Цемент химический состав: Цемент: химический состав, свойства и методы производства

Содержание

Химический состав цемента

Цемент участвует при постройке практически всех конструкций зданий, он является незаменимым материалом, со временем лишь увеличивающим свою популярность и распространенность.

Из цемента изготавливаются различные виды бетона: тяжелые и легкие, керамзитобетон, ячеистый бетон, фибробетон, полистиролбетон, опилкобетон, декоративный бетон, бетон для фундамента, и даже прозрачный бетон. Свойства цемента определяются его химическим составом.

Химический состав цемента может варьироваться в зависимости от химического состава сырья, из которого происходит изготовление цемента, а также от технологии производства цемента, и этот момент является определяющим фактором качества цемента. Цемент в основном состоит из оксидов железа, магния, алюминия, кремния, кальция. При производстве цемента во время обжига в печи происходят различные химические реакции, благодаря которым и получается цемент. Различные вариации соотношений исходных материалов влияют на свойства цемента и его цвет.

Оксид железа в составе цемента

Оксид железа является очень важным элементом, он оказывает огромное влияние на качество химического состава железа. При содержании в цементе 10% оксидов железа качество цемента наибольшее, ведь при таком количестве оксиды железа оказывают наиболее благоприятное влияние на образование минералов. Но чем больше оксидов железа используется, тем ниже становится качество цемента. Верхней планкой содержания оксида железа в химическом составе цемента является 25%. А при создании жаростойких конструкций оксид железа в составе цемента вообще не используется.

Интересный момент: например, если снизить количество железа в цементе — он станет светлее. Это так называемый белый цемент, который используется в основном в декоративных целях и стоит до трех раз дороже обычного цемента. А повышение содержания железа в химическом составе цемента сделает его серым.

Оксид алюминия в составе цемента

Так же в химический состав цемента, как писалось выше, входит оксид алюминия. У качественных цементов содержания оксида алюминия не должно быть меньше 60%, увеличение количества оксида алюминия повышает огнеупорность цемента.

Оксид кальция в составе цемента

Еще один важнейший оксид — оксид кальция. Оксид кальция содержится практически во всех исходных материалах и используется в любой технологии производства цемента. Этот оксид определяет прочность готового цементного камня. В зависимости от объема оксида кальция, содержащегося в цементе, цемент разделяется на высокоизвестковый и низкоизвестковый. В первом случае содержание оксида кальция более 40%, во втором менее 40%.

Оксиды магния и кремния в цементе

В химический состав цемента в малых количествах входит оксид магния и оксид кремния. Оксид магния эффективен, если его содержание не превышает 2%, содержание в составе цемента оксида кремния не должно превышать 10%.

А вот от оксида хрома вообще производители стараются избавляться, он в любых количествах отрицательно сказывается на возможности цемента вступать в химические реакции.

Применение асбеста

При создании разных строительных материалов с цементом может использоваться асбест. Цемент свяжет асбест и предотвратит появления асбестовой пыли, что сделает строительные материалы абсолютно безопасными для человека.

При этом качество материала существенно улучшится, ведь добавление асбеста помогает выдерживать растяжение, с чем простой бетон справляется не очень хорошо.

Также будет интересным почитать:


на Ваш сайт.

маркировка и классификация, химический состав и свойства, плотность и прочность

Если посмотреть на масштабы использования цементных растворов в строительстве, создается впечатление, что такой материал был разработан несколько тысяч лет назад. Однако по-настоящему качественная технология производства и правильный состав были получены буквально недавно. Строителям важно знать, из чего делают цемент и в чем секрет изготовления качественного и долговечного сырья.

Типы вяжущих составов

Для соединения камней, из которых возводились доисторические постройки, использовалась глина. Но такое связующее вещество не поддавалось технологии обжига, поэтому большинство помещений были разрушены под воздействием эрозии, возраста и других факторов. Единственные дошедшие до нынешнего времени дома обрабатывались известковым раствором.

Еще много сотен лет назад люди дошли до мнения, что обожженный и измельченный оксид кальция, более известный как известняк, при контакте с водой начинает затвердевать, поглощая газ из воздуха, а затем становиться камнем. Из минусов подобного материала выделяют низкую устойчивость к воздействию влаги, поэтому такой вариант может быть актуальным только при производстве силикатных кирпичей.

Существует еще один тип вяжущего сырья, способного достигать высоких прочностных свойств при воздействии воздуха — гипс. Его производят посредством тепловой обработки и последующего размола природного гипсового камня (CaSO 4−2 H 2) или ангидрида CaSCu.

Гипсовые составы отличаются богатой историей применения и не теряют своей популярности до нынешнего времени. В качестве наиболее ярких примеров использования такого материала — роскошная лепнина и украшения, хорошо сохранившиеся до сегодняшнего времени.

Что касается воздушных веществ, то они могут применяться только там, где постройкам не грозит повышенная влага. В противном случае необходимо добавлять в состав гидрофобизирующие добавки или заниматься обустройством гидроизоляционного слоя. Из-за этого недостатка строители отдают предпочтение гидравлическим вяжущим растворам.

В их числе — составы, создающие гидратные соединения, способные набирать прочность в условиях повышенной влажности. При этом воздействие воды никак не грозит таким изделиям и не вызывает их деформацию.

Растворы для возведения водостойких построек создаются из гидравлической извести, которая включает в себя осадочные известковые породы — мергели, а также портландцемент. Последний компонент делает конечное изделие монолитным, гарантируя отличные прочностные свойства. Известковые варианты актуальны лишь для тех условий эксплуатации, где отсутствуют интенсивные нагрузки.

Немного истории

В поисках эффективного способа борьбы с низкой влагостойкости извести и гипса предки шли на самые смелые меры. Появление цемента произошло в результате смешивания разных минеральных веществ с водоотталкивающими характеристиками в известковые растворы. Зачастую в состав добавляли дробленные, битые кирпичи из обожженной глины и даже породу вулканического происхождения. К примеру, строители Древнего Рима делали цемент с добавками отложений пепла из вулкана Везувий.

