватывания конечного продукта размол гранул до тонкодисперсного порошка производится с добавлением в клинкер до 6% сульфата кальция CaSO3, содержащегося в гипсе или гипсовом камне.

Измельчение ингредиентов осуществляется шаровыми мельницами с перекачиванием готового продукта в многотонные силосы пневматическим транспортом.

Изготовление цемента регламентируется государственными стандартами: ГОСТом 30515-2013 — общие техусловия, ГОСТами 10178-85 и 31108-2003 на строительные портландцементы. Для специальных видов разработаны отдельные нормативы.

Быстрозастывающий цемент — особенности материала

Основное условие в производстве быстросхватывающегося вида цемента – качественные сырьевые компоненты с минимальным содержанием примесей и однородным химическим составом

Немаловажное значение для взаимодействия имеет структура материалов, поэтому предпочтение отдается не кристаллическим, а аморфным компонентам

В настоящее время существует две методики достижения эффекта быстрого твердения бетона:

• специальная подготовка клинкера, основанная на помоле материала до размера частиц с уменьшенной площадью поверхности. На этом основано взаимодействие вяжущего вещества с водой;
• применение минерализованного сырья представляет второй способ сокращения времени схватывания бетона в растворе.

Основным компонентом служит клинкер с высоким содержанием трёхпальцевых силикатов и солей алюминия. В качестве дополнительных химических элементов может быть использован гипс тонкого помола или хлористый кальций, о чем свидетельствует маркировка на упаковке.

Марки цемента и их применение

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

Для строительных работ при выборе марки обращают внимание на показатель класса прочности или марки цемента.. Действия по обустройству в зависимости от твердости вяжущего порошка:

Действия по обустройству в зависимости от твердости вяжущего порошка:

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

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

Корректирующие добавки

Помимо перечисленных компонентов, которые составляют основу цементной смеси, туда вводят ряд специальных добавок — пластификаторов. Базой для их изготовления тоже служат ископаемые:

• апатиты;
• глина;
• кремнезем;
• глинозем;
• плавиковый шпат.

Сухие пластификаторы добавляют в цемент на этапе его изготовления. Существуют жидкие добавки, которые применяют для замешивания на строительных площадках. Делают это для того, чтобы улучшить качество материала, придать ему дополнительные свойства:

• устойчивость к разрушению и коррозии;
• сохранение прочности при перепадах температуры, при замораживании и оттаивании;
• повышенную прочность;
• увеличенный срок схватывания;
• текучесть и пластичность раствора;
• водонепроницаемость.

Что такое марка цемента

Прочностной характеристикой портландцемента является его марка, которая устанавливается по результатам испытаний кубических образцов с гранью 10 см на сжатие. Состав раствора для заполнения форм: на 1 часть вяжущего порошка 3 меры чистого кварцевого песка.

После добавления воды масса перемешивается и остается твердеть на 28 дней. Заливается одновременно 6-10 металлоформ.

Из них произвольно отбирается 6 образцов и раздавливается под прессом. Среднее арифметическое давление рассчитывается по 4 кубикам, разрушившимся под наибольшей нагрузкой. Значения, измеренные в кг/см², укажут на марку цемента по ГОСТ 10178-85. Отображение напряжения в метрической системе единиц выполняется по ГОСТ 31108-2003 в МПа. Здесь распределение осуществляется по классу прочности цемента.

Инновационные технологии производства сухих строительных смесей

Качество получаемой строительной продукции во многом определяется точностью дозировки компонентов. На современных производственных линиях взвешивание материалов осуществляется с использованием высокотехнологичных весов. Процессами взвешивания и дозирования руководят дозаторные контроллеры, сочетающие высокую точность и оперативность измерений. Контроллеры напрямую управляют оборудованием, предназначенным для взвешивания, дозирования и разгрузки, обеспечивая калибровку и диагностику устройств.

Наиболее современные технологии изготовления сухих строительных смесей подразумевают дистанционное управление с наружных объектов с трансляцией сигналов по сети или с помощью модема. По телефону или Интернету могут осуществляться:

• программирование;
• администрирование;
• поиск и ликвидация неисправностей.

Применение современных автоматизированных производственных линий по изготовлению сухих строительных смесей позволяет:

• оптимизировать работу обслуживающего персонала;
• сократить сроки обслуживания оборудования;
• снизить себестоимость продукции.

На заводах-автоматах обеспечивается высокое качество продукции, благодаря системе из трех ступеней, включающей контроль:

• входной, позволяющий определить качество исходных компонентов;
• промежуточный, то есть в процессе производства;
• готовой продукции.

Укладка расфасованного продукта на таких линиях осуществляется роботами. Загруженные поддоны оборачиваются пленкой с использованием специализированного оборудования. После этого их отправляют на склад готовой продукции.

