Цемент как делается: Как делают цемент – производство и технологический процесс

Из чего делают цемент? — Свой Дом

Автор Свой Дом На чтение 7 мин Просмотров 1.7к. Обновлено 14 сентября 2021

Цемент – наиболее распространенный материал, который используется при любых строительных, ремонтных или реставрационных работах. В его основе лежат неорганические компоненты, обладающие вяжущими свойствами. Цемент — основа бетона, железобетона, штукатурки, кладочного раствора и других изделий, которые применяются в строительстве любых построек жилого и производственного типа.

Главная особенность цементной массы: при смешивании порошка с водой, он начинает окаменевать, понемногу превращаясь в единый твердый массив. При этом неважно, в воде или воздухе происходит процесс. При соблюдении основного условия – достаточного увлажнения порошкообразной цементной массы, результат будет одинаковым: каменный блок высокой эксплуатационной прочности.

Любой человек понимает, что такое цемент и для чего он нужен. Куда меньше известно, как именно производится этот популярный материал для строительства, из чего, в результате каких технологий.

Основные неизменные компоненты для его создания:

• клинкер
• гипс
• специальные минеральные добавки.

Остановимся подробнее на этапах производства, на используемом сырье. Именно качество сырья определяет будущую крепость и другие важные свойства вяжущей массы.

Содержание

1. Сырьевой материал
2. Карбонатный тип.
3. Глинистое сырьё.
4. Корректирующие добавки
5. Состав
6. Процесс изготовления
7. Этапы производства

Сырьевой материал

Цемент изготавливается на профильных заводах. Они, как правило, расположены вблизи от мест добычи первичного сырья, из которого позже будут изготавливать смесь.

Наиболее часто в качестве составляющих для цементного производства добываются несколько разновидностей полезных ископаемых.

Карбонатный тип.

Структура такого типа может быть как кристаллической, так и аморфной. Она положительно влияет на результат обжигания с другими составляющими. При достаточном уровне влажности этот наполнитель становятся пластичным, вязким, разбухает и достигает больших объемов. Карбонатное сырьё чаще используется при сухом варианте изготовления.

Рассмотрим подробнее карбонатные породы. К ним можно отнести:

• Мел. Относится к осадочно-горным породам, очень легко перетирается. Наиболее распространенная составляющая цемента.
• Мергель. Иначе его ещё называют мергелистый известняк. Это ископаемое осадочной породы, которое добывается как в твердом или разрыхленном состоянии. Оно отличается высокой концентрацией влаги. Мергель может содержать в себе примеси глины, благодаря чему оно имеет общие черты с известняковыми и глинистыми породами. Эти примеси могут влиять на строительные свойства и технические характеристики цемента, но незначительно, поскольку в смесь, в соответствии с утвержденными производственными стандартами, входят минеральные вещества в количестве не менее 15%.
• Известняк, ракушечник. Это сырьё, в котором не наблюдается включений кремния. Поэтому он обладает пористой структурой, которая легко поддается силовому воздействию.
• Доломитовые и осадочные породы, которые содержат в себе карбонаты. Такое сырьё очень ценно благодаря своим особенным свойствам.

Глинистое сырьё.

• Глина. Она содержит в себе минеральные вкрапления, которые разбухают при попадании воды.
• Суглинки. Это разновидность глины, отличающаяся высоким содержанием песка и пылевых частиц.
• Сланцы с глинистой основой. Они относятся к высокопрочным горным породам повышенной плотности, при раздавливании распадаются на слоистые пластины. Для этого сырья характерен постоянный гранулометрический состав и пониженное влагосодержание.
• Лесс. Это пористая, мелкозернистая горная порода, которой свойственны рыхлость и отсутствие пластичности. Она часто содержит в себе включения силиката и кварца.
• Также в качестве замены могут применяться промышленные отходы и другие виды шлаков.

Корректирующие добавки

Дополнительно при изготовлении цементной массы добавляются специальные пластификаторы. Материал может обладать разными свойствами в зависимости от состава.

Например, если даже на несколько процентов увеличить или уменьшить содержание той или иной добавки, свойства цемента уже будут немного другими.

Современная технология производства этой вяжущей массы предусматривает введение в состав специальных корректирующих добавок, с помощью которых значительно улучшаются характеристики цемента. Пластификаторы положительно влияют на такие свойства цементного состава:

• устойчивость к разрушительному воздействию коррозионных процессов;
• стойкость по отношению к перепадам температурных режимов;
• прочность будущих конструкций;
• скорость застывания;
• пластичность раствора;
• степень к размыванию водой.

Состав

Вы когда-нибудь размышляли о том, из чего делают цемент? Его состав зависит от особенностей сырья и марки раствора. К примеру, в один из самых популярных на строительном рынке «Портландцемент» входят такие вещества:

• На 25% он состоит из кварца
• На 60% — из извести
• 5% — алюминий (глинозем)
• 10% занимают оксиды железа и гипс.

По большей части при изготовлении раствора используются карбонатные и глинистые соединения. Существует множество видов этого строительного материала. Различные технологии производства и марки данного продукта обычно отличаются только процентным смещением в ту или другую сторону его составляющих.

Отдельные виды, шлакопортландцемент, например, содержит в составе угольный шлак: продукт, образующийся в результате обжигания клинкера.

Вне зависимости от рецепта, неизменные компоненты цемента — известняк и глина. При этом содержание известняка допускается не менее, чем в три раза, выше глины, чтобы достичь необходимого высокого уровня качества клинкера для производства цемента.

