Сырьем для бесклинкерного цемента служат доменные или гидравлические шлаки, активаторы и другие добавочные компоненты. Смешивание подготовленных и отобранных в требуемых пропорциях материалов осуществляется с помощью дробления и последующего измельчения до мелкодисперсного состояния. Бесклинкерный цемент отличается следующими характеристиками:
Как делают цемент
Для начала следует понять, из чего состоит цемент. Этот вяжущий строительный материал нашел применение в различных строительных областях. Получают его методом длительного измельчения клинкера с добавлением гипса. Клинкер — это материал, который возникает в результате обжига сырья до состояния спекшейся массы, преимущественно состоящей из глин и кальция, совместного с известняком.
Процесс дробления клинкера осуществляется с использованием следующих компонентов:
- гипса, который отвечает за регулирование времени схватывания;
- примерно 15% минеральных добавок, таких как бокситы, песок и колошниковая пыль, что позволяет улучшить некоторые характеристики вяжущего и снизить его себестоимость.
Производство цемента не требует воды. Первоначальное сырье (известняки и глина) измельчается механически с помощью специализированного оборудования. Далее сырьевые компоненты сушатся и перемалываются до состояния мелкодисперсного порошка, после чего происходит их пневматическое перемешивание с последующим обжигом. Полученный клинкер подвергается дальнейшему помолу до необходимой фракции и расфасовывается в упаковки.
Эта технология позволяет снизить затраты на производство, однако значительно усложняет задачу достижения однородности сырьевых компонентов. Метод считается экологически безопасным.
Кроме того, он позволяет точно подбирать состав исходных материалов, несмотря на существующий высокий уровень их неоднородности.
В качестве начального сырья может использоваться шлам, представляющий собой жидкое вещество с 40% содержания воды.
Перед производством цементного вяжущего необходима корректировка состава шлама, для чего используются специальные бассейны. После выдержки в этих бассейнах, сырье подверждается обжигу в вращающихся печах, а затем тщательно измельчается.
Мокрый метод производства цемента, требующий значительных затрат энергии на сушку сырья, обходится дороже, но обладает очевидным преимуществом — в финальном продукте исключен риск неоднородности клинкера, что может наблюдаться в сухом процессе.
Все о компонентах и способах производства цемента
Цемент активно используется как самостоятельный материал и как компонент в строительных растворах. Благодаря свойствам, позволяющим сухой смеси обращаться в пластичное состояние при добавлении воды и затвердевать через определенное время, его характеристики могут изменяться в зависимости от используемых компонентов. Поэтому важно уточнить состав цемента.
В его составе имеются пять ключевых ингредиентов. Рассмотрим их на примере портландцемента, одной из наиболее востребованных разновидностей:
- оксид кальция — не менее 61%;
- кремний диоксид — не менее 20%;
- глинозем — около 4%;
- оксид железа — не менее 2%;
- оксид магния — не менее 1%.
Необходимые минералы добываются открытым способом и включают:
- Карбонатные породы: доломит, мергель, ракушечник, мел и другие известняки.
- Глинистые породы: лесс, суглинки, сланцы.
В качестве добавок используют апатиты, плавиковый шпат, кремнезем, глинозем и т.п.
Разновидности материала
На рынок поступает множество разновидностей цемента, каждая из которых различается по множеству характеристик:
- Прочность. Это один из важнейших показателей, который обозначается на маркировке в виде буквы М, за которой следует цифра, обозначающая уровень прочности, определяемый в процессе испытаний.
- Фракция. Она зависит от степени помола смеси. Чем тоньше помол, тем выше качество продукции. Оптимальной считается комбинация крупных и мелких частиц, поскольку слишком мелкий помол требует значительного количества воды при замешивании.
- Скорость отверждения. Этот показатель регулируется добавлением гипса. В зависимости от назначения продукта скорость может варьироваться.
- Морозостойкость. Определяется реакцией на циклы замораживания и размораживания. Цемент классифицируется по количеству таких циклов, которые он может выдержать без изменения характеристик.
В зависимости от области применения выделяются несколько типов цементных смесей.