Читать далее:

Состав сухих строительных смесей

Цементно-песчаные смеси: состав, характеристики, марки, технология приготовления

Виды строительных смесей

Термическая обработка

Печь для обжига

Порошок отправляют в печь, в которой под воздействием температуры 800°С, в каменной муке начинается процесс химического соединения минеральных компонентов. После проведения первой термической обработки, его отправляют в кальцинатор, где с помощью химической реакции, за несколько секунд убирают 95 – 97% двуокиси углерода и отделяют известь. Далее смесь отправляют в вращающуюся цилиндрическую печь, в которой ее медленно перемешивают под воздействием температуры в 1500 – 1800°С.

При длительном воздействии высокой температуры, порошок превращается в стекловидные образования под названием «клинкеры». По выходу из печи клинкеры охлаждают до 60 – 80°С, отправляют в накопитель и далее на дробление.

Функции цемента

Как было отмечено выше, цементобласты — функциональные клетки, и именно благодаря им откладываются последующие слои цемента. Откладываются слои ткани на протяжении всей жизни человека, и за всю жизнь увеличение толщины происходит в 2-3 раза. Отложение цемента необходимо для поддержания нормальной длины зуба в процессе естественного стирания, и происходит «выталкивание» зуба. Эту компенсационную функцию, которая необходима для сохранения нормальных размеров клинической коронки при помощи наслоения тканей, называют пассивным прорезыванием зуба. В ряде случаев наслоение может усиливаться на верхушке корней зубов при утрате «противолежащего» зуба на противоположной зубной дуге.

Итак, функции:

Обеспечение крепления волокон периодонта к зубу

Цемент является значимой составляющей поддерживающего аппарата зуба.

Защита дентина от неблагоприятных факторов.

Участвует в восстановительных процессах при образовании резорбционных лакун.

Компенсирует длину зуба при естественном изнашивании эмали, «выталкивая» зуб.

Особо важное клиническое значение имеет соединение цемента и эмали. Цементно-эмалевая граница.

стык в стык;

обнаженный дентин — у пожилых людей;

захождение цемента на эмаль.

Если, например, наличие полости между цементом и эмалью является причиной гиперчувствительности в области шейки зуба. Также причиной может послужить покрытие дентина небольшим слоем цемента. Боль возникает при высокой или низкой температуре употребляемой пищи, при прикосновении стоматологическими инструментами. Цемент — защита дентина.

Карбонатные породы

Главными представителями семейства карбонатных пород считаются:

мел — мягкая горная порода, которая легко крошится и перетирается до пылеобразного состояния. В составе цемента может содержаться до 20-25 процентов мела. Эта добавка улучшает сцепление цемента с песком в процессе приготовления раствора;

мергелистый известняк или мергель является переходным звеном между известняком и глинистыми породами. На вид это слоистый или монолитный камень, твердость которого зависит от того, какой процент глины в нем содержится;

известняки, не содержащие кремний. Чаще всего они представлены в виде ракушечника, пористого и легко разрушающегося при нажатии;

доломитовые породы, обладающие исключительной прочностью. Доломитовый цемент — это продукт высокого класса, экологически чистый, быстро твердеющий.

Содержание карбонатных пород в цементе обычно ограничивается 30%, но в отдельных случаях может достигать 60%.

Как делают цемент: 3 главных способа

Производство цемента в современных условиях осуществляется одним из трех способов:

1. Мокрым. Ее главная особенность – замена извести мелом, а также процесс производства с добавлением воды. Сырьем для изготовления здесь становится шихта (смесь исходных материалов) с влажностью до 50%.
2. Сухим. Эта технология с минимальными энергозатратами и себестоимостью, поскольку здесь несколько технологических операций объединены в один процесс. Поступая в шаровую мельницу, все компоненты одновременно и размалываются, и сушатся.
3. Комбинированным. Этот способ производства объединяет особенности процессов сухой и мокрой технологии. Здесь по результатам обжига получается полусухой состав с влажностью 18%.

Сухой способ производства

Как делают цемент по сухой технологии:

1. Исходное сырье подвергают дроблению.
2. Просушивают его до определенного уровня влажности.
3. Высушенную смесь измельчают до состояния муки.
4. Ее обжигают внутри вращающейся печи, после чего охлаждают и отправляют на склад.

Мокрая технология производства

В отличие от сухого метода изготовления здесь после измельчения компонентов к ним дополнительно добавляют воду. В результате получается не мука, а сырьевой шлам, который и попадает в печь на обжиг, а затем – в холодильник на охлаждение. Уже охлажденные клинкер подвергают измельчению и дополнению добавками.

Комбинированная технология изготовления

Комбинированный способ производства цемента объединяет в себе этапы сухого и мокрого:

1. Сначала по мокрой технологии получают сырьевой шлам.
2. Шлам подвергают обезвоживанию и гранулированию.
3. Гранулы проходят обжиг в печи, которая применяется для сухой технологии.

Виды цемента

Сегодня производится множество видов цемента

На основании материала изготовления выделяют группы:

• известковый;
• мергелистый;
• глинистый. Рекомендуется внесение вспомогательных компонентов цемента, боксита и шлака для повышения водонепроницаемости, 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

Процесс изготовления

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.

Расшифровка маркировки цемента по новым нормативам

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

У каждого объединения есть признаки, указывающие на особенности изготовления:

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

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