Основные ингредиенты цемента:

• Клинкер. Он определяет прочностные свойства цемент и является результатом обжигания глино-известянковой смеси. Клинкер — это основа конечной продукции, используется он в гранулированном виде (диаметр гранул варьируется от 10 до 60 мм). Термическая обработка клинкера происходит при средней температуре 1500 градусов по Цельсию. При его плавлении образуется масса, которая в большом количестве сдержит диоксид кальция и кремнезем. Именно они в будущем будут определять эксплуатационные характеристики цементной массы. Далее гранулы раздавливаются до порошкообразного состояния и обжигаются.
• Гипс. Процент содержания гипса в цементном составе определяет период твердения конечного продукта. Классическая рецептура предусматривает использование до 6% этого компонента.
• Специальные добавки, используемые для усиления имеющихся свойств или придания составу специальных характеристик, расширяющих сферу применения. К примеру, марка 400 используется для заливки фундамента и сооружения балок перекрытий в высотных зданиях. Также очень часто цемент применяют в строительстве для создания бетонированный конструкций и различной арматуры.

Процесс изготовления

Цемент изготавливается в несколько этапов, к каждому из которых нужно относиться с должным вниманием. Специалисты производят следующие операции:

1. Заранее смешиваются известняк и глина (75% и 25% соответственно) для дальнейшего получения клинкера.
2. Глино-известняковая смесь подвергается температурному воздействию в районе полутора тысяч градусов по Цельсию. Полученная масса — это и есть клинкер.
3. Далее клинкер измельчается в шаровой мельнице. Это специальный горизонтальный барабан, внутри которого находятся стальные шары. Они перемалывают клинкер в порошок. Чем меньше получаются фракции клинкера, тем более качественным будет конечный продукт.

Этапы производства

В современных реалиях предусмотрены различные методы производства цемента, по-разному действующие на сырье. Выбор метода может быть обусловлен расположением конкретного завода, наличием нужного оборудования, а также спросом на определенные марки цемента.

Различные варианты технологий производства цемента отличаются друг от друга особенностями предварительной подготовки исходного сырья. Она может осуществляться:

• По мокрой технологии. При использовании такого метода вместо извести в состав вводят мел. Мел и другие составляющие перемешиваются с обязательным добавлением воды. Одновременно с перемешиванием происходит измельчение материалов в горизонтальном барабане. Влажность получившейся шихты будет на уровне 30-50%. Получившаяся масса обжигается в печи и превращается в шарообразный клинкер, который затем измельчается.
• Сухим методом. Данная технология обладает сниженной себестоимостью и сокращением времени производства. Этому способствует объединение технологических операций: перемалывание в шаровой мельнице и сушка компонентов горячими газами осуществляются одновременно. В результате получается шихта в виде порошка.
• Комбинированным методом. При использовании данного способа объединяются особенности двух предыдущих методов производства, хотя на разных производствах есть некоторые отличия. Например, один вариант предусматривает получение полусухого состава с содержанием воды до 18%. Этого можно достичь при просушивании шихты, произведенном мокрым методом. Другой вариант предполагает последовательную подготовку сухой смеси, затем её 14%-ое увлажнение, затем гранулирование и заключительный обжиг.

Таким образом, становится понятно, какое сырьё применяется при изготовлении цемента, как именно он производится, какие технологические особенности присутствуют на каждом из этапов его производства. От сбора сырья до конечного этапа имеется множество тончайших нюансов изготовления, которые стоит доверить профессионалам, занимающимся изготовлением цемента.

состав и производство, как добывают сырье на заводе, технология и изготовление в домашних условиях

Цемент входит в число основных строительных материалов. Он используется при создании связующих строительных растворов, цемент используют при изготовлении бетонных и железобетонных изделий. От качества данного материала зависит, насколько прочное и долговечное будет здание, или железобетонная конструкция.

История цемента началась в Англии, где в 1824 году был зарегистрирован патент на его изобретение. В то время для изготовления цемента использовалась известковая пыль, смешанная с глиной. Полученная смесь подвергалась воздействию высокой температуры, при которой она спекалась.

Обожжённый полуфабрикат цемента называется клинкер. Цементом он становится после перемалывания клинкера до порошкообразного состояния.

В строительстве используется основное свойство цемента – при смешивании с водой он постепенно твердеет, а затем превращается в прочный камень. Характерную для готового изделия прочность материал может приобрести даже в воздушной среде, если присутствует избыточная влажность.

Содержание

• 1 Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления
• 2 Состав, из которого производят цемент
• 3 Производство – как изготавливают цемент, процесс получения на заводе
• 4 Классификация цементных смесей

Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления

Сегодня процесс изготовления цемента изменился. Изготовляют его несколькими способами, да и компоненты, входящие в его состав, тоже отличаются от использовавшихся две сотни лет назад.

Чтобы было понятно, из чего делают цемент и как происходит его производство, необходимо знать, какие виды сырья используют сегодня производители этого важного строительного материала.

Так как сырьём для производства цемента гост31108 2003, гост 30515 2013 служат естественные породы, то и предприятия, занимающиеся его изготовления, чаще всего размещают поблизости от мест добычи этих пород.

Все ископаемые, из которых делается цемент, делятся на два вида:

1. Карбонатные ископаемые, отличающиеся характеристиками и особенностью структуры. Именно структура породы обеспечивает эффективное её взаимодействие с остальными ингредиентами состава продукта.
2. Глинистые и горные породы, имеющие осадочное происхождение. Имея минеральную основу, при увлажнении они приобретают пластичность и увеличиваются в объёме. Так как для данного вида сырья характерна вязкость, то их можно использовать, производя цемент сухим способом.