Портландцемент
Этот цемент отвердевает как на воздухе, так и под водой, не содержит минеральных добавок. Широко применяется в строительстве различных монолитных конструкций.
Сульфатостойкий
Отличается повышенной устойчивостью к агрессивным химическим окружениям, имеет низкий коэффициент насыщения. Этот тип цемента часто используется для строительства гидротехнических и подземных сооружений.
Пуццолановый
Если говорить о пуццолановом цементе, то его можно считать разновидностью сульфатостойкого с добавлением активных минералов. Он медленно отвердевает, но обладает высокой водостойкостью и применяется в гидротехническом строительстве.
Глиноземистый
Такой цемент имеет повышенное содержание окиси кальция и глинозема, что позволяет ему быстро отвердыхаться. Находит применение в быстротвердеющих строительных растворах, используемых при ремонтах и зимнем бетонировании.
Кислотоупорный
Кислотоупорный цемент содержит кварцевый песок и кремнефтористый натрий, замешивается с жидким стеклом. Его используют для получения резистентных к кислотам покрытий, однако он не выдерживает постоянного воздействия воды.
Пластифицированный
Создается с использованием специальных добавок, которые обеспечивают морозостойкость и увеличивают подвижность цементных растворов. Благодаря этим добавкам растворы становятся более прочными, устойчивыми к коррозии и обладают повышенной водонепроницаемостью.
Шлакоцемент
Этот цемент включает в себя шлак, содержание которого может варьироваться от 20% до 80% от общей массы. Это не только удешевляет продукт, но и замедляет его отверждение и увеличивает жаростойкость. Применяется для создания подводных и подземных объектов.
Химические составы в процентах некоторых типов цементов
| Химический состав, % | Характеристика | ||||
| CaO | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | Другие оксиды | |
| Портландцемент | |||||
| 63…66 | 21…24 | 4…8 | 2…4 | 3…5 | Нормально твердеющий |
| Глиноземистый цемент | |||||
| 35…43 | 5…10 | 39…47 | 2…15 | 1,5…2,5 | Быстро твердеющий |
Клинкер является ключевым компонентом в производстве цемента. Это промежуточный продукт, который получается через обжиг смеси известняка (может использоваться мел, мергель или подобные породы) в пропорциях 75% к 25% глины. В процессе плавления фарма-сырьевые компоненты образуют гранулы, которые затем перемалываются вместе с добавками.
Процесс изготовления цементного вяжущего условно делится на три этапа:
- Изготовление клинкера посредством обжига — основной и наиболее затратный и трудоемкий этап;
- Помол клинкера до получения тонкодисперсного порошка;
- Смешивание полученного клинкерного порошка с порошкообразными добавками.
Этапы производства клинкера включают:
- Доставку сырья для клинкера на завод;
- Измельчение сырьевых компонентов;
- Смешивание компонентов в заданных пропорциях, согласно технической документации, перед обжигом.
Технологии производства цемента
Существуют несколько технологий, применяемых для производства цемента.
Определенный вид производства выбирается в зависимости от того, какие компоненты используются для получения цемента:
- Мокрый метод. Для получения клинкера используются мел, глина и вода. В сырьевые компоненты добавляют воду, и влажная смесь (шлам) отправляется на обжиг. После обжига полученный продукт транспортируется в холодильник. После охлаждения его размалывают и смешивают с добавками для достижения необходимых свойств вяжущего. Эта технология требует больших финансовых вложений, поэтому ее применение ограничено, но в случае необходимости получения цемента с оптимальными эксплуатационными характеристиками именно этот способ позволяет точно регулировать состав благодаря использованию специальных бассейнов, где происходит корректировка сырья при температуре 1000°C.
- Сухой метод. Все компоненты — известняк, глина и добавки — тщательно измельчаются в сухом виде. Готовые порошковые компоненты смешиваются в закрытых контейнерах с применением воздуха для лучшего смешивания. Эта методика часто выбирается производителями благодаря своей простоте и невысокой стоимости. В процессе нет образования водяных паров и потребление энергии достигает минимального уровня, что делает эту технологию предпочтительной для однородных сырьевых компонентов.