В течение долгих лет проводились различные эксперименты, ведь спрос на доступное и надежное вяжущее вещество постоянно поднимался. Работа продолжалась до тех пор, пока строители не выработали адекватную технологию и не подобрали правильный химический состав цемента.

Значительный вклад в опыты внес военный техник из России Егор Челиев. Ему принадлежит научная работа о цементе для подводного строительства (1825 год). Также над появлением нынешнего рецепта цементного раствора трудился английских ученый Джон Аспдин, который запатентовал понятие «портландцемент». Название происходит от острова Портленд, размещенного в проливе Ла-Манш и состоящего из известковой породы.

В те времена, порода, добытая на этом острове, пользовалась большим почетом и считалась одним из наиболее престижных стройматериалов в Британии. Интересный факт: технология русского техника Челиева максимально приближена к той, что используется в современном портландцементе, а вариант Аспдина создавался без применения технологии спекания исходного сырья.

Технология производства

Современные производители цемента могут изготавливать его по разному рецепту, но общая технология производства остается одинаковой для всех марок. Основные отличия заключаются в разном исходном сырье вяжущей добавки, а весь остальной технологический процесс идентичный.

Его можно разделить на несколько стадий:

  1. Первый этап — приготовление исходного сырья. Процедура подразумевает продолжительное измельчение известковых камней и глины, а затем смешивание компонентов в правильной пропорции. Зачастую состав цементного раствора включает в себя 3 части известняка и одну часть глины. Также в нем может присутствовать мергель, который является осадочной горной породой.
  2. Второй этап — обжиг состава и подготовка клинкера. Исходный раствор помещается в специальный резервуар и обрабатывается под воздействием высокой температуры. Ее значение может достигать 1500 градусов Цельсия. В такой среде шлам успешно обжигается, становясь клинкером. Затем его измельчают с помощью специальных жернов до порошкообразного состояния.
  3. Третий, последний этап — соединение всех частей для производства портландцемента. Измельченный клинкер разбавляется гипсом в пропорции 5%, а также дополнительными минеральными компонентами.

Обзор каждого этапа

На первом этапе используется один из двух способов получения смеси — «сухой» и «мокрый». При повышенной влажности компонентов, глина и мел начинают растворяться. Чтобы удалить воду, используется технология сильного нагрева воды. В результате образуется особая смесь с мелкими частицами. «Мокрый» метод не пользуется большой популярностью ввиду своей дороговизны. Более оптимальное решение — «сухая» обработка. Она не требует кипячения сырьевой суспензии, а для измельчения раствора используется механическая технология.

Обработка сырьевого шлама методом обжига происходит в специальной цилиндровой печи. Ее диаметр составляет от 5 метров, а длина — до 200 м. Резервуар находится под небольшим уклоном, что обеспечивает свободное перемещение сырья. Под воздействием высокой температуры формируются окатанные гранулы, известные как клинкер.

После комплексного обжига готовый продукт остужается и выдерживается в течение двух недель перед окончательным измельчением. В конечном итоге его измельчают и размешивают с гипсом, что создает требуемую плотность цемента. На этом этапе происходит конечное формирование состава материала и его других свойств, включая удельный вес цемента, показатели прочности и другие характеристики.

Химическая основа

При выборе строительного материала многих покупателей интересует значение маркировки цемента. Расшифровка имеющихся показателей не занимает много времени и под силу даже начинающему строителю.

В зависимости от марки, портландцемент может обладать разной химической основой, которая обязательно включает в себя такие минеральные компоненты:

  • Алит — является 3-кальциевым силикатом, занимающим 50−60% от общей доли клинкера. В молекулярной решетке этого сырья присутствуют ионы марганца, железа и алюминия, что гарантирует высокую прочность готового изделия из бетонной или растворной смеси.
  • Белит — 2-кальциевый силикат, которому принадлежит 15−30% состава клинкера. Его задача заключается в обеспечении прочности в более поздние сроки.
  • Алюминатная фаза — 3-кальциевый алюминат, пропорцией 5−10%. Минерал характеризуется быстрой реакцией с водой, поэтому его разбавляют гипсом.
  • Ферритная фаза — 4-кальциевый алюмоферрит. Доля этого минерала в химической основе цемента не превышает 5−15%.

При изменении пропорций этих фаз допустимо менять свойства конечной цементной смеси. Это может принести огромную пользу при отслеживании конкретной задачи.

Существующие разновидности

На рынке строительных материалов предлагается несколько разновидностей цемента. В качестве примера можно рассмотреть шлакопортландцемент, который создается посредством добавления к известному портландцементу шлака в гранулированном состоянии. Последний компонент получается в результате выплавки чугунных слитков в доменных печах. Стоят такие стройматериалы дешевле остальных, а их состав гарантирует высокую водостойкость постройки.

Популярным типом цемента является быстротвердеющий материал. В его составе присутствует большое содержание алита и алюминатной фазы. Также клинкер характеризуется мелким помолом, что сокращает сроки набора необходимых прочностных показателей.

Сульфатостойкие марки портландцемента эффективны при проведении подводных работ, возведении гидротехнических сооружений или других задачах, когда необходимо защитить объект от сульфатной коррозии. В исходном сырье такого материала минимизировано содержание 3-кальциевого алюмината и белита.

Модели с низким тепловыделением при наборе прочности задействуются для возведения массивных и объемных конструкций, которые поддаются повреждениям и трещинам во время экзотермической реакции набора прочности. Такие материалы напоминают по составу сульфатостойкий цемент.

Продукция, в основе которой лежит белый цемент, характеризуется повышенными эстетическими свойствами. Если исходное сырье состоит из окисей железа и марганца, это способствует появлению характерного серо-зеленого оттенка, что недопустимо в белом цементе. Для устранения проблемы клинкер создается из светлых, каолиновых глиняных сортов.

Есть множество других типов цементных растворов, которые могут демонстрировать следующие характеристики:

  • Гидрофобность.
  • Водонепроницаемость.
  • Пластифицируемость.

Также на рынке доступны глиноземистые, пластифицированные, песчанистые и многие другие вяжущие составы.