Теперь следует назвать конкретно, какие ископаемые относятся к каждому из видов сырья, используемых при производстве цемента.

К карбонатным породам относят следующие виды природного сырья:

• мел, представляющий разновидность известняка. Обладает способностью легко измельчаться;

Мел

• мергелистый известняк, в природе встречается как в рыхлом, так и в твёрдом состоянии. В породе могут содержаться примеси глины, поэтому данный вид известняка считается сырьём переходным, обладающим свойствами, характерными и для известняков, и для глины;

Мергелистый известняк

• известняки – ракушечники, не имеющие включений кремния. Порода имеет пористую, легко разрушающуюся при сжатии структуру;

Известняки – ракушечники

• доломитовые породы и другие ископаемые осадочного происхождения. Они содержат карбонаты, придающие породе ценные свойства.

Доломит

Глинистые породы включают следующие виды ископаемых:

• глина с минеральными включениями, набухающими при контакте с водой;

Глина

• суглинки, содержащие повышенную концентрацию частиц песка;

Суглинки

• сланцы, имеющие глинистую основу. Данное сырьё относят к горным породам, повышенной прочности. При механическом воздействии разделяется на пластинчатые пластины. Характеризуется стабильным составом и низким содержанием влаги;

Сланцы

• лесс, пористая порода, с включениями частиц кварца и силиката.

Лесс

Кроме данных видов сырья, что изготавливать цементную смесь на заводе используют некоторые виды производственных отходов. Для улучшения качества в его состав добавляют добавки, предусмотренные технологическим процессом: глинозём и кремнезём, плавиковый шпат и апатиты.

Применение песка просто необходимо при проведении самых разных ремонтных и строительных работ. Тут все о применении карьерного песка.

При проведении отделочных работ на кухне, в ванной или в любом другом помещении необходимо знать время высыхания плиточного клея. Здесь можно узнать, сколько сохнет плиточный клей.

В настоящее время декоративная штукатурка по праву является самым популярным и прогрессивным методом отделки. Перейдя по ссылке ознакомитесь с самостоятельным ее приготовлением.

Все добавки, называемые пластификаторами, также природного происхождения. Они влияют в лучшую сторону на следующие качества цемента:

• увеличивают стойкость к изменениям температуры;
• усиливают прочность;
• подвижность и эластичность продукта;
• уменьшает проникновение воды в готовое изделие.

В зависимости от свойств, добавленных в состав цемента пластификаторов, его раствор будет застывать быстрее, или же медленнее.

Состав, из которого производят цемент

Часть людей работающих в сфере строительства не знают, из чего делается цемент.

Состав цемента может быть различным в зависимости от марки и предназначения.

Однако вне зависимости от вида цемента, то есть рецепта, использованного при его производстве, основой для него служат два компонента – известняк с добавлением глины.

Глина

Количество известняка в три раза превышает количество глины. Такие пропорции необходимы для получения качественного клинкера, являющегося полуфабрикатом для производства цемента.

Известняк

Теперь можно назвать основные компоненты состава, чтобы каждому было ясно, из чего делают цемент:

• клинкер, основа конечной продукции, определяющая её характеристики прочности. Используется в виде гранул диаметром до 60 мм. Его термообработка выполняется при температуре, доходящей до 1500°. При плавлении клинкера образуется масса, для которой характерно высокое содержание кремнезёма и кальциевого диоксида;
• данные компоненты влияют на эксплуатационные характеристики конечного продукта. Перед обжигом гранулы клинкера измельчаются до пылеобразного состояния;
• гипс, определяющий скорость затвердевания цемента. В базовых рецептах предусмотрено добавление в состав чистого гипса до 6 % от общего количества компонентов;

Гипс

• специальные добавки (пластификаторы, морозостойкие присадки, жидкое мыло и т.д.), усиливающие свойства, уже имеющиеся у продукции, или же придающие ей специальные характеристики, способные расширить область применения цемента.

Пластификатор

Производство – как изготавливают цемент, процесс получения на заводе

Изготовление материала выполняется в определённом порядке, поэтапно. В технологии его производства предусмотрены следующие операции:

1. Ингредиенты, предназначенные для изготовления клинкера, предварительно смешиваются. Обязательно необходимо точное соблюдение пропорций состава – 25 % глины и 75% известняка.
2. Полученный состав обжигается при высокой температуре. При высокотемпературном обжиге глина и известь соединяются, образуя клинкер.
3. Готовый продукт измельчается шаровыми мельницами, состоящими из барабанов, расположенных в горизонтальном положении, внутри которых размещены стальные шары. Помещённый в них клинкер размельчается до состояния порошка.
4. Чем мельче полученные фракции цемента, тем лучшие эксплуатационные характеристики он будет иметь.

Существует несколько методов изготовления данного строительного материала. Их выбор обусловлен многими факторами, основными из которых является специфика имеющегося на предприятии оборудования и спрос на определённые марки цемента.

Разработанные технологии имеют отличие в способах подготовки сырья, используемого при производстве состава. Порядок его изготовления остаётся прежним.

