Что такое портландцемент, его характеристики и производство

Содержание:

Технология изготовления
Компоненты цементно-песчаных смесей
Процесс изготовления
- Этапы производства
Химический состав
Маркировка цемента М500 согласно старому и новому ГОСТ
- ГОСТ 10178-85
- ГОСТ Р 31108-2003 ( с дополнениями 2016 г.)
Корректирующие добавки
Термическая обработка
Сырье и производство глиноземистого цемента
Как делают цемент
- Сухой способ
- Мокрый способ
Свойства и характеристики
Из чего делают цемент: основное сырьё
Глинистое сырье
Состав производства и применение
Как определить марку
Процесс изготовления
Виды
Сырьевые материалы
Как делают цемент
- Сухой способ
- Мокрый способ

Технология изготовления

Для изготовления цемента марки 500 используют:

гипсовый камень – природный материал осадочного происхождения;
клинкер — составляющая, получаемая путем спекания при высоких температурах желтовато-зеленого известняка («зеленки») и глины;
доменная шихта — смесь шлака, минеральных добавок, химического активатора;
добавки, обеспечивающие пластичность, кислотоупорность, водостойкость.

Процесс изготовления состоит из двух основных стадий, подразделяющихся на производственные этапы:

Получение клинкера. Известняк подвергают предварительной сушке в промышленных сушилках. Высушенное сырье смешивают с глиной, подвергают обжигу во вращающихся печах при температуре 1300-1450 ⁰C.
К клинкеру подмешивают гипс и остальные компоненты и измельчают до получения сыпучей однородной порошкообразной массы.

В зависимости от качественных показателей сырья, его состояния, производство кондиционного материала производится несколькими способами.

Промышленный метод	Сущность метода
Сухой	Позволяет значительно сократить потребление энергоресурсов. Сушка сырья производится прямо перед помолом или в его процессе. Размолотый порошок обрабатывается горящим газом.
Мокрый	Используется в случае использования мокрого либо неоднородного по составу сырья. Оно подвергается предварительному измельчению в воде. Затем водная суспензия обжигается в печи. Полученные гранулы поддаются измельчению до получения порошкообразной смеси.
Комбинированный	Сочетает в себе оба метода. Производится двумя способами: Смесь производится сухим способом, затем идет образование гранул с добавлением воды. Смесь измельчается в воде, затем идут процессы сушки и обжига.

Произведенный таким образом порошкообразный материал готов к замешиванию с водой и прочими компонентами бетонной смеси.

Компоненты цементно-песчаных смесей

Что такое цемент? свойства, производство, применение и цена цемента

В состав цементно-песчаных смесей входят:

Портландцемент. При производстве строительных растворов используется цемент марок М400 и М500. Свежий цемент, пригодный к использованию, представляет собой мелкодисперсный сыпучий материал. При затворении водой цемент образует искусственный камень, прочность которого зависит от соотношения компонентов в смеси.
Песок. Для приготовления строительных растворов используют мелкий заполнитель, соответствующий требованиям ГОСТа 8736-2014. Это песок – карьерный сеяный или мытый, речной, очищенный от илистых включений.
Вода. Рекомендуется брать воду питьевого качества или воду, прошедшую лабораторные анализы на наличие примесей, которые могут негативно повлиять на качество конечного продукта.

Для придания пластинному раствору и/или затвердевшему цементно-песчаному слою требуемых характеристик в состав цементно-песчаных смесей вводят:

Пластификаторы. Повышают пластичность и подвижность раствора, а, следовательно, позволяют снизить водоцементное соотношение, удалить пузырьки воздуха, уменьшить риск трещинообразования.
Регуляторы скорости твердения. В зависимости от технической необходимости с их помощью ускоряют или замедляют скорость твердения.
Гидрорфобизирующие добавки. Повышают водонепроницаемость отвердевшего ЦПР.
Присадки, повышающие способность пластичной смеси удерживать воду, что необходимо при работе по водопоглощающим базовым слоям, таким как силикатный кирпич, пенобетон.
Пигменты. Их обычно добавляют в ЦПР декоративно-функционального назначения, приготовленные на базе белого цемента.

Процесс изготовления

Что такое арболитовые блоки и панели: виды, характеристики, сравнение с другими материалами

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

Заранее смешиваются известняк и глина (75% и 25% соответственно) для дальнейшего получения клинкера.
Глино-известняковая смесь подвергается температурному воздействию в районе полутора тысяч градусов по Цельсию. Полученная масса — это и есть клинкер.
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.

