Alsatelecom.ru

Стройматериалы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Цемент, химические элементы, Д

цемент, химические элементы, Д.И. Менделеев

история цемента и цементной промышленности

  • Виды цемента
  • Стандарты и ГОСТы
  • Определения в БСЭ
  • Музей портландцемента
  • Сырьевые материалы
  • Технология производства
  • Оборудование
  • Производители оборудования

—>

  • Россия
  • Ближнее зарубежье
  • Акции предприятий
  • Российские новости
  • Ближнее зарубежье
  • Мировые новости
  • Статьи, обзоры
  • Научные статьи
  • Обзоры рынка
  • Архив новостей
  • RSS лента
  • Видео новости
  • Интервью

  • Объявления
  • Все разделы форума
  • Рынок цемента
  • Торги на бирже
  • Котировки on-line
  • Тендеры
  • ВУЗы
  • НИИ
  • Профессии
  • Почетные цементники
  • Охрана труда

Основой практически каждого вида цемента являются три главнейших клинкерных минерала: СаО, Аl2О3, SiО2. Этот постулат химии цемента утвердился в результате многолетних изысканий большой группы ученых химиков и цементников только в первые десятилетия ХХ века. И практически к решению этой научной проблемы в области химии цементов великий русский химик, создатель периодической системы химических элементов Дмитрий Иванович Менделеев, прямого отношения не имеет. И вообще в своей научной деятельности химией цемента он не занимается.
Это было связано с тем, что активная научная деятельность Д.И. Менделеева проходила во второй половине 19 столетия, когда только производство цемента становилось на ноги и получило свое широкое развитие и делались первые практические шаги по изучению химического состава нового строительного материала.
Тем не менее, прямое отношение к изучению химических элементов, составляющих цемент, Д.И. Менделеев имеет.
И первой такой его научной работой является диссертация на тему «О химическом составе и строении кремнеземистых соединений», выполненной в 1856 году. В ней Д.И. Менделеев высказал ряд принципиально новых положений.
В 1871 г. вышла в свет вторая часть капитального труда Д.И. Менделеева «Основы химии». В ней, по крайней мере, в трех главах дается описание состава и свойства, их применении на практике, кальция, алюминия, кремния, извести, глины, кремнезема.
Приведем из них два обзаца в которых Менделеев впервые упоминает в своих трудах слово цемент.
» огромные ее массы (т.е. — извести — авт.) идут для цементов, т.е. для связи камней между собой. Для цементов употребляется известь, смешанная с водой и песком, который служит здесь для разъединения частей извести между собой. Если бы между двумя кирпичами помещалось только известковое тело, то кирпичи не связались бы плотно между собой, потому что после удаления воды известь заняла бы менее места, чем прежде, и вследствие этого в ее массе образовались бы трещины, так что она и не произвела бы того полного склеивания камней, какого стараются достичь. Кусочки камней, т.е. песок, перемешанные с известью, препятствуют такому процессу растрескивания, потому что известь связывает камешки или песчинки, с нею смешанные, и образует одну сплошную массу, вследствие процесса, происходящего после высыхания или удаления воды. Этот процесс затвердения извести после удаления воды состоит первоначально в прямом испарении воды и кристаллизации гидрата, так что известь связывает камни и песчинки, с нею смешанные, как клей два куска дерева. При более продолжительном действии цемент подвергается отчасти действию углекислоты воздуха, отчего образуется углеизвестковая соль, но при этом не более половины извести переходит в СаСо3, сверх того, известь отчасти действуют и на кремнезем, связанных камней, и вот эти-то новые образования, происходящие со временем в цементе, делают его со временем все более и более крепким».