Производство

Разработаны следующие методы:

1. Мокрая технология, предусматривающая замену извести мелом. В процессе смешивания компонентов состава происходит измельчение их в шаровой мельнице. Это процесс выполняется с добавлением воды. В результате образуется шихта, имеющая концентрацию влаги до 50%.
2. Полученный материал затем обжигается в печи. После обжига он уже становится клинкером. Затем его измельчают.
3. Сухая технология значительно уменьшает себестоимость производства, так как она объединяет несколько технологических операций в единый процесс. При использовании данной технологии компоненты, поступающие в шаровую мельницу, одновременно размалываются и сушатся.
4. Для сушки используется воздействие горячих газов. Готовая шихтная масса имеет консистенцию порошка.
5. Комбинированная технология объединяет особенности вышеописанных способов производства. В зависимости от оборудования, используемого на предприятии, может быть получен полусухой состав, имеющий влажность до 18%.
6. Во втором варианте первоначально подготавливается сухая смесь, затем увлажнённая до 14 %. В обоих вариантах подготовленный состав затем отжигается и перемалывается.

Подробнее о производстве цемента смотрите на видео:

Классификация цементных смесей

Существует много разновидностей и различных марок данного строительного материала. Различают их по основному составу и добавкам, придающим каждому виду особые свойства.

Среди основных типов выделяют:

• портландцемент, с которого начиналось производство популярного в строительстве продукта. Для изготовления связующих растворов его не используют. Он применяется для создания бетонных изделий высокой прочности, штукатурке и отделочных работах;
• часто используют при возведении фундаментов. Для этого необходимо знать, как разводить цемент с песком;

Портландцемент

• шлаковый цемент, при изготовлении которого используется доменный шлак и активные присадки. Используется для изготовления бетона и строительных растворов;
• глинозёмистый цемент, отличается устойчивостью к воздействию влаги, быстрым затвердеванием;

Глиноземистый

• кислотоупорный цемент, в котором используется кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Материал устойчив к воздействию кислот, но недолговечен.

Приобретая любой из видов цемента, следует знать, что его состав активно взаимодействует с окружающей средой, при долгом хранении теряя свою прочность.

Даже если он хранится в сухом помещении, то спустя несколько месяцев его марка изменится в меньшую сторону. Поэтому, при его приобретении, следует обращать внимание на дату изготовления. Так же можете ознакомиться с нашей статьёй о технических характеристиках цемента м400.

Цемент: самый разрушительный материал в мире или двигатель прогресса?

Ежегодно мы используем более 4 миллиардов метрических тонн цемента, и при его производстве выбрасывается почти 3 миллиарда метрических тонн CO2. И все же без этого материала не обойтись.

Так компании работают над снижением воздействия на окружающую среду. Это, несомненно, одно из самых знакомых явлений для всех нас. Он был рядом с нами в больнице, когда мы родились. Это было с нами в первый день в школе, почти наверняка в первый день на работе или в первый полет. Бетон, возможно, является отличительной чертой антропоцена. Несколько лет назад The ​​Guardian назвал его «самым разрушительным материалом на Земле». И все же Вацлав Смил, член Канадской академии наук, подсчитал, что если бы полы в самых бедных домах мира были сделаны из цемента, а не из земли, паразитарные заболевания уменьшились бы на 80 процентов.

Бетон является наиболее потребляемым материалом в мире, и, по данным Цюрихского политехнического института, с начала промышленной революции было отлито около 900 миллиардов метрических тонн (эквивалентно заливке 1-метрового слоя бетона на весь Ирак).

Бетон, пожалуй, отличительная черта антропоцена.

Воздействие этого на экосистемы нетрудно представить. В последнее время мировое производство цемента (который, как мы увидим, не то же самое, что бетон) составляет немногим более 4 миллиардов метрических тонн в год (в 1995). Китай является крупнейшим производителем с 2 200 миллионами метрических тонн. По данным Королевского института международных отношений Великобритании (Chatham House), в обычном сценарии мировое производство цемента, обусловленное растущей урбанизацией и инфраструктурными проектами в менее экономически развитых странах, должно достичь 5 миллиардов метрических тонн. в год в течение следующих трех десятилетий.

Что такое цемент?

Но давайте начнем с самого начала. Ранние формы цемента уже использовались в древние времена — вы, возможно, помните, как в школе учили смесь известкового раствора и пуццолана, которую римляне использовали для opus caementitium при строительстве своих акведуков. Современный вариант был создан в 1824 году, когда англичанин Джозеф Аспдин запатентовал портландцемент, на котором основаны почти все современные виды цемента. Что такое цемент? По сути, это вяжущее, которое активируется при соединении с водой (гидравлическое вяжущее).

Может быть изготовлен из мергелей, известняков или глин, нагретых до 2642 градусов (температура лавы), что приводит к прокаливанию, распаду известняка на оксид кальция и углекислый газ. Полученный материал известен как клинкер, который измельчается и смешивается с мелом, превращаясь в цемент. Между обжигом и потреблением энергии производство одной метрической тонны цемента приводит к приблизительному выбросу 1 метрической тонны CO2 в атмосферу. Добавление песка и гравия (известных как заполнители) к цементу дает бетон. На один кубический метр бетона требуется около 300 килограммов цемента, один кубический метр заполнителей и 120 литров воды.

От сырья к воде: потребление цементной промышленности

Строительный сектор потребляет около 50 процентов всего добываемого в мире сырья, что составляет 42 миллиарда метрических тонн в год (вес горы, сделанной из 14 миллиардов внедорожников Land Rover Discovery).

