Из чего делают цемент?

Слово цемент знакомо каждому. Даже те, кто никогда не занимался строительством, знают, что цемент нужен для раствора при кирпичной кладке, что он является основным компонентом железобетонных изделий. Однако мало кому известно, из чего делают цемент.

Цемент распространен повсеместно. Он применяется не только при возведении всевозможных строений. Без него не обойтись при проведении реставрационных и ремонтных работ. Пока еще замены цементу не существует. Этим оправдывается его востребованность.

Основой строительного материала являются вяжущие неорганические составляющие. Цемент необходим при производстве панельных плит. Из него делают штукатурные и кладочные растворы. В составе бетонов цементу отводится одно из главных мест.

По сути, цемент – это мелкодисперсный порошок. Основная особенность порошковой массы заключается в том, что при взаимодействии с водой она постепенно начинает твердеть. Процесс взаимодействия двух компонентов (цемента и воды) завершается образованием сплошного массива, по твердости схожего с природным камнем.

Прочная структура образуется при избыточной влажности. Происходит реакция как на открытом воздухе, так и в воде. Цемент после отвердевания сохраняет прочность длительное время.

Физические характеристики цемента зависят от нескольких факторов.

Наиболее значимыми являются:

• виды добавок;
• степень помола;
• состав.

Тонкость помола цемента влияет на прочность и время, необходимое для затвердевания. Мелкий помол обеспечивает большую прочность и более быстрое застывание.

Для определения тонкости помола используют специальное сито с мельчайшими ячейками до 80 мкм. При приготовлении раствора из цемента слишком мелкого помола требуется больше воды. Устраняется этот недостаток путем смешивания частиц разного размера: крупных и мелких. Крупными считаются пылинки в 80 мкм, а мелкими – в 40 мкм.

Цементу присущи следующие свойства:

• прочность;
• коррозионная стойкость;
• морозоустойчивость;
• водопотребность;
• время схватывания (застывания).

Этот показатель зависит от марки. Определяют прочностные свойства посредством проведения испытаний на сжатие. Опытную болванку выдерживают под нагрузкой в течение лунного месяца – 28 суток. После испытаний образца цементу присваивается соответствующее обозначение. Измеряется прочность в МПа.

Железобетонные изделия под воздействием воды и других жидких сред начинают коррозировать. Устраняется негативное воздействие несколькими способами. Например, можно изменить состав, ввести в порошковую смесь гидроактивные материалы. Наличие специфических веществ препятствует возникновению пагубных химических реакций.

Коррозионная стойкость увеличивается при использовании полимерных добавок. В результате микропористость снижается, повышается долговечность изделий.

Наибольшей коррозионной защитой обладает пуццолановый цемент. Поэтому он используется для строительства сооружений, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности.

Одним из основных показателей качества цементы считается способность неоднократного замораживания и оттаивания бетонного изделия.

В цементном камне имеются микропоры, в которых находится вода. При замерзании вода может увеличиться в объеме на 8%.

В строительстве цемент без добавок не применяется. В разные марки добавляются компоненты, придающие цементу способность сопротивляться перепадам температуры.

В процессе изготовления бетона в него включаются добавки, вовлекающие воздух. Мельчайшие пузырьки воздуха распределяются равномерно внутри бетонного тела, чем решают проблему, связанную с замерзанием воды и ее расширением.

Это выраженное в процентах количество воды, которое требуется для получения цементного раствора оптимальной консистенции.

В растворе номинальной густоты воды столько, сколько способен удержать в себе цемент. К примеру, в портландцементе эта величина находится в пределах 22-28 процентов.

Из цемента с низкой водопотребностью бетон получается более качественный, чем из того, у которого этот показатель высок. В первом случае изделия получаются устойчивыми к температурным перепадам. Во втором – бетон обладает повышенной пористостью и вовсе не пригоден для строительства. Такой цемент используют для производства железобетонных ограждений или дренажных сооружений.

Это временной отрезок, приходящийся на изменение физических свойств цементного раствора от состояния пластичности до образования камня.

Идеальным считается раствор, застывающий не слишком быстро, но и не очень медленно. Время схватывания регулируется наличием в составе материала определенного количества гипса. Больший объем гипса обеспечивает скоростное схватывание. В то время как снижение его содержания способствует более продолжительному застыванию раствора.

По стандарту в нормальных условиях портландцемент начинает схватываться спустя три четверти часа. Процесс затвердевания должен закончиться через 10 часов.

Изготавливают цемент на специализированных предприятиях. Цементные заводы строят в непосредственной близости к местам добывания исходных материалов.

Сырье для его производства получают из естественных горных пород:

• ископаемых карбонатного типа;
• глинистых материалов.

Карбонаты имеют аморфную или кристаллическую структуру, от которой зависит эффективность взаимодействия материала с другими составляющими в процессе обжига.

К карбонатным породам относятся:

• мел;
• мергель (мергелистый известняк);
• известняки, в том числе ракушечники;
• породы доломитового типа.

Глинистые материалы – это осадочные горные породы. Обладая минеральной основой, они наделены пластичностью, а при избыточном увлажнении способны увеличиваться в объеме. Глинистые материалы используются при сухом методе изготовления.