Прочностные показатели

Одним из наиболее важных показателей хорошего качества такого строительного материала является прочность конечного сооружения, построенного на его основе. ГОСТ предусматривает ряд значений, которые определяются соответствующей маркировкой. Цифра указывает на прочностной предел, устойчивость к удельным нагрузкам и другие характеристики цемента. Если материал соответствует марке М400, это значит, что при проведении проверки на прочность образцы выдержали нагрузку в 400 кг/см2.

В результате лабораторных исследований удалось доказать, что минеральный состав исходного сырья является ключевым фактором, определяющим прочность цементного раствора или бетона. При грамотном подборе основных элементов можно подготовить правильную пропорцию и найти оптимальную середину между скоростью набора прочности, а также конечной величиной и устойчивостью к нагрузкам. Со временем прочность только усиливается. С помощью цемента марки М500 можно сделать высокопрочные балки и плиты, выдерживающие внушительные нагрузки.

В настоящее время существует большое разнообразие цементных и бетонных растворов, которые могут обладать разной классификацией и свойствами. В большинстве случаев выбор подходящего сырья для производства такого материала определяется экономическим фактором, ведь производителю важно сделать цемент максимально доступным и качественным.

И чтобы не ошибиться с выбором подходящей продукции, нужно взвесить массу особенностей, а также ознакомиться с основными свойствами столь важного строительного продукта. Также важно знать, из чего состоит цемент, какие бывают типы, что может означать маркировка на мешке. Совершая покупку, следует определить, для каких целей она предназначается, какими свойствами должен обладать цементный раствор. Лучше десять раз отмерить, а затем раз отрезать, нежели потом жалеть о неправильном подборе составляющих для строительства.

Краткая теория и химия бетона для самоделкиных

Теория и химия бетона являются важными составляющими в получении самоделкиными необходимых знаний с целью осознанного применения на практике точных приемов и методов получения заданных свойств пластичного бетона.

 

химия бетона

 


С О Д Е Р Ж А Н И Е

  1.  Точность в составе смеси и технологии – прочный пластичный бетон.
  2.  Химия бетона – основа понятия процессов.
  3.  Вода в цементной смеси.
  4.  Химический состав цемента.
  5.  Влияние температуры на скорость твердения и прочность бетона.

 

Точность в составе смеси и технологии – прочный пластичный бетон


К сожалению многие мастера до сих пор при подготовке цементной смеси для своих работ используют в качестве измерительного инструмента ведро и лопату. Может быть для изготовления самого простого классического бетона этого и достаточно.

В то же время, имея необходимые знания и опыт, но не выполняя при этом элементарные правила и не соблюдая технологическую дисциплину, можно получить плачевные результаты.

Вот один пример, как выглядят небрежно изготовленные тактильные бетонные плитки после первых зимних месяцев пешеходной эксплуатации.

 

тактильная плитка

 

Правильно подготовленная цементная смесь и точно выдержанная процедура замеса всегда позволяют получить прочный цементный камень.

Чтобы более ощутимо почувствовать эту необходимость, требуется хотя бы немного ознакомится с основами химических процессов, проходящих в цементной смеси в начальной стадии и в дальнейшем в химическом составе бетона.


Химия бетона – основа понятия процессов


Чтобы не загружать головы химическими уравнениями, объясняющими протекающие процессы при формировании цементного камня, можно рассмотреть только самые необходимые для общего понимания сути его образования.

Заводы производят различные виды цемента, но чаще всего для своих работ самоделкины используют наиболее распространенный портландцемент.

Другие цементы, например, глиноземистый или пуццолановый используются профессионалами там, где более эффективно проявляются особые свойства этих цементов: очень быстрое твердение и более прочный камень (через несколько суток достигается 100% марочная прочность).

Вернемся к нашему портландцементу.

При изготовлении садового декора химические добавки, которые ранее использовались в составе вместе с портландцементом, также обеспечивают достаточную прочность и скорость затвердевания пластичного бетона.

Почему же так важна точность в дозировке смеси для декоративного бетона?


Вода и химия бетона


Какое количество воды необходимо добавить в цементную смесь определяется водоцементным (В/Ц) или водовяжущим (В/В) отношением. При этом вяжущее = цемент + активные добавки, такие как микрокремнезем, зола и др.

Вода нужна для гидратации цемента (вяжущего).

Дозировка должна быть точной, иначе при избытке воды часть останется в бетоне и зимой будут проблемы.

А если воды не хватит, то не прореагировавший свободный оксид кальция (СаО или активная известь) с годами , постепенно превращаясь в известь-пушонку (Са(ОН)2), будет разрыхлять бетон и снижать его прочность.

Вот почему так важно не допустить испарения воды из твердеющего изделия, особенно в начальной его стадии (накрыть полиэтиленовой пленкой).

Наилучшие результаты можно получить при В/В = 0,35…0,4.

Если при этом для удобства в работе пластичности бетона не хватает, то необходимо увеличить количество пластификатора или сменить его на более эффективный с меньшей дозировкой.

Теперь кратко о химических веществах в цементе.


Химический состав цемента


Важной составляющей цемента является активная известь (СаО). Кроме свободного состояния оксид кальция (СаО) также входит в соединения, образующие: двух кальциевый силикат (С2S), трех кальциевый силикат (C3S), трех кальциевый алюминат (С3А) и четырех кальциевый алюмоферит (C4AF).

Эти химические вещества также взаимодействуют с водой, причем наиболее быстро это делает трех кальциевый алюминат (С3А) – за 3…5 минут.

При твердении бетона сначала образуется коллоид, затем – кристаллический сросток, далее – кристаллический каркас.

Чтобы процесс кристаллизации проходил равномерно, в цемент вводят гипс, количество которого должно точно соответствовать количеству С3А.

Поэтому, те самоделкины, которые хотят ускорить процесс затвердевания бетона путем введения гипса в состав смеси, нарушают этот баланс и снижают конечную прочность цементного камня.

Химия бетона – это очень точная наука.

В результате нескольких реакций с водой (и с учетом добавок, например, микрокремнезема) получается основа цементного камня – практически не растворимый гидросиликат кальция CaO⋅SiO2⋅nh3O.