В главе 17 «Кремний или силиций» пишет еще: «Считаем необходимым упомянуть вкратце еще об одном виде практического применения кремнеземистых соединений, а именно так называемых цементах. Обыкновенная известь и приготовленная из нее смесь с песком, практически называемая раствором или известкой, размывается водою, по крайней мере, в свежем состоянии, и по истечении некоторого времени вода разрушает цемент, образуемый обыкновенной известью. Но некоторые сорты извести дают массу, не размывающуюся водой и под ней затвердевшую, что вовсе не свойственно смеси извести с песком. Очевидно, что такое затвердевание под водою зависит от иного состава смеси, и такие сорты извести, которые затвердевание под водою, называются гидравлическими известняками, или гидравлическими цементами. Впрочем, в техническом отношении отличают собственно гидравлическую известь, т.е. такую, которая в смешивании с песком дает массу, затвердевшую под водой, и цементы или цемянки, т.е. такие вещества, которые, будучи подмешаны к извести, обыкновенно придают ей способность не разрушаться водою. Эти гидравлические свойства извести определяются тем, что в ней находится примесь кремнеземных и глиноземных соединений. Лучшим доказательством тому служит тот способ которым ныне искусственно приготавливают цементы. Для этого берут известь, смешанную с глиной, а именно, последней прибавляется около 25%, такую смесь подвергают некоторому накаливанию до того, чтобы масса не сплавилась, однако потеряла угольную кислоту и воду, содержащуюся в глине. Такая масса, будучи измельчена, если она предварительно была совершенно однородна, и составляет цемент, который под водою твердеет. Процесс затвердевания, вероятно, основывается при этом на образовании химических соединений между известью, кремнеземом, глиноземом и водою. Эти элементы и в природу соединяются в различные каменистые вещества; подобные соединения встречаются, например, в цеолитах, как мы видели выше. Во всяком случае, в затвердевшем цементе содержится значительное количество воды, и затвердевание цемента основывается, конечно, по крайней мере отчасти, на гидратации, т.е. на образовании водного соединения».
Не следует удивляться некоторою примитивностью определения, что такое цемент, описания свойств известковых растворов, которые соотносятся с термином цемент. Ведь это писалось в 60 годы 19 столетия, когда в строительстве в качестве вяжущих материалов применялись известь и романцемент, а настоящий портландцемент, можно смело сказать, только делал первые свои шаги. И конечно, о его химии никаких данных не имелось.
Тем не менее следует обратить внимание на мысль Менделеева, высказанную в конце первого обзаца, что новые образования, происходящие в растворе. происходят от воздействия извести на кремнезем.
Эта идея во втором обзаце, приведенного из 17 главы «Основ химии».
«Кремний или силиций», получают более конкретную и завершенную формулировку. Вот она: «Процесс затвердевания, вероятно, основывается при этом на образовании химических соединений между известью, кремнеземом, глиноземом и водою».
Более подробно о роли Д.И. Менделеева в изучении кремния и вообще силикатов освещена в монографии В.П. Барзаковского и Р.В. Добротина под названием «Труды Д.И. Менделеева в области химии силикатов и стеклообразного состояния», выпущенного издательством академии наук СССР в 1960 г.
В монографии авторы подробно излагают взгляды великого ученого на химическую породу силикатов и стекла. Они рассмотрены в связи с его общими химическими концепциями — учением о растворах, сплавах и т.д.
Работы Менделеева в области соединений кремния являлись в то время новым словом в познании химии этого элемента. Он практически создал новое учение о силикатах и стекле.
Свое мнение о роли учения Менделеева на развитие химии цемента ведущий химик цементной промышленности СССР, член-корреспондент Академии наук СССР Н.А. Торопов высказал в своей монографии «Химия цементов» так:
«Д.И. Менделеев в «Основах химии», написанных в 1868-1870 гг., неоднократно обращался к вопросам, связанным с химией силикатов и, в частности, химией цементов. Его формулировка: «Гидравлические свойства цементов определяются тем, что в них находятся могущие соединяться с водой и образовывать гидратные водою неизменяющиеся соединения»,-и в настоящее время имеет первостепенное значение для понимания основ теории твердения цементов.
Весьма плодотворным для развития теоретических представлений о строении гидратированных силикатов кальция являются также введенные Д.И. Менделеевым понятия о существовании среди силикатов многочисленных соединений переменного состава и о возможности заменения глинозема в алюмосиликатах кремнеземом».

Читайте так же:
Гост все виды цемента

Что такое цемент: история, химия и промышленность

Цемент, один из самых важных строительных материалов. Цемент является связующим веществом, которое служит для скрепления между собой строительных блоков, кирпичей бетонных плит и т.д.