К глинистым породам относятся:

• глина;
• суглинки;
• сланцы на основе глины;
• лесс.

Кроме сырья, при производстве цемента используют корректирующие добавки.

Их получают из ископаемых, в состав которых входят:

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

Вводимые по определенной технологии добавки улучшают качество описываемого материала.

Состав цемента зависит от требуемых характеристик, которые определяет присвоенная материалу марка.

Самый популярный портландцемент состоит из:

• 60% извести;
• 25% кремниевого диоксида;
• 10% оксидов железа и гипса;
• 5% алюминия (глинозема).

В различных марках процентное соотношение исходных материалов отличается, как и сам состав. К примеру, шлакопортландцемент имеет в своем составе шлак. Количественные пропорции могут меняться и с особенностями выбранной технологии изготовления строительного материала.

Для любых марок цемента и при любых способах его получения неизменными составляющим остаются известняк и глина. Причем известняка всегда втрое больше глины. Такое соотношение способствует получению качественного клинкера, из которого и делают цемент.

В промышленности для выпуска цемента используют следующие компоненты:

• клинкер;
• гипс;
• специальные добавки.

Клинкер – самая весомая составляющая цемента. Он определяет прочностные качества конечного материала. Клинкер вступает в процесс производства в виде гранул. Диаметр гранул варьируется в пределах 10-60 мм. Термообработка составляющей производится при температуре около полутора тысяч градусов.

Количество гипса определяется установленным периодом твердения. В базовом варианте гипс в виде порошка входит в цемент в объеме 6%.

Сначала производится смешивание известняка с глиной в соотношении 3/1. Затем смесь подвергается обжигу при высокой температуре. В результате образуется исходный материал для получения цемента. Называется он клинкер. Гранулированный клинкер отправляют на измельчение в шаровые мельницы.

Существует три способа получения цемента.

В зависимости от технологии изготовления он может быть:

• мокрый;
• сухой;
• комбинированный.

Различия состоят в методах подготовки исходного сырья.

В соответствии с мокрой технологией используется не известь, а мел. Его смешивание с глиной и другими ингредиентами происходит с добавлением воды. В результате получается шихта влажностью от 30 до 50 процентов. Шихта преобразуется в шарики клинкера во время обжига.

По сухой технологии укорачивается процесс изготовления, так как две операции (сушка и измельчение) объединяются в одну. Получаемая шихта становится порошкообразной.

На разных предприятиях комбинированный способ используют по-разному. В одних случаях сначала получают сухую шихту, а затем увлажняют ее. В других используют не мокрый, а полусухой способ с низкой влажностью, не превышающей 18%. Обжиг выполняется в обоих случаях.

Существует немало разных вариаций цемента. Наиболее известным является портландцемент.

Довольно популярны и другие варианты материала:

• шлаковые;
• пуццолановые;
• глиноземистые;
• расширяющиеся.

Портландцемент выпускается нескольких марок: 400, 500, 550, 600. Строительные растворы делают из цемента М400.

Белый портландцемент характерен тонким помолом. В состав входит маложелезистый клинкер, гипс и доломитовые добавки. Отличается высокой прочностью и устойчивостью к атмосферным осадкам. Изделия из белого портландцемента имеют эстетичный вид. Используется при изготовлении наливных полов, декоративных элементов, а также при строительстве дорог. Является основой для цветных цементов.

Портландцемент сульфатостойкий используется при изготовлении свай, опор для мостов, гидравлических сооружений, везде, где происходит многократное увлажнение и высыхание конструкций, где сооружения подвергаются замораживанию и размораживанию.

Основное предназначение шлаковых цементов – создание бетонных изделий для сооружений, расположенных под землею и под водою.

Пуццолановые цементы нужны при сооружении плотин, речных гидротехнических сооружений, различных подземных коммуникаций, так как они наделены устойчивостью к воздействию пресной воды.

Глиноземистые не боятся морских вод, поэтому они входят в состав железобетонных изделий, соприкасающихся с минерализованными водами. Могут использоваться при срочном тампонировании скважин, в том числе нефтяных; при бетонировании в зимнее время; для закрепления трещин в горных породах.

Приготовить цемент в домашних условиях можно, если имеется возможность достичь высокой температуры для обжига. Пожалуй, самое большее, что может получиться кустарным способом – цемент марки М 200. Потребуется мел и каолин в соотношении 3 к 1. К обожженной и измельченной субстанции нужно добавить порядка 5% гипсового порошка – и цемент готов.

Даже когда найдется все необходимое, вряд ли стоит заниматься производством цемента собственными силами. Прежде чем приступать к работе, ответьте себе на вопрос о целесообразности процесса. Вряд ли ваш труд и произведенные затраты окупятся. Скорее всего, выгоднее просто купить мешок готового цемента.

Выбирая цемент для тех или иных нужд, помните, что существует немало разновидностей. Правильно сделанный выбор на начальном этапе работ даст гарантию долговечности постройки. Не стоит всегда отдавать выбор более высоким и дорогим маркам. Прочность изделия от этого не повысится, а затраты не оправдаются.

Процесс получения цемента смотрите в видео ниже.