- Комбинированный метод. Эта технология включает элементы как сухого, так и мокрого способов. Один из процессов является основным, а вторичный — дополнительным. Если основным является мокрый процесс, то сначала готовят сырьевой шлам, который корректируется по составу, а затем он обезвоживается и обжигается в печах, которые предусмотрены для сухого метода.
Цемент, независимо от применяемых компонентов и технологии производства, хранится в специальных условных хранилищах — силосах. Благодаря системе вентиляции, материал не слеживается, что помогает сохранить его рабочие характеристики.
Цемент поставляется клиенту как сыпучим материалом, так и в бумажных мешках.
Как делают цемент: технологии производства
Для ответа на вопрос, как производится цемент, важно рассмотреть его состав. Вяжущий строительный материал, применяемый во множестве строительных областей, создается через длительное измельчение клинкера с гипсом. Клинкер изготавливается путем обжига сырья до состояния спекшейся массы, состоящей в основном из глин с высоким содержанием кальция и известняка.
Процесс дробления клинкера осуществляется с добавлением:
- гипса для контроля времени схватывания;
- примерно 15% различных минеральных добавок в форме бокситов, песка и колошниковой пыли, что позволяет улучшить определенные свойства вяжущего и снизить себестоимость продукции.
Как делают цемент на производстве
Современные цементные заводы применяют три метода для его изготовления:
Сухой метод производства цемента
Этот метод отсутствует в потребности применении воды. Первичные сырьевые материалы (известняк и глина) измельчаются посредством механизации с использованием специализированного оборудования. Далее осуществляется этап сушки и механического измельчения до состояния мелкодисперсного порошка. Следующим этапом является пневматическое смешивание сырья с его последующим обжигом. Клинкер, полученный после обжига, подвергается помолу до нужной фракции и упаковке.
Данная технология содействует снижению себестоимости производства, однако сложность состоит в том, чтобы достичь однородности первичного сырья. Этот метод изготовления цемента считается экологически чистым.
Мокрый метод производства цемента
Данный метод обеспечивает точный подбор состава исходных компонентов, несмотря на их высокую неоднородность.
В качестве основы служит шлам, который представляет собой жидкое вещество с 40% водного содержания.
Перед тем как приступить к производству цементного вяжущего, необходимо произвести корректировку состава шлама, что осуществляется в специальных бассейнах. После выдержки окончательный шлам подвергается обжигу в бункерных вращающихся печах, после чего полученный материал тщательно перерабатывается в порошок.
Хотя мокрый способ отличается высоким расходом энергии, требуемой для сушки сырья, он является более дорогим. Однако его несомненное преимущество — это отсутствие риска неоднородности клинкера в готовом продукте, что может наблюдаться при сухом методе.
Комбинированный метод
Этот способ основан на использовании мокрых методов для добычи компонент вяжущего. Промежуточная субстанция проходит обезвоживание, а затем клинкер с добавлением жидкости подвергается грануляции, обжигается и размалывается до нужной марки вяжущего.
К основным преимуществам этого метода относятся:
- значительный выход продукции;
- возможность использования отходов производства из металлургии.
Виды цемента.
Основу большинства цементов составляют портландцементный клинкер. В дополнение к нормированию его минералогического состава посредством введения минеральных или органических добавок, получают различные виды цементов, которые по свойствам могут отличаться и использоваться в разных строительных отраслях.
• Без добавочный портландцемент (ПЦ) — это цемент, в котором не содержатся минеральные добавки, кроме гипса.
Обозначение по ГОСТ 10178-85 — ПЦ-500-Д0, где:
500 — марка цемента.
D0 — отсутствие добавок (без добавочный).
• Портландцемент с минеральными добавками включает до 20% гранулированного доменного шлака, до 10% природных активных минералов (таких как трепел и опока), и до 15% прочих активных добавок.
Следующие обозначения по ГОСТ 10178-85 — ПЦ-500-Д5 или ПЦ-400-Д20, где Д5 (Д20) обозначает максимальную долю добавок в цементе.