Цемент — это мелкодисперсное порошкообразное вещество, состоящее главным образом из известняка, песка и глины, боксита и железной руды. Также портландцемент может содержать некоторые включения: раковины моллюсков, мел, мергель, глину, доменный шлак, сланец. Сырьевые ингредиенты перерабатываются на цементном производстве, где сырье нагревают и формируют твердокаменное вещество под названием клинкер, которое затем измельчают в мелкий порошок для продажи. Цемент, смешанный с водой, вызывает химическую реакцию и образует раствор, который застывает и затвердевает для связывания отдельных конструкций строительных материалов.

Цемент является неотъемлемой частью городской инфраструктуры. Бетон состоит из цемента, воды, песка и гравия, смешанные в определенных пропорциях, в то время как раствор состоит из цемента, воды и известкового заполнителя. Оба они используются для связывания природного камня, кирпичей и других строительных блоков, заполнения или уплотнения любых зазоров, а также для изготовления декоративных элементов. Цемент часто смешивают с водными силикатами и алюминатами, в процессе чего образуется водоотталкивающая затвердевшая масса, которую используют для гидроизоляции бассейнов и каналов.

История цемента

Цемент, хотя и отличается от рафинированного продукта, производимого в настоящее время, был использован во многих формах с момента появления человеческой цивилизации. От вулканического пепла, измельченной керамики, обожженного гипса и гидратированной извести до первого гидравлического цемента, используемого римлянами в Средние века, развитие цемента продолжалось до 18 века, тогда же был запатентован первый Римский цемент, который получил популярность, но был заменен портландцементом в 1850-х годах.

В 19 веке француз Луи Викат заложил основы химического состава портландцемента, а в России Егор Челиев опубликовал методы изготовления цемента, способы применения цемента и его преимущества. Джозеф Аспдин вывел портландцемент на рынок Англии, а его сын Уильям Аспдин разработал «современный» портландцемент , который вскоре оказался достаточно востребованным. Но настоящим отцом портландцемента считается Айзек Чарльз Джонсон, который внес огромный вклад, опубликовав процесс разработки мезопортландцемента в печи для обжига.

В 19 веке в Нью-Йорке появился цемент Розендейл. Хотя жесткость этого цемента сделала его довольно популярным, рыночный спрос вскоре снизился из-за долгого времени отверждения, и портландцемент снова стал фаворитом. Однако новая смесь Розендейла, которая является одновременно очень прочной и требует меньшего времени отверждения, была запатентована и теперь часто используется для строительства мостов и шоссе.

Цемент, используемый сегодня, подвергся экспериментам, испытаниям и значительным улучшениям для удовлетворения потребностей современного мира. Нынешний цемент лежит в основе прочных бетонов для дорог и автомагистралей, гидравлических растворов, которые выдерживают морскую воду, и штукатурки для влажного климата. Различные виды современного цемента, большинство из которых известны как портландцемент, в том числе доменный цемент, зольный портландцемент, портландцемент пуццолан, пуццолан-известковый цемент, шлаково-известковый цемент и др. также находят свое применение в гражданском строительстве.

Химия цемента

Цемент в основном бывает двух видов, основанных на том, как он затвердевает: гидравлический цемент, который затвердевает из-за добавления воды, и негидравлический цемент, который затвердевает путем карбонизации с углеродом, присутствующим в воздухе.

Негидравлический цемент производится на следующих стадиях (известковый цикл):

Кальцинирование: известь получают из известняка при температуре выше 825°с в течение примерно 10 часов. (CaCO3 CaO + CO2)

Гашение: оксид кальция смешивают с водой, чтобы сделать гашеную известь. (CaO + H 2 O Ca (OH) 2), вода при этом полностью испаряется.

Цемент подвергается воздействию сухого воздуха и затвердевает после длительных реакций. (Ca (OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O)

С другой стороны, гидравлический цемент в основном состоит из силикатов и оксидов:

Волластонит (2CaO•SiO 2);
Алит (3CaO•SiO 2);
Трикальцийалюминат / селит (3CaO•Al 2 O 3)
Браунмиллерит (4CaO * Al 2 O3 * Fe 2 O 3) или четырехкальциевый алюмоферрит

Ингредиенты перерабатываются в печи для обжига на цементных заводах. Полная химия этих реакций до сих пор является предметом исследований.

Портландцемент

Наиболее часто используемый цемент в настоящее время — это гидравлический цемент