Химический состав

Что такое бикрост хпп: стеклохолст и технические характеристики

Цемент, как вещество представляет собой смесь нескольких соединений, которая включает в себя: оксиды кальция, кремния и алюминия в больших количествах, а окислы железа и другие примеси в малом объеме. Наиболее распространённый портландцемент содержит четыре основные химические составляющие: алит (ЗСаО SiО2), белит (2СаО SiО2), целит (ЗСаО Аl2О3) и браунмиллерит (4СаО Аl2О 3Fе2О3), которые, в свою очередь, от количественного состава придают различные свойства конечному продукту.

К примеру: химический состав портландцемента представляет собой: 60-67% оксида кальция (СаО), 19-24% диоксида кремния (SiО2), 4-8% окиси алюминия (Аl2О3), 2-6% окиси железа (Fе2О3) и до 3% присадок других элементов.

Маркировка цемента М500 согласно старому и новому ГОСТ

На рынке стройматериалов можно найти продукцию, как по устаревшему, так и по новому ГОСТам.

ГОСТ 10178-85

В маркировке старого образца указывается:

Сокращенное название сырья — ПЦ – портландцемент; ШПЦ – шлакопортландцемент; ССПЦ – сульфатостойкий портландцемент; ППЦ – пуццолановый портландцемент.
Марка прочности – М300-М600.
Наличие добавок — Д0-Д20.
Особые свойства добавок – Б – быстротвердеющий, Г – гидрофобный.
ГОСТ, согласно которому был произведен материал и проверено его качество.

Пример: цемент ПЦ-500-Д5-СС ГОСТ 10178-85 — портландцемент марки 500 с 5% примесей, сульфатостойкий.

ГОСТ Р 31108-2003 ( с дополнениями 2016 г.)

Данный стандарт согласован с европейскими требованиями EN 197–1. Маркировка материала начинается с букв. Далее идет римская цифра:

I – портландцемент без добавок;
II – материал с минеральными добавками;
III – шлакопортландцемент;
IV – пуццолановый;
V – композиционный.

Материалы II-V групп делятся на подтипы, обозначающие процентное содержание добавок:

А – 6-20%;
В – 21-35%;
С – 36-65%.

Далее указывается класс прочности, присущий различным маркам:

22,5 (М300);
32,5 (М400);
42,5 (М500);
52,5 (М600).

На последнем месте маркировки – информация о скорости застывания смеси – нормальная (Н), быстрая (Б).

Пример: ЦЕМ III/В 42,5Н. Цемент с минеральными добавками, с содержанием примесей 21-35%, классом прочности, соответствующему марке М500 с нормальной скоростью застывания.

Корректирующие добавки

Цементный состав делают из минерального сырья с применением специальных пластификаторов, добавляемых при производстве.

Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены

Технология предусматривает использование добавок на базе ископаемых, содержащих:

Глинозем.
Кремнезем.
Глину.
Плавиковый шпат.
Апатиты.

Введение корректирующих добавок, с помощью которых делают цемент и улучшают его характеристики, предусмотрено технологией. Пластификаторы позволяют улучшить следующие свойства цементного состава:

стойкость к воздействию коррозионных процессов;
устойчивость к воздействию перепадов температуры, глубоким циклам замораживания;
прочностные характеристики;
продолжительность твердения;
подвижность цементного раствора, его эластичность;
степень проницаемости водой.

Термическая обработка

Печь для обжига

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

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

Сырье и производство глиноземистого цемента

Сырьем для этого цемента служат: боксит горная порода, богатая глиноземом, и известняк. Бокситы встречаются сравнительно редко и являются очень ценным сырьем, используемым главным образом для производства алюминия. При производстве данного цемента можно частично использовать и более дешевое сырье некоторые отходы промышленности, богатые глиноземом.

Изготовлении глиноземистого цемента

При изготовлении глиноземистого цемента способом плавления требуется температура около 1400°, способом спекания 1200—1300°. Обжиг до плавления ведут в электрических печах или в вагранках, имеющих кожух, в который подается вода для охлаждения. Обжиг до спекания ведут во вращающихся печах. После обжига и охлаждения производится тонкий помол полученного клинкера.