Чем его больше, тем выше водостойкость и прочность бетона.

Отвердевший цементный камень – это неоднородная структура, представляющая собой смесь геля и кристаллических сростков.

Без дополнительных условий на третьи сутки прочность цементного камня составляет 40…50%, а через неделю – 60…70% от конечной.

Чем тоньше помол цемента, тем выше прочность и скорость твердения.

Естественно, что чем тоньше помол, тем выше удельная поверхность цемента. Она измеряется в см2/г.

Считается, что каждый ее прирост на 1000 см2/г повышает активность цемента на 20…25%.

В соответствии с помолом определяется марка цемента и его стоимость.


Влияние температуры на скорость твердения и прочность бетона


Одним из способов ускорения процесса изготовления бетонных изделий и увеличения оборачиваемости форм, используется термическое воздействие на бетонную отливку.

На крупных производствах применяют автоклавную обработку под давлением насыщенного пара 9…16 атм. при температуре около 200 градусов и выше. При этом можно получить марочную прочность уже через 4…6 часов после начала этого процесса.

Получается более прочный бетон , так как при высокой температуре Ca(OH)2 дополнительно связывается с SiO2 в прочное соединение (о котором упоминалось ранее) – гидросиликат кальция.

На малых предприятиях используют пропарку изделий при температуре 70…80 градусов, нагнетая горячий воздух под пленку, которой накрываются отливки.

Такая пропарка только ускоряет процесс твердения бетона (примерно в 2 раза). К тому же позволяет достичь 70% марочной прочности через одни сутки. Этого обычно достаточно, чтобы произвести распалубку и освободить формы для очередной заливки.

При естественной сушке в полиэтиленовой пленке такой результат можно получить только через неделю.

В работах по изготовлению садовых бетонных изделий, о которых рассказывается на страницах kamsaddeco.com, вместо пропарки используются химические добавки (например, формиат натрия). Применяя их совместно, можно еще более ускорить процесс застывания и освобождения форм.

Вместо горячей воды и пара можно использовать термоматы.

Изделие накрывается полиэтиленовой пленкой и сверху на нее укладываются термоматы на 8…12 часов. При этом также получается прочность 70% от марочной, но за более короткое время.

Когда ненужно нагревать бетон

Надо отметить, что если вы захотите использовать глиноземистый цемент, то его пропаривать нельзя. При застывании он выделяет тепла больше в 1,5…2 раза, чем обычный портландцемент. Поэтому он хорошо твердеет при температуре окружающей среды до нуля градусов.

Таким образом, зная природу и химию бетона в совокупности с протекающими в нем процессами, можно подготовить любой состав цементной смеси. Это необходимо для получения декоративного искусственного камня заданной прочности.

Но химия и бетон не единственная важная составляющая. Не только ее надо знать и учитывать при изготовлении прочного бетона.

Гранулометрия – не менее ответственная физическая характеристика. О ней уже было кратко рассказано и можно прочитать в статье про методы составления различных цементных смесей.

Всем удачи в вашем творчестве и до новых встреч на страницах kamsaddeco.com.

 

Статьи на тему

Какой замес – такой и инструмент

Пластичный художественный бетон

Красивая ваза из бетона

Пустотелые бетонные шары

Садовые фигуры из бетона

Декоративные бетонные плитки

Советы самоделкиных по добавкам в смесь

Искусственный валун своими руками

 

виды, марки, технические характеристики, технология производства

Дата: 23 января 2019

Просмотров: 4721

Коментариев: 0

Невозможно представить производство строительных работ без вяжущих материалов, соединяющих в монолитную конструкцию блоки, плиты, кирпич. Самым распространенным и востребованным в данной категории материалов является портландцемент.

Смешиваясь с водой или растворами различных солей, цемент образует эластичную массу, которая в процессе высыхания преобразуется в цементный камень. Без применения растворов на основе портландцемента невозможно изготовление железобетонных конструкций, монолитных сооружений, высококачественных смесей для каменных кладок и отделочных мероприятий.

Портландцемент получают путем соединения мелкоизмельченного клинкера с небольшим объемом гипса, который ускоряет процесс схватывания смеси. При производстве, в зависимости от предъявляемых к смеси требований, добавляются различные добавки, повышающие устойчивость материала к воздействиям негативных факторов.

Один из наиболее распространенных видов вяжущего вещества для бетонных смесей – портландцемент

Виды

Для придания готовому изделию определенных свойств, портландцемент обогащают минеральными добавками – белитом, алитом, целитом, браунмиллеритом. В зависимости от используемых минеральных составляющих портландцемент делится на следующие виды:

  • Характеризующийся средней скоростью схватывания.
  • Быстротвердеющий состав.
  • Пластифицированный.
  • Устойчивый к влаге, гидрофобный.
  • С повышенной тепловой отдачей.
  • Особо стойкий по отношению к химическим реагентам.
  • Декоративный (цветной или белый), применяемый при отделочных работах.

Марки цемента

Опираясь на требования нормативной документации, предъявляемые к цементному образцу, подвергающемуся испытаниям на сжатие и изгиб, можно выделить основные марки портландцемента:

  • М700 – особо прочный состав. Область применения ограничена изготовлением бетона с увеличенными прочностными характеристиками для возведения напряженных конструкций. Цена такого цемента высока, что делает его нерентабельным при ведении обычных строительных мероприятий;

Любой вид портландцемента марки 400 применяют для создания обычных и стандартных конструкций, не подвергающихся увеличенным нагрузкам

  • М600 – состав увеличенной прочности. Область применения – производство ответственных железобетонных изделий и конструкций;
  • М500 – цемент, обладающий достаточно хорошими прочностными показателями, что позволяет использовать его при реконструкции зданий и сооружений после аварий, возведении военно-технических объектов, укладке дорожного покрытия;
  • М400 – самая доступная и широко используемая марка. Объясняется это тем, что заложенные показатели морозоустойчивости, влагостойкости позволяют применять его при возведении объектов любого назначения.

Предприятия-изготовители выпускают портландцемент марок М200 и М300, но в довольно ограниченном количестве. Такое ограничение закономерно, поскольку спрос на эти марки невелик.