Одна метрическая тонна CO2 на каждую метрическую тонну цемента — это далеко не то, что можно было бы назвать деятельностью, благоприятной для климата. На самом деле, цементная промышленность отвечает примерно за 5-9процент (в зависимости от оценки) общих антропогенных выбросов, чуть ниже химической промышленности и более эффективен, чем металлообработка или авиация. «С его 2,8 миллиардами метрических тонн, если бы цементная промышленность была страной, она была бы третьим по величине источником выбросов двуокиси углерода после США и Китая», — говорится в The Guardian. Несмотря на снижение потребления энергии, для того, чтобы топить печи, чтобы они достигли почти 2732 градусов, требуется более или менее 5 процентов мирового потребления энергии.

При более внимательном рассмотрении производственного процесса мы можем сосредоточиться на воде: на одну метрическую тонну клинкера требуется почти 500 литров. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, на это приходится 9 процентов глобального промышленного использования воды. «Потребность в воде огромна и особенно обременительна в тех регионах Земли, где нет изобилия пресной воды», — говорит Кристиан Мейер из Колумбийского университета. «Бетонная промышленность использует около 1 миллиарда кубометров воды каждый год».

С его 2,8 миллиардами метрических тонн, если бы цементная промышленность была страной, она была бы третьим по величине источником выбросов двуокиси углерода в мире.

А когда продукты из цемента (здания) подходят к концу, они становятся основным источником отходов: в Европе они составляют более одной трети всех производимых отходов, около 500 миллионов метрических тонн.

Инновации в цементе

Невозможно не заметить большие преимущества этого материала: он универсален, дешев, чрезвычайно прочен, имеет очень долгий срок службы и на 100 % пригоден для повторного использования. Однако с такой визитной карточкой глобальная бетонная промышленность неизбежно становится одним из важнейших фронтов экологического перехода и борьбы с изменением климата.

Как мы увидим, компании предпринимают шаги. Однако Джоанна Лене из Chatham House, соавтор отчета Феликса Престона о низкоуглеродных инновациях в цементе, делает полезную оговорку: их существующие бизнес-модели. И, в отсутствие сильного сигнала ценообразования на выбросы углерода, мало краткосрочных экономических стимулов для внесения изменений».

Мы можем попытаться дать краткий, но явно не исчерпывающий обзор действующих инициатив. Они будут представлены в алфавитном порядке.

Сокращение выбросов углерода

C для двуокиси углерода. Если половину выбросов можно объяснить химическими реакциями между материалами, из которых состоит клинкер, первым решением может быть замена этих материалов и уменьшение количества клинкера в цементе и бетоне. Часть клинкерного сырья уже заменяется отходами производства других отраслей производства, обладающими такими же химическими и физическими свойствами. К ним относятся зола от угольных электростанций и доменный шлак от производства стали, оба являются хорошими примерами промышленного симбиоза.

«Сегодня в Европе около 5 процентов сырья, используемого для производства клинкера, около 9 миллионов метрических тонн в год, состоит из переработанных материалов и золы от процессов сжигания», — утверждает Никос Николакакос, менеджер по окружающей среде и ресурсам. в Cembureau, европейской ассоциации производителей цемента (в которую также входят Турция, Швейцария, Норвегия и Великобритания, достигая 6 процентов мирового производства).

По всему миру построено пятьдесят установок по улавливанию и хранению углерода, все пилотные установки, две связаны с цементными заводами.

В том же секторе была запущена программа ЕС ReActiv (Активация промышленных остатков для устойчивого производства цемента) для объединения цепочек поставок цемента и алюминия, использования остатков бокситов (побочные продукты производства алюминия) в производстве цемента, тем самым сокращая отходы кальцинирования и Выбросы CO2.

Vertua, ряд изделий из низкоуглеродистого бетона (до 70% меньше, по данным производителя), производимых мексиканской транснациональной компанией Cemex, используется при строительстве высокоскоростной железной дороги HS2 в Великобритании. Доля клинкера в цементе Cemex снизилась с 85,5% в 19сегодня от 90 до 77 процентов.

Том Шулер, бывший генеральный директор Solida Technologies, рассказал на конференции TED об инновациях в этой компании, которая недавно получила почти 80 миллионов долларов от нескольких инвестиционных фондов. «Мы используем меньше известняка и обжигаем печь при более низкой температуре, что приводит к сокращению выбросов CO2 на 30 процентов».

Цемент Solida Technologies «не вступает в реакцию с водой, но затвердевает при контакте с CO2, уловленным в других промышленных системах. Запускаемая химическая реакция «расщепляет» углекислый газ с образованием известняка». По сути, вместо выделения CO2 этот цемент, который до сих пор использовался только для изготовления сборных изделий, поглощает парниковый газ, сокращая выбросы на 70 процентов и экономя значительное количество воды.

Аналогичное решение предлагает канадская фирма CarbonCure, которая впрыскивает в бетон углекислый газ, химически преобразованный в минерал.

Улавливание CO2

Упомянутые здесь решения, хотя и чрезвычайно интересны, по-прежнему являются нишевыми. У них многообещающие приложения, но они все еще недоступны для широких слоев рынка. Таким образом, чтобы сократить выбросы, производственные компании сосредотачиваются на улавливании и хранении углерода (CCS).

«Сокращение выбросов CO2 за счет внедрения технологии улавливания и хранения углерода или улавливания и повторного использования в производстве цемента становится интересной и активной областью исследований», — объясняет Пауло Монтейро из Калифорнийского университета в Беркли. «Однако это все еще неэкономично». Это связано с тем, что CCS еще не получил широкого распространения в промышленных масштабах.