Глиноземистый цемент получают таким способом

путем плавки в доменной печи бокситовой железной руды с довкои известняка и металлического лома. При этом доменная печь одновременно дает чугун и шлак, представляющий собой глиземистый цементный клинкер. Стоимость глиноземистого цемента в несколько раз превышает стоимость обыкновенного цемента, что ограничивает его применение

Химический состав глиноземистого цемента

По химическому составу глиноземистый (алюминатный) цемент отличается от портландцемента более высоким содержанием глинозема (около 40%) и меньшим содержанием окиси кальция (около 40%) и кремнезема (б—8%). В отличие от обыкновенного цемента, в клинкере которого содержатся главным образом силикаты, клинкер глиноземистого (алюминатного) цемента состоит преимущественно из алюминатов кальция.

Главная составная часть этого цемента однокальциевый алюминат СаО • Аl2Оз, второстепенное соединение двухкальциевый силикат 2СаО • SiO2, инертная примесь геленит 2СаО • Si2O3 • А12Оз.
При соединении однокальциевого алюмината с водой происходит следующая реакция:
2(СаО • Аl2Оз) + nН2О=2СаО •.Аl2О3 • 7Н2О+Аl2О3 • тН20.
Соединение 2СаО • Аl2О3 • 7Н2О является главной составной частью затвердевшего глиноземистого цемента.
В этом цементе не содержится трехкальциевого алюмината и почти не выделяется свободной гидроокиси кальция, т. е. нет тех двух веществ, которые, реагируя с сульфатами и другими веществами, могут вызвать разрушение обыкновенного цемента. Этим и объясняется высокая стойкость затвердевшего глиноземистого цемента в сульфатных, морских, углекислых и других минерализованных водах. Однако сильные кислоты, концентрированные растворы сернокислого магния и щелочей действуют все же разрушающе и на этот цемент.

Как делают цемент

Как и из чего делают цемент на заводе, в общих чертах поясняет схема:

Согласно ей, изготовление цементой смеси происходит по следующей технологии:

Добыча и измельчение горных пород, из которых формируется клинкер. Он, как мы уже знаем, состоит на ¾ из глины, а на ¼ — из известняка. Проще всего использовать мергель, который имеет тот же состав. Но, во-первых, это ископаемое бывает разных видов и не каждый из них подходит для производства клинкера. Во-вторых, запасы мергеля в природе ограничены, а на его образование уходят миллионы лет. Поэтому чаще всего основные компоненты цемента добывают по отдельности и смешивают на заводах в нужной пропорции.
Тщательно измельченную смесь помещают внутрь печи, где при температуре около 1500оС она обжигается в течение 4 часов. К концу обработки достигается эффект гранулирования подплавленной массы.
Далее полученные гранулы охлаждают и измельчают до состояния порошка с помощью специальных барабанов. Однородность помола достигают, просеивая порошок через сито с определенным размером ячеек.
Перемолотый клинкер смешивают с другими ингредиентами, после чего отправляют на фасовку и хранение. Эта технология производства цемента остается неизменной для всех способов его изготовления.

А вы знаете: Отмостка вокруг дома — своими руками из бетона

Сухой способ

Это сравнительно быстрый и экономичный способ производства цемента. Он делится на несколько этапов:

Добытое сырье в непрерывном режиме доставляется на завод, где измельчается несколькими дробилками.
Затем получившиеся гранулы сушат, чтобы упростить следующие этапы.
Просушенные частицы глины и известняка смешивают в нужной пропорции и перемалывают, получая цементную муку.
Порошок помещают в печь, где обжигается, не спекаясь.
После этого цемент фасуют в мешки или на специальных машинах отправляют на складирование.

Изготовление сухим способом подходит для однородного сырья с низкой влажностью. При этом не требуется больших энергозатрат на просушивание компонентов.

Мокрый способ

Если в производстве цемента используется влажный материал или ингредиенты требуют тщательного перемешивания, применяют мокрый способ.

Клинкер готовят, добавляя в воду глину и известняк. Получается кашеобразная вязкая масса — шлам.
Насосами его перекачивают в печной цех, где шлам отправляется на обжиг. Печь представляет собой длинное вращающееся сооружение. Там материал оплавляется и превращается в клинкер.
Гранулы после обжига охлаждаются, дробятся и перемалываются вместе с гипсом и остальными добавками.
На заключительном этапе цемент фасуется и готовится с складированию.