• Шлакопортландцемент содержит от 20 до 80% гранулированного доменного шлака. Он отличается медленным временем схватывания (начало 4-6 ч, конец 10-12 ч) и сроком твердения в первые 7-10 суток. Благодаря тепло-влажностной обработке (ТВО) затвердевание шлакопортландцемента проходит быстрее, чем у обычного ПЦ, что делает его очень эффективным при производстве сборного железобетона.
Обозначение по ГОСТ 10178-85 — ШПЦ-400.
• Быстротвердеющий портландцемент — это разновидность ПЦ с добавками. Его прочность на сжатие составляет не менее 25 МПа через 3 суток отвердевания при марках 400 и 500. К минералогическому составу предъявляются требования: С3S >50%, (C3S+C3A) >60%. Тонкость фракции (удельная поверхность не менее 3500 см²/г).
• Сульфатостойкие портландцемент и шлакопортландцемент производятся с нормированием минералогического состава, где содержание менее стойких минералов к воздействию сульфатов ограничивается. В таком цементе содержание С3S достигает до 50%, 5% C3A, а уровень (C3A+C4AF) составляет 10..22%. Чтобы создать сульфатостойкий портландцемент с добавками, во время помола добавляют до 20% гранулированного доменного шлака, который связывает гидрат окиси кальция, выделяющийся в процессе гидратации С3A, что значительно увеличивает сульфатостойкость цемента. В таких случаях содержание C3A составляет до 8%. Сульфатостойкий цемент предназначен для бетонных и железобетонных конструкций, которые эксплуатируются в условиях резкой смены уровней воды и вливаются агрессивной сульфатной средой при многократных заморозках и оттаивания или колебаниях влажности и высыхания.
Завод-изготовитель гарантирует соответствие цемента всем стандартам ГОСТ на момент его производства, но не больше чем через месяц после его отгрузки. В документации помимо вида и марки цемента указывается плотность цементного теста и средняя активность cement в процессе пропаривания по режиму 2+3+6+4 ч, в условиях изотермического прогрева 85°С с условием испытания через сутки после изготовления.
Специальные виды цемента.
• Белый портландцемент получается при помоле минерального клинкера с низким содержанием железа, который производят по специальной технологии, снижающей его загрязнение. В его составе присутствует необходимое количество гипса и малое количество диатомита. По показателю белизны белый цемент делится на три сорта: высший, БЦ-1, БЦ-2, минимальные коэффициенты яркости составляют 80, 76 и 72%. 100% соответствует коэффициенту яркости сернокислого бария.
• Напрягающий цемент — это продукт, получаемый совместным помолом портландцементного клинкера с напрягающим компонентом, в который входит глиноземистый шлак или другие алюмосодержащие вещества, гипс и известь. Он демонстрирует способность значительно увеличиваться в объеме (до 4%) после достижения цементного камня прочностью на уровне 15-20 МПа, что позволяет его использование для изготовления самонапряженного железобетона, в котором арматура получает предварительное напряжение за счет его расширения. Напрягающий цемент и бетоны на его основе обладают высокой прочностью, а также водо- и газонепроницаемостью.
Такой цемент целесообразно применяются для создания самонапряженных железобетонных труб, покрытия дорог и аэродромов, тоннелей и других аналогичных сооружений. Однако при этом следует помнить о быстром схватывании данного цемента (начинается через 2 минуты и заканчивается на 6-й), а также о необходимости соблюдать специальные режимы твердения, чтобы обеспечить расширение цемента лишь после достижения бетоном необходимой прочности для заанкеривания арматуры.
• Расширяющиеся или безусадочные цементы применяются для приготовления бетонов, обладающих водонепроницаемостью. Их особенности заключаются в наличии компонентов, которые увеличиваются в объеме в результате физико-химических процессов, происходящих в процессе застывания цемента.
• Кислотоупорный цемент используется для создания бетонов, устойчивых к кислотам или жарким температурам.
Этот вид цемента состоит из тщательно перемешанного кругляка кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Его заливают на жидком стекле (Na2O(K2O)*nSiO2), и для достижения необходимой консистенции жидкое стекло разбавляется водой.