Цифровой индекс, указанный в маркировке портландцемента, обозначает величину давления, которую способен воспринять эталонный образец материала. Например, портландцемент, маркируемый М500, воспринимает давление, превышающее 500 кг/см².

Используемое основное сырье

При изготовлении портландцемента используют известковые и глинистые породы в определенной пропорции, обеспечивающей требуемый химический состав для обжига.

Все виды портландцемента (ПЦ) изготавливают из разного сырья, общим компонентом для всех является только цементный клинкер

Из известковых пород наиболее часто применяют:

  • Известняк, не содержащий включений кремния. Плотная порода с мелкокристаллической структурой.
  • Мергель – переходная от известняковых к глинистым порода. Включает в свой состав мелкие частицы солей кальция с примесью полевого шпата, доломита и пр.
  • Мел – податливая, легко измельчаемая осадочная порода.
  • Ракушечный известняк.

К глинистой составляющей относятся:

  • Глинистые сланцы. Благодаря своей слоистой структуре легко раскалываются, что значительно облегчает обработку.
  • Лесс. Рыхлая мелкозернистая порода, содержащая большое количество карбоната кальция.
  • Глина. Представляет собой смесь основного глинистого вещества – гидроалюмосиликата с соединениями железа, магния и других элементов.
  • Суглинки. Отличаются от глины увеличенным содержанием песка.

Для экономии природных сырьевых ресурсов и удешевления производства цемента все чаще используются отходы металлургической промышленности (шлам, зола).

Минеральные составляющие клинкера

Для получения основного компонента портландцемента – клинкера, проводится обжиг сырьевой смеси (известняк + глина). В результате этой операции образуются минеральные соединения, процентное содержание которых не должно превышать допустимые значения.

В большинстве случаев клинкер получают из искусственных смесей, потому что в природе сырье, содержащее примерно 75% карбоната кальция и 25% глины, встречается довольно редко

К основным минералам, определяющим свойства получаемого клинкера относятся:

  • быстро твердеющий алит. Этот компонент отвечает за скорость твердения состава и нарастание эксплуатационной прочности. Его количество регламентировано в пределах 45-60 процентов;
  • медленно твердеющий белит. Его присутствие позволяет цементным составам достигать высоких прочностных показателей при длительном твердении. Чтобы белит не потерял вяжущих свойств, клинкер максимально быстро охлаждают. Количество минерала выдерживается в рамках 20-35 процентов, что позволяет достичь оптимальных сроков твердения;
  • быстро гидратирующий трехкальциевый алюминат, ускоряет процесс гидратации, но параллельно с этим снижает прочностные характеристики и увеличивает возможность появления коррозии. Поэтому содержание ограничено 4-10 процентами;
  • образующийся на определенной фазе обжига алюмоферрит, значительно не влияет на процессы твердения и тепловыделения. Его содержание в клинкере находится в пределе 10-18 процентов.

Поскольку портланд цемент получают из разного по химическому и минералогическому составу сырья, то на выходе получают цемент, отличающийся свойствами. Используя испытанные технологии производства, придерживаясь разработанных рекомендаций по процентному содержанию минеральных включений, предприятия-изготовители получат на выходе качественный продукт, отвечающий требуемым параметрам.

Технология производства

Споры по поводу, какой метод производства цементного состава лучше, не утихают долгие годы. Существует мнение, что, используя неоднородное по составу сырье повышенной влажности, предпочтительно воспользоваться мокрым способом. Параллельно с этим отстаивается позиция о применении сухого метода, как более экономически целесообразного, если предварительно подготовить должным образом шихту.

Клинкерную смесь обжигают при высоких температурах (до 1500°С), получая на выходе гранулы, которые потом измельчаются

Попытаемся разобраться в основных различиях существующих способов изготовления клинкера, из которого получают портландцемент. Известны три варианта получения смеси для обжига:

  • Мокрый. Изначально проводят измельчение компонентов до нужной величины (известняк – размер частиц 8-10 мм, глина – куски до 10 см). Глину отмачивают до приобретения 70% влажности и отправляют в мельницы с известняком, где происходит смешивание.
  • Сухой. Технология позволяет при уменьшенных затратах изготавливать портландцемент по сокращенному методу. Это обусловлено совмещением технологических стадий, обеспечивающих возможность одновременного выполнения сушки ингредиентов и их помола в специальных мельницах, в которые поступают горячие газы. Полученный шихтовый материал характеризуется порошкообразным составом.
  • Полусухой (комбинированный). В данном методе совмещаются элементы сухой и мокрой технологии изготовления, которые используют производители цементных смесей. Допускается уменьшать влажность шихтового материала, произведенного мокрым методом, и получать шихтовой состав, влажность которого не превышает 18%. Согласно второму способу, готовится сухая смесь, которая насыщается водой до 14-процентной влажности, подвергается гранулированию и обжигается.

Свойства состава

Портландцемент обладает комплексом положительных характеристик, обеспечивающих его широкое применение в жилищном строительстве, при возведении промышленных конструкций. Главными характеристиками являются:

  • удельный вес, зависящий от степени уплотнения состава. Для насыпных смесей составляет 1100 кг/м3, для уплотненных достигает величины 1600 кг/м3;
  • гранулометрический состав, характеризующий тонкость цементной фракции и качество помола. Параметры влияют на эксплуатационные характеристики, интенсивность твердения раствора. Усредненный размер частиц цемента составляет порядка 40 микрон, что обеспечивает необходимую прочность и время твердения;

  • потребление воды, влияющее на способность массива впитывать определенный объем жидкости. Недостаток влаги снижает прочность, а излишек – вызывает расслоение цементной массы. Согласно проверенной рецептуре, для замеса вводится 25-28 процентов воды от общего объема смеси;
  • продолжительность схватывания, регламентированная стандартом, составляющая до 45 минут после смешивания с водой. Продолжительность окончательного твердения зависит от температурного режима и замедляется в зимний период;
  • высокие прочностные характеристики, позволяющие воспринимать сжимающие нагрузки, что отражается в обозначении портландцемента.