Мокрый способ позволяет сэкономить энергию при смешивании сырья, так как это легче делать в полужидком состоянии. Однако при обжиге шлама расходуется гораздо больше топлива, чем при работе с сухими гранулами. Поэтому мокрое производство цемента получается более дорогим.

Свойства и характеристики

Рисунок 2. Цемент

Марка цемента – это обозначение в соответствии с ГОСТом. Сырье изготавливается, как сказано выше, из клинкера, гипса и добавок. Клинкер плавится, превращается в гранулированную массу и затем измельчается в пыль. Чем меньше составная часть вяжущего компонента, тем быстрее застывает смесь. Для улучшения или появления определенных свойств добавляют минеральные составляющие.

К характеристикам относятся:

Прочность. Образец разрушается для выявления показателя «удельный вес бетона». Составление марки цемента зависит от этого свойства.
Время схватывания – количество минут, за которое смесь перестает растекаться и начинает твердеть. Для убыстрения добавляется гипс или прочие вещества.
Морозоустойчивость. Повысить возможно также с помощью добавления других веществ.

Дополнительные химические добавки, которые составляют 11% от общей массы, помогают сделать смесь со следующими свойствами:

быстросхватывающийся состав;
сульфатостойкий для сооружений, контактирующих с водой;
повышенная водонепроницаемость;
смеси для облицовки офисов, квартир, домов.

Из чего делают цемент: основное сырьё

Основу любого типа современного продукта составляет минимум компонентов. Все они создаются природой. В основе цемента:

карбонатные породы;
глина;
корректирующие добавки.

Расскажем о каждом из них подробнее.

Карьер по добыче мела

Карбонатные породы − это мел, мергель, известняк и известняк-ракушечник, туф известковый, мрамор. Все они применяются в производстве цемента, исключение составляет только мрамор. Точное количество компонента определяется путём анализа его свойств и содержания. Порода может содержать гипс, кварц, доломит. Чем больше в её составе присутствует веществ с кристаллической структурой, тем тяжелее она плавится.

Глинистые породы, используемые в производстве цемента, − это глина, суглинок, лесс, монтмориллонит, глинистый сланец. Глина − порода осадочного происхождения с тонкодисперсной структурой. Её основное качество − пластичность при контакте с водой. Также она имеет свойство разбухать.

Глина − материал пластичный

Для корректировки состава производители вносят добавки, содержащие кремний, железо, глинозём. Для них чаще всего заказывают отходы с других производств, например, пыль из доменных печей или пиритные огарки.

Пирит под электронным микроскопом

Дополнительно в состав цемента могут входить минерализаторы, шлам белитовый, иные отходы с производств.

Глинистое сырье

Существует несколько видов глинистых пород:

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

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

Состав производства и применение

Рассмотрим подробнее состав различных марок цемента, которые на сегодняшний день пользуются большой популярностью и их применение.

Как использовать готовый кладочный раствор марки М 100 можно узнать здесь из статьи.

М400

Показатели прочности у этого материала составляют 400кг/см3. Такая марка цемента относится к самым популярным, ее применяют для проведения самых различных строительных работ. В ее составе могут быть различные модифицирующие добавки, процентное содержание которых может достигать 10 и 20%.

М500

У этого цемента показатели прочности составляют 500 кг/см3. Для такого изделия характерна высокая скорость застывания и высокие прочностные показатели. Используют материал при возведении монолитных зданий, высоток, несущих конструкции, плит перекрытий. В его составе также могут присутствовать добавки – 10 и 20%.

Как использовать глиноземистый цемент по ГОСТ у 969 91 можно узнать из данной статьи.

По ГОСТу

Процесс получения общестроительных цементов должен осуществляться с учетом требований ГОСТ 31108-2003. Именно стандарт способен регулировать пропорции необходимых ингредиентов, входящих в состав сухой массы и технологию производства материала. Но в этот стандарт не входит материал специального назначения.

О том какой удельный вес цемента марки М 500 описано в данной статье.

Как определить марку

Она определяется в лабораторных условиях, исходя из заданного раньше удельного веса цемента. Для этого требуется образец материала. С одной стороны добавляется 1 часть вяжущего вещества, с другой – 3 части кварцевого песка. Создается смесь для проведения качественного опыта – в нее добавляют воду, заливают в формочки. Образцы не трогают в течение 28 суток. Смесь успевает засохнуть минимум на 98%, после чего образец подкладывается под пресс и с помощью давления разрушается. Последнее, в свою очередь, замеряется.