По данным Глобального института CCS, во всем мире завершено строительство 50 установок по улавливанию и хранению углерода, все пилотные установки, две из которых связаны с цементными заводами. Из этих 50, по данным статистической службы Statista, 26 действовали в 2020 году. Большинство крупных игроков в этом секторе сосредоточены на CCS: от China National Building Materials (CNBM), крупнейшего в мире производителя, до LafargeHolcim, которая объявила о четырех пилотных проектах в 2020 году. в одиночку и в Dalmia Group в Индии.

Есть также несколько европейских проектов на этом очень интересном фронте, не только для цементной промышленности. LEILAC 1 (Low Emissions Intensity Lime & Cement) и LEILAC 2 объединили Calix (австралийский производитель устойчивых технологий для промышленности) и HeidelbergCement (четвертый по величине производитель цемента в мире) для создания пилотного завода на Ганноверском цементном заводе. При мощности 100 000 метрических тонн в год цель состоит в том, чтобы доказать, что можно создать технологию улавливания и хранения в промышленном масштабе, которая будет недорогой, масштабируемой, воспроизводимой и применимой к существующим объектам.

В декабре 2020 года немецкая компания HeidelbergCement также получила государственное финансирование для создания завода по улавливанию углерода, который должен заработать в 2024 году, на цементном заводе Norcem в Бревике, Норвегия. Цель состоит в том, чтобы улавливать 1,8 миллиона метрических тонн углекислого газа в год благодаря смеси воды и аминовых растворителей. Затем это будет храниться под Северным морем (в истощенных нефтяных скважинах Эквинора).

Энергосбережение и сокращение использования ископаемого топлива

Далее мы переходим к E для энергии. В то время как половина выбросов, влияющих на климат, связана с прокаливанием, другая половина связана с использованием энергии, особенно в печах, которые в основном работают на ископаемом топливе. Одним из решений может быть электрификация, но это будет трудно реализовать, учитывая очень высокие температуры, при которых должны работать печи.

Однако попытки были предприняты. В Швеции Cementa (дочерняя компания HeidelbergCement) сотрудничала с энергетической компанией Vattenfall в рамках проекта CemZero, направленного на электрификацию производства. Продемонстрировав техническую осуществимость, исследование продвигается через три проекта в сотрудничестве с несколькими университетами и компаниями: передача тепла в плазму во вращающихся печах, прямое улавливание углерода при прокаливании и снова электрифицированное производство. HeatNeutral — это стартап, который в сотрудничестве с LafargeHolcim разрабатывает печи, требующие меньше топлива, чем традиционные печи с эквивалентной выходной мощностью.

Однако мы снова обсуждаем нишевый опыт и пилотные программы. Тем временем компании стремятся заменить традиционные виды топлива неперерабатываемыми отходами при поддержке Европейского Союза. Это позволяет избежать импорта и сжигания ископаемого топлива и сократить количество отходов, отправляемых на свалки. «В ЕС в 2018 году сектор заменил 48 процентов своего потребления ископаемого топлива, — отмечает Николакакос, — на нетопливо, полученное из неперерабатываемых отходов, сэкономив примерно 7,8 миллиона метрических тонн углерода».

По словам компаний, это также экономика замкнутого цикла. До тех пор, пока — мы хотели бы добавить — это не снижает обязательств по переработке. Помимо печей, электрификация и энергоэффективность более доступны: LafargeHolcim, например, инвестирует в технологию рекуперации отработанного тепла (WHR), которая использует тепло от печей для производства электроэнергии.

Переработка сырья и продление срока службы бетона

R для сырья. Хотя может быть трудно заменить материалы, используемые для производства клинкера, этого нельзя сказать о бетонных заполнителях. И, как и во всех цепочках поставок, сокращение естественного извлечения достигается за счет вторичной переработки.

Mobbot, еще один стартап, выбранный LafargeHolcim через свою открытую инновационную платформу, работает над интеграцией переработанных материалов в процессы 3D-печати, которые более эффективны в использовании материалов по сравнению с традиционным литьем. «Бетонный мусор, вероятно, является наиболее важным кандидатом на повторное использование в новом бетоне», — объясняет Кристиан Мейер. «Использование такого мусора для производства нового бетона сохраняет природные ресурсы и в то же время снижает ценную вместимость свалки».

Колумбийский университет провел исследования по использованию бывших в употреблении стеклянных и переработанных ковровых волокон в качестве заполнителей. «Поскольку ковровые волокна обычно изготавливаются из нейлона, было показано, что переработанные волокна улучшают некоторые механические свойства бетона», — поясняет исследователь. Несколько университетов провели исследования других отходов, которые могут быть полезны, включая древесину, использованные шины, пластик, отходы бумажной фабрики, а также сельскохозяйственные отходы, такие как зола багассы, пробка, скорлупа арахиса и зола рисовой шелухи.

Поскольку воздействие продукта на окружающую среду должно оцениваться на протяжении всего его жизненного цикла, продление и без того длительного срока службы бетона может способствовать смягчению его воздействия на окружающую среду. Интересным примером являются различные исследования, проведенные по включению в бетон бактерий, которые помогают активировать процессы (осаждение карбонатов) с эффектом самовосстановления и предотвращения образования трещин.

Повторное использование воды

Наконец, W для воды. «Рециркуляция воды может быть легко осуществлена ​​на практике, и в некоторых странах это уже является законодательным требованием», — говорит Мейер. Чаще всего в промышленных условиях компании прибегают к закрытым системам, которые рециркулируют воду, используемую в производственных процессах и для мытья оборудования. Это также имеет очевидные экономические выгоды.