Заключение

Представленная в статье информация о распространенном в строительной отрасли портландцементе знакомит с особенностями производства, свойствами, маркировкой и технологическими особенностями изготовления. Застройщики подтверждают, что это прочный материал, обеспечивающий высокий ресурс эксплуатации конструкций и сооружений.

Повышенные рабочие характеристики обеспечивают широкую сферу применения популярного материала.

На сайте: Автор и редактор статей на сайте pobetony.ru
Образование и опыт работы: Высшее техническое образование. Опыт работы на различных производствах и стройках – 12 лет, из них 8 лет – за рубежом.
Другие умения и навыки: Имеет 4-ю группу допуска по электробезопасности. Выполнение расчетов с использованием больших массивов данных.
Текущая занятость: Последние 4 года выступает в роли независимого консультанта в ряде строительных компаний.

Состав цемента

Состав цемента Состав цемента

Введение
Портландцемент получает свою прочность за счет химических реакций между цемент и вода. Этот процесс известен как гидратация. Это сложный процесс, который лучше всего понять при первом понимании. химический состав цемента.

Производство цемента
Портландцемент производится путем дробления, помола и дозирования. следующие материалы:

    • Известь или оксид кальция, CaO: из известняка, мела, ракушек, сланца или известняка рок
    • Кремнезем, SiO 2 : из песка, старых бутылок, глины или глинистой породы
    • Глинозем, Al 2 O 3 : из бокситов, переработанного алюминия, глина
    • Железо, Fe 2 O 3 : из глины, железной руды, железного лома и зола уноса
    • Гипс, CaSO 4 .2H 2 0: найден вместе с известняком
Материалы без гипса дозируются для получения смеси с желаемым химическим составом, а затем измельчить и смешать двух процессов — сухой процесс или мокрый процесс. Затем материалы подаются через печь при температуре 2600º F для производства серовато-черных гранул, известных как клинкер. Глинозем и железо действуют как флюс, снижающий точка плавления кремнезема от 3000 до 2600º F.После этого этапа клинкер охлаждают, измельчают и добавляют гипс для регулирования времени схватывания. Затем его очень тонко измельчают для производства цемента.

Химическая стенография
Из-за сложной химической природы цемента сокращенная форма используется для обозначения химических соединений. Сокращение для основных соединений является:

Соединение Формула Сокращенная форма
Оксид кальция (известь) Ca0 C
Диоксид кремния (диоксид кремния) SiO 2 S
Оксид алюминия (оксид алюминия) Al 2 O 3 А
Оксид железа Fe 2 O 3 F
Вода H 2 O ЧАС
Сульфат SO 3 S
Химический состав клинкера
Образующийся цементный клинкер имеет следующий типовой состав:
Соединение Формула Сокращенная форма % по весу 1
Алюминат трикальция Ca 3 Al 2 O 6 С 3 А 10
Тетракальций алюмоферрит Ca 4 Al 2 Fe 2 O 10 С 4 AF 8
Белит или силикат дикальция Са 2 SiO 5 С 2 С 20
Алит или трикальцийсиликат Ca 3 SiO 4 С 3 С 55
Оксид натрия Na 2 O N)

) До 2

Оксид калия К 2 О К
Гипс CaSO 4 .2H 2 O С S H 2 5
Только репрезентативный вес. Фактический вес зависит от типа цемента.
Источник: Mindess & Young

Свойства цементных смесей
Эти составы влияют на свойства цемента в различных способы

  • Алюминат трикальция, C 3 A: —

  • На ранних стадиях гидратации выделяет много тепла, но имеет небольшой вклад в силу.Гипс замедляет скорость гидратации C 3 A. Цемент с низким содержанием C 3 A является сульфатостойким.
  • Силикат трикальция, C 3 S: —

  • Этот состав быстро гидратируется и затвердевает. Это во многом ответственное для начального схватывания портландцемента и раннего набора прочности.
  • Силикат дикальция, C 2 S:

  • C 2 S медленно гидратируется и затвердевает. Это во многом ответственное для набора силы через неделю.
  • Феррит, C 4 AF:

  • Это флюс, снижающий температуру плавления сырье в печи (от 3000 o F до 2600 o F). Он быстро увлажняет, но не способствует укреплению цементная паста.

    При правильном смешивании этих соединений производители могут производить различные типы цемента для различных условий строительства.

    Каталожные номера:
    Сидни Миндесс и Дж.Фрэнсис Янг (1981): Бетон, Прентис-Холл, Inc., Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, стр. 671.

    Стив Косматка и Уильям Панарезе (1988): Разработка и контроль Бетонные смеси, Portland Cement Association, Skokie, Ill. Стр. 205.

    Майкл Мамлук и Джон Заневски (1999): Материалы для гражданских и Инженеры-строители, , Addison Wesley Longman, Inc.,

    .

    цемент | Определение, состав, производство, история и факты

    Цемент , в общем, клейкие вещества всех видов, но в более узком смысле связующие материалы, используемые в строительстве и гражданском строительстве. Цементы этого типа представляют собой мелкоизмельченные порошки, которые при смешивании с водой становятся твердой массой. Отверждение и затвердевание являются результатом гидратации, которая представляет собой химическую комбинацию цементных смесей с водой, которая дает субмикроскопические кристаллы или гелеобразный материал с большой площадью поверхности.Из-за своих гидратирующих свойств строительные цементы, которые схватываются и затвердевают даже под водой, часто называют гидравлическими цементами. Самый важный из них — портландцемент.

    Процесс производства цемента, от дробления и измельчения сырья до обжига измельченных и смешанных ингредиентов до окончательного охлаждения и хранения готового продукта. Encyclopædia Britannica, Inc.

    В этой статье рассматривается история развития цемента, его производство из сырья, его состав и свойства, а также проверка этих свойств.Основное внимание уделяется портландцементу, но также уделяется внимание другим типам, таким как шлакосодержащий цемент и высокоглиноземистый цемент. Строительный цемент имеет общие химические составляющие и технологии обработки с керамическими изделиями, такими как кирпич и плитка, абразивные материалы и огнеупоры. Подробное описание одного из основных применений цемента см. В статье «Строительство зданий».