Процедура повторяется 6 раз с другими образцами. По полученным данным вычисляется марка и класс прочности цемента (удельный вес бетона) в МПа и кг/см³.

Процесс изготовления

Производство цемента осуществляется поэтапно, предусматривает следующее технологические операции:

Предварительное смешивание ингредиентов для изготовления клинкера, который делают из известняка, вводимого в количестве 75%, и из глины, доля которой составляет 25%.
Высокотемпературный обжиг, после которого образуется клинкер. Он – результат процесса соединения глины и извести под воздействием повышенной до 1450 градусов Цельсия температуры.
Измельчение, осуществляемое с помощью шаровых мельниц. Они представляют горизонтально расположенные барабаны с находящимися внутри стальными шарами, обеспечивающими измельчение клинкера до порошкообразного состояния. С уменьшением фракции помола возрастают эксплуатационные характеристики и марка цементного состава.

Виды

Самым популярным цементом в настоящее время является портландцемент. Обычно эта смесь имеет зеленовато-серый цвет.

Портландцемент

Его изготавливают с модифицированными добавками, чтобы добиться нужных свойств, например, существует такие виды:

быстро затвердевающий;
гидрофобный;
пластифицированный;
сульфатостойкий — противостоит атмосферным осадкам с большим содержанием сульфатов.

Пластификаторы, добавляемые в состав цемента, тоже подразделяются на различные виды, и с их помощью можно добиться:

повышенной устойчивости к влаге;
повышенной пластичности бетонного раствора;
улучшения декоративных качеств;
желаемой плотности раствора;
появления пористости в структуре бетоне;
улучшения адгезии;
улучшение плотности.

Пластификатор

Таким образом процесс строительства с помощью раствора цемента может упрощаться. За счет правильного применения уже готового модифицированного раствора или сочетания добавок происходит экономия на трудо- и энергозатратах, существенно повышается качество строительных и отделочных работ.

Кроме широко известного строителям портландцемента существуют еще и такие виды:

шлакопортландцемент;
глиноземистый ;
безусадочный ;
цветной и белый;
расширяющийся.

Шлакопортландцемент используют для создания монолитных ЖБИ подводных и подземных, на которые действуют пресные или соленые воды.

Шлакопортландцемент

Глиноземистый вид — это смесь, которая быстро затвердевает и имеет повышенную жаростойкость, она предназначена для аварийных работ, используется для тонкостенных сооружений.

Глиноземистый

Цветной и белый цемент идет на изготовление штукатурок и прочих смесей для отделочных, реставрационных работ.

Белый

Недостатком цемента можно было бы назвать усадку — уменьшение размера изделий из бетона под воздействием воздуха. Но современные составы смесей, способных расширяться, позволяют устранять этот недостаток. Такая смесь находит применение там, где необходимо плотное прилегание частей изделий в конструкции

Также гипс способен увеличить прочность раствора.

Гипс

Кроме этого на прочностные характеристики будущего бетонного раствора влияют пропорции компонентов при изготовлении, качество обжига промежуточного клинкера и его измельчения.

Клинкер

Для того, чтобы бетон не затвердевал слишком быстро можно добавить большее количество воды, но из-за этого он теряет в прочности, поэтому в цемент добавляют различные пластификаторы.

Сырьевые материалы

Цемент производят на заводах, которые находятся в непосредственной близости от мест разработки горных пород, служащих сырьем для строительного материала. К естественному сырью для цемента относятся:

карбонатные минералы. К ним принадлежат известняки, доломиты, мергели, а также смеси этих пород. Большинство этих минералов было образовано на дне морей и озер осадочным способом. Толщина пластов может достигать нескольких сотен метров. Кристаллическая решетка разных видов карбонатных минералов имеет разную степень устойчивости. Это определяет их способность сплавляться с другими компонентами в процессе изготовления цемента.
глинистые материалы. Мелкодисперсные породы, которые также были образованы осадочным способом. Состоят из основы — глинистого вещества и большого количества примесей. Это сырье при добавлении воды увеличивается в объеме, становится вязким, пластичным.

Силос для хранения цемента

Остановимся подробнее на основных сырьевых компонентах, входящих в состав цемента.