Компания LafargeHolcim, третий в мире производитель цемента и один из самых инновационных игроков в отрасли, в 2020 году сократила потребность в пресной воде для производства каждой тонны цемента на 9 процентов по сравнению с предыдущим годом. Иногда реализованные решения столь же просты, сколь и эффективны: на предприятии Italcementi в Матере, Италия (часть HeidelbergCement Group), резервуары используются для сбора и хранения дождевой воды для использования.

На пути к экологичному бетону

До сих пор мы сосредоточились на нескольких этапах производственного процесса. Однако ясно, что устойчивость также относится к этапу использования. Здесь некоторые инновационные продукты могут оказывать положительное воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционным цементом. Одним из примеров, все чаще встречающихся в каталогах производителей, является водопроницаемый бетон, пропускающий воду без изменения водного цикла. Это ограничивает гидроизоляцию почвы, а в городах способствует уменьшению эффекта теплового острова.

Другим примером является i.active Biodynamic компании Italcementi, цементный раствор, на 80 процентов состоящий из переработанных заполнителей, полученных из отходов обработки каррарского мрамора. Например, в версии, используемой для облицовки итальянского павильона на выставке Expo 2015 в Милане, раствор также содержал TX Active. Этот фотокаталитический принцип, запатентованный Italcementi, использует свет для ускорения процессов естественного окисления, которые способствуют более быстрому разложению загрязнителей окружающей среды (микропыли, оксидов азота), предотвращая их накопление.

Однако мы понимаем, что одних технологических инноваций недостаточно для экологического перехода. Государственные учреждения пытались сыграть свою роль: от Китая, чей 13-й пятилетний план направлен на снижение теплоемкости производства, до Европейской схемы торговли выбросами и правил энергоэффективности.

Но видимо этого недостаточно, если не срабатывает «реакция» со стороны рынка. «Правительство и крупные компании-потребители бетона должны развивать рынок низкоуглеродных строительных материалов», — размышляет Йоханна Лене. В частности, «это повлечет за собой включение показателей «воплощенного углерода», выбросов, выделяемых в процессе производства».

Что такое цемент, из чего он сделан и как его сделать?

Содержание

Независимо от того, работаете вы на стройке или нет, вы, вероятно, понимаете, что цемент присутствует почти везде, особенно если вы живете в городе с высокими небоскребами и прочными тротуарами.

Но что такое цемент? Из чего это сделано? Как это делается?

В этой статье мы расскажем все, что вам нужно знать о цементе, от его химического состава до процесса производства, включая различные типы цемента и разницу между цементом и бетоном.

Цемент — это вещество, которое в основном используется в строительстве, которое восходит к Римской империи и сегодня все еще используется в качестве одного из наиболее распространенных материалов, используемых в строительстве. Это связано с тем, что цемент очень хорошо связывает другие материалы, потому что он схватывается и затвердевает, что обеспечивает очень прочную связь.

Цемент обладает так называемой высокой прочностью на сжатие, что означает, что он может выдерживать большой вес, не изменяя своей формы и не двигаясь каким-либо образом. Однако цемент имеет низкую прочность на растяжение, что означает, что он не может выдерживать сильное растяжение или растяжение без разрушения, а это означает, что для его усиления необходимо добавлять волокнистые материалы.

Это дает цементу ярлык «связующее», который является термином, используемым для материала или вещества, такого как цемент, который скрепляет материалы вместе, образуя единое целое. Все вяжущие, как правило, работают одинаково: сначала они представляют собой жидкий тестообразный материал, а затем затвердевают. Существует две категории вяжущих, органические и неорганические, которые включают цемент.

Цемент гораздо более химичен, чем многие думают, а прочность, время отверждения, теплота гидратации и устойчивость к сере во многом зависят от того, какие химические вещества использовались и в каком количестве.

Таким образом, производственный процесс строго контролируется, и общие ингредиенты включают ракушки, известняк, мел, глину, сланец, железо, руду, кварцевый песок и доменный шлак, который является побочным продуктом производства железа в доменной печи. печи.

Затем эти ингредиенты смешивают и нагревают до высокой температуры, в результате чего цемент превращается в вещество, похожее на камень, который затем измельчается в мелкий порошок, известный нам как цемент. Для измельчения этих материалов используются вертикальные стальные мельницы с тремя коническими валками, оказывающими большое давление.

После этого большие вращающиеся печи используются для преобразования смеси в вещество, называемое клинкером, которое представляет собой маленькие серые конкреции диаметром около четырех сантиметров. Стальные шарики разного размера используются для измельчения клинкера, когда он проходит через две камеры.

Цемент настолько мелкий, что содержит 150 миллиардов зерен всего в одном фунте цемента. На данном этапе он готов к транспортировке компаниям для использования в самых разных строительных проектах.

Этот способ производства цемента известен как сухой процесс и является наиболее популярным способом производства цемента. Тем не менее, есть некоторые печи, в которых используется мокрый процесс, что означает, что вода используется для измельчения сырья перед его помещением в печь.

Цемент в основном используется в строительстве, и существует множество различных типов цемента, которые можно использовать в зависимости от типа работы, которую необходимо выполнить.

Тип цемента, который используется в строительстве, обычно является неорганическим и может быть классифицирован как негидравлический цемент или гидравлический цемент.

Из-за использования извести, оксихлорида и гипсовых пластин, используемых в этом типе цемента, во влажных условиях или под водой он не может схватываться, а вместо этого схватывается при контакте с двуокисью углерода в воздухе. Однако, как только он был установлен и укреплен в сухих условиях, он не вступает в реакцию с любыми химическими веществами.