    Применение цемента

    Цемент может использоваться отдельно (то есть «в чистом виде», в качестве материала для затирки), но обычно используется в растворе и бетоне, в которых цемент смешан с инертным материалом, известным как заполнитель.Строительный раствор представляет собой цемент, смешанный с песком или щебнем, размер которого должен быть менее примерно 5 мм ( 3 / 16 дюймов). Бетон представляет собой смесь цемента, песка или другого мелкого заполнителя и крупного заполнителя, который для большинства целей имеет размер от 19 до 25 мм ( 3 / 4 до 1 дюйма), но крупный заполнитель также может быть до 150 мм (6 дюймов) при укладке бетона в большие массивы, такие как дамбы. Растворы используются для связывания кирпичей, блоков и камня в стенах или для визуализации поверхностей.Бетон используется для самых разных строительных целей. Смеси грунта и портландцемента используются в качестве основы для дорог. Портландцемент также используется в производстве кирпича, плитки, черепицы, труб, балок, шпал и различных экструдированных изделий. Продукция собирается на заводах и поставляется готовой к установке.

    Поскольку бетон является наиболее широко используемым сегодня строительным материалом в мире, производство цемента широко распространено. Ежегодно в развитых странах заливается почти одна тонна бетона на душу населения.

    Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня .

    Типы цемента, состав, применение и преимущества наноцемента, воздействие на окружающую среду при производстве цемента и возможные решения

    Сначала мы обсудим производство цемента и специальную номенклатуру, используемую производителями цемента при описании состава их цементных продуктов. Мы раскрываем различные типы цементных продуктов, их состав, свойства и типичное использование. По возможности мы стремимся обосновать, почему конкретный тип цемента более подходит для данной цели, чем другие типы.Процессы производства цемента связаны с выбросами большого количества парниковых газов и загрязнителей окружающей среды. Ниже мы приводим количественный и качественный анализ воздействия производства цемента на окружающую среду. Контроль загрязнения — это обязательное юридическое и социальное требование, относящееся к любой отрасли. Поскольку цементная промышленность является одним из крупнейших источников выбросов CO 2 , уместно обсудить различные способы и средства улавливания CO 2 , что будет сделано далее.Наконец, мы рассказываем о производстве наноцемента и преимуществах, связанных с наноцементом. Нанонаполнители, такие как нанотитан, нанокремнезем и нанооксид алюминия, могут производиться в крупном промышленном масштабе с помощью нисходящего подхода, заключающегося в уменьшении размера естественно доступного сыпучего сырья до размеров нанодиапазона 1–100 нм. Мы упоминаем подготовку нанотитана и нанокремнезема из шри-ланкийских минеральных песков и кварцевых месторождений, соответственно, для использования в качестве добавок в цементных продуктах для улучшения характеристик и снижения количества и стоимости производства цемента и, как следствие, воздействия на окружающую среду.В настоящее время минеральные пески и другие сокровища полезных ископаемых экспортируются без особой добавленной стоимости. Простые химические модификации или физическая обработка добавили бы огромную ценность этим натуральным материалам. Шри-Ланка одарена высокочистым кварцем и графитом, из которых можно получить наночастицы кремнезема и графита, соответственно, с помощью простых процессов измельчения. Их можно использовать в качестве добавок к цементам. Разделение минеральных песков на составляющие — это уже непрерывный процесс.

    1.Введение

    Этот документ является расширенной версией документа конференции, опубликованного в материалах 28-го Международного симпозиума по явлениям переноса, 22–24 сентября 2017 г., Перадения, Шри-Ланка [1]. Как описано в нем, цемент — это порошкообразное вещество, состоящее из кальцинированной извести и глины в качестве основных ингредиентов. Используемая глина обеспечивает диоксид кремния, оксид алюминия и оксид железа, а кальцинированная известь в основном дает оксид кальция. При производстве цемента сырье для цемента получают путем взрывных работ в карьерах путем бурения породы и взрыва взрывчатых веществ [2].Затем эти фрагментированные камни транспортируются на завод и хранятся отдельно в силосах. Затем они по отдельности доставляются по желобам в дробилку, где затем дробятся или измельчаются на куски размером ∼1 / 2 дюйма размером

    .

    Состав цемента — Большая химическая энциклопедия

    Цементный клинкер Цементные композиты Цементная медь Цементированный карбид … [Pg.181]

    С начала этого столетия спрос на асбестовые волокна во многих сферах применения, в частности, в теплоизоляция в паровых машинах и технологиях (4). Более того, разработка в 1900 году машины Hatschek для непрерывного производства листов из асбестоцементного композита открыла важную область промышленного применения асбестовых волокон.[Pg.344]

    Армирующая способность асбестовых волокон в цементной матрице представляет собой еще один ключевой критерий для оценки асбестовых волокон. Это свойство оценивается путем приготовления образцов асбестоцементных композитов, которые после стандартного периода отверждения испытываются на сопротивление изгибу. Измеренные модули плавления преобразуются в параметр, называемый единицей прочности волокна (FSU) (34). [Pg.354]

    Рис. 1. Фазовые равновесия в системе C — A — S (CaO — AI2O2 — Si02) (3,4) температуры составляют ia ° C.Заштрихованные области обозначают две метки индекса состава Hquids на треугольнике, указаны с интервалом 10%. B обозначает кристобауте [14464-46-17, а D обозначает тридимит [15468-32-3], оба состава SiO2 E — анортит [1302-54- 17, Al2CaSi20g G — мюит [55964-99-3] -, H, геленит [1302-56-3], Ca2Al2Si02 и J — область цементных композиций Pordand.
    Рис. 2. Цемент 2one в системе CaO – AI2O2 – Si02 (5) где B представляет собой основной доменный шлак D, цементные композиции, которые пылятся при охлаждении E, композиции, не демонстрирующие тенденции к схватыванию G, глиноземистый цемент и ПК, цемент Pordand.
    Один из подходов к уменьшению очень хрупкой природы этих цементов включал использование более жестких и пластичных наполнителей (62,63). Другой подход к улучшению общих свойств традиционных стеклоиономерных цементов включает разработку гибридных цементно-композитных материалов и цементов, модифицированных смолами (64–68). [Стр.473]

    E.I. Du Pont de Nemours, Коллоидно-стабильные цементные композиции на основе растворителей, содержащие хлорпреновые полимеры, фенольные смолы и полиизоцианат, U.S. Patent 3,318,834, 9 мая 1967 г. [Pg.675]

    Рис. 22 Влияние содержания волокна на прочность на изгиб и вязкость разрушения (O) композитов из мягкой древесины и цемента и () композитов из твердых пород древесины и цемента (отвержденных на воздухе) ) [78].
    Целлюлозно-цементные композиты демонстрируют такую ​​же чувствительность к влажности (Таблица 14), как и пластмассовые композиты, то есть они демонстрируют снижение механических свойств.Тем не менее, ранее достигнутые значения могут быть снова достигнуты путем сушки композита [75]. [Pg.808]

    Покрытия из цементного состава имеют примерно те же свойства, что и натуральный камень, но при более низкой стоимости. У них более ровный вид… [Pg.78]

    Столешницы, сделанные из твердых эпоксидных компаундов, устойчивы практически к любым химическим воздействиям, но очень дороги. Они часто продаются со встроенным фартуком и изогнутым соединением, что упрощает очистку. Они намного легче воздействуют на стеклянную посуду, чем на каменный или цементный состав.[Стр.79]

    Последний этап в развитии цемента EBA представлен полимерными цементами. Брауэр Стэнсбери (1984b), воспользовавшись тем фактом, что жидкость EBA-HV не ингибирует полимеризацию винила, включил метакрилаты в цементную композицию. Задача состояла в том, чтобы получить материал, который затвердевает после смешивания как за счет полимеризации, так и за счет образования соли или хелата. [Pg.345]

    Полимерная композиция для снижения потери жидкости в буровых растворах и композициях для цементации скважин получается путем инициированной свободными радикалами полимеризации водорастворимого винилового мономера в водной суспензии лигнина, модифицированных лигнинов, лигнита, коричневого цвета. уголь и модифицированный бурый уголь [705,1847].Виниловые мономеры могут представлять собой метакриловую кислоту, метакриламид, гидроксиэтилакрилат, гидроксипропилакрилат, винилацетат, метилвиниловый эфир, этилвиниловый эфир, N-метилметакриламид, N, N-диметилметакриламид, винилсульфонат и дополнительные AMPS. В этом процессе может происходить прививка к углям путем передачи цепи. [Pg.46]

    Подобные сополимеры с N-винил-N-метилацетамидом в качестве сомономера были предложены для композиций гидравлического цемента [669]. Полимеры состоят из AMPS в количестве от 5 до 95%, винилакриламида в количестве от 5 до 95% и акриламида в количестве от 0 до 80%, все по весу.Полимеры эффективны при забойных температурах скважины в диапазоне от 200 ° до 500 ° F и не подвергаются неблагоприятному воздействию рассола. Терполимеры с содержанием AMPS от 30 до 90 мольных процентов, стирола от 5 до 60 мольных процентов и остаточной акриловой кислоты также подходят для операций по цементированию скважин [253]. [Стр.50]

    Статистический сополимер N-винилпирролидон / акриламид (от 0,05% до 5,0% по весу) используется для цементных композиций [371, 1076]. Кроме того, необходим сульфонатсодержащий диспергатор цемента. Добавка может использоваться в скважинах с забойной температурой от 80 ° до 300 ° F.Смесь присадок, снижающих водоотдачу, особенно эффективна при низких температурах, например, ниже 100 ° F, и в суспензиях, наполненных силикатом натрия. [Стр.51]

    Добавление материалов с низкой плотностью снижает плотность цементной композиции. Эти добавки называют наполнителями, потому что они снижают потребность в … [Pg.135]

    Пеноцемент — это особый класс легких цементов. Содержание газа во вспененном цементе может составлять до 75% по объему. Стабильность пены достигается добавлением поверхностно-активных веществ, как показано в Таблице 10-9.Типичная пеноцементная композиция состоит из гидравлического цемента, водного латекса каучука в количестве до 45% от веса гидравлического цемента, латексного стабилизатора, пеногасителя, газа, пенообразователя и стабилизатора пены [ 359 362]. Вспененные высокотемпературные аппликации основаны на кальций-фосфатном цементе [257]. [Стр.139]

    Дж. Ф. Барет, Б. Дарго, Ж. Вильяр и М. Мишо. Цементные композиции и применение таких композиций для цементирования нефтяных (или аналогичных) скважин. Патент CA 2207885, 1997.[Pg.355]

    В. Барле-Гедар и П. Марой. Вяжущие композиции и их применение для цементирования нефтяных или аналогичных скважин. Патент WO 9901397, 1999. [Pg.356]

    J. L. Boles и J. B. Boles. Составы и способы цементирования с использованием вторичного пенополистирола. Патент US 5736594, 1998. [Pg.360]

    D. L. Bout и J. D. Childs. Составы и способы цементирования вспененных скважин. Патент US 5133409, 1992. [Pg.361]

    B.G. Brake and J. Chatteiji. Добавка для снижения водоотдачи цементных композиций.Патент EP 595660, 1994. [Стр.362]

    L. E. Brothers. Способ снижения потери жидкости в цементных композициях, содержащих значительные концентрации солей. Патент US 4640942, 1987. [Pg.363]

    L.E. Brothers. Низкотемпературные цементные композиции и методы замедленного схватывания Патент US 5472051, 1995. [Pg.363]

    L. E. Brothers, D. D. Onan и R. L. Morgan. Цементные составы для скважин, содержащие частицы каучука, и способы цементирования подземных зон. Патент США 5779787,1998.[Pg.364]

    Р. Карпентер и Д. Джонсон. Способ и цементно-буровой раствор цементный состав для цементирования ствола скважины. Патент WO 9748655, 1997. [Pg.368]

    R. B. Carpenter, J. B. Bloys и D. L. Johnson. Цементный состав, содержащий синтетическую гекторитовую глину. Патент WO 9902464, 1999. [Стр.368]


    .

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о