Негидравлический цемент был первым изобретенным типом цемента и не так широко используется, потому что он менее практичен и удобен в большинстве применений. Например, много строительных работ выполняется снаружи, поэтому, если вы используете негидравлический цемент и начинается дождь, вы не сможете продолжать, пока дождь не прекратится и цемент снова не высохнет.

Недостаток универсальности и практичности является одной из основных причин того, почему он становится менее распространенным, но при некоторых работах с камнем и раствором он по-прежнему часто используется, потому что это обычно происходит внутри помещений.

Поскольку негидравлический цемент с годами становится все более устаревшим, на передний план вышел новый тип цемента, который называется гидравлическим цементом. На сегодняшний день это наиболее часто используемый вариант, изготавливаемый из известняка, гипса и глины, которые смешиваются при очень высокой температуре.

При создании этого типа цемента учитывались удобство и практичность, поэтому он легко наносится и имеет очень быстрое время высыхания. Это связано с тем, что его ингредиенты образуют устойчивые гидраты силиката кальция при взаимодействии с водой, в результате чего он почти мгновенно затвердевает при заливке — даже во влажных условиях.

Поскольку портландцемент является одним из наиболее часто используемых цементов, мы сосредоточимся на нем немного больше и поговорим о различных типах портландцемента, которые были классифицированы ASTM, и поговорим о том, как они изготавливаются и для чего используются.

Портландцемент является одним из самых популярных типов гидравлического цемента, используемого в строительстве, он восходит к 19 веку и состоит из глины и известняка, которые смешиваются при очень высокой температуре перед добавлением в вода. Портландцемент является едким материалом, а это означает, что он может химически обжечь вашу кожу, если вы не будете обращаться с ним с достаточной осторожностью. 9№ 0003

Портландцемент можно использовать отдельно или в смеси с другими компонентами, что позволяет получить плотные и гладкие поверхности для таких вещей, как тротуары или крытые склады. Его также можно использовать в кирпичной кладке, если он сочетается с другими составами, так как он образует сильное связующее вещество.

Американское общество по испытаниям и материалам или ASTM разработало различные способы классификации портландцемента в зависимости от типа их использования. Эти типы варьируются от типа I до типа V, и в зависимости от требований работы вы можете сделать выбор между тем, какой тип использовать.

• Тип I является лучшим выбором для общего строительства и имеет приемлемую прочность и низкую теплоту гидратации, когда цемент смешивается с водой и выделяется тепло. Обычно он используется для полов, мостов, канализации, труб и армированных зданий, и это лишь некоторые из них.
• Тип II имеет те же области применения, что и тип I, но создает немного больше гидратации, но с меньшей скоростью и устойчив к воздействию серы, что делает его популярным выбором как в Канаде, так и на западе США, поскольку он имеют условия, богатые серой.
• Тип III почти полностью аналогичен типу I по химическому составу, но имеет более короткое время отверждения, что означает, что требуется меньше времени для затвердевания. Отчасти это связано с тем, что он имеет более тонкий помол и содержит большее количество силиката трикальция. Кроме того, он становится прочнее, чем тип I, и хорошо подходит для строительства, требующего быстрого схватывания цемента, чтобы проект можно было быстро завершить и ввести в эксплуатацию.
• Тип IV был изготовлен таким образом, чтобы не выделять столько тепла во время гидратации, которая достигается за счет небольшого изменения ингредиентов.

Однако за это приходится платить, поскольку цемент не обладает такой прочностью, как другие типы портландцемента, но все же может использоваться для строительных конструкций с низким отношением площади поверхности к объему, таких как гравитационные плотины.

Это связано с тем, что если бы цемент имел более высокое количество тепла во время гидратации, это могло бы привести к трещинам в плотине, которые могут иметь разрушительные последствия.

Наконец, тип V во многом похож на тип II, но гораздо более устойчив к серным атакам. Это достигается за счет снижения содержания определенного химического вещества, называемого C ₃ А менее 5 %. Это делает его подходящим для структур, которые находятся под землей, где они могут контактировать с ионами, богатыми серой.

В бетонном строительстве используется до 13 различных видов цемента, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Термины «цемент» и «бетон», кажется, используются для обозначения друг друга в повседневном разговоре, но обычный человек может не знать, что цемент является ингредиентом бетона, и это не одно и то же.

Бетон изготовлен из смеси пасты и заполнителей, где паста представляет собой воду и портландцемент, а заполнители — гравий, песок и щебень. Если вы один из тех, кто использует цемент и бетон взаимозаменяемо, не расстраивайтесь, потому что это было обычным явлением в течение 600 лет!

Производство цемента иллюстрировано

1. ) Известняк добывается в карьере. Это основной ингредиент, необходимый для производства цемента. Также необходимы меньшие количества песка и глины. Известняк, песок и глина содержат четыре основных элемента, необходимых для производства цемента. Четыре основных элемента — это кальций, кремний, алюминий и железо.

2.) Известняковые породы размером с валун транспортируются из карьера на цементный завод и подаются в дробилку, которая дробит валуны на куски размером с мрамор.

3.) Кусочки известняка затем проходят через блендер, где они добавляются к другому сырью в правильной пропорции.

4.) Сырье перемалывается в порошок. Иногда это делается с помощью роликов, которые придавливают материалы к вращающейся платформе.

5.) Затем все отправляется в огромную, очень горячую вращающуюся печь, где проходит процесс, называемый «агломерация». Спекание означает: превращение в связную массу путем нагревания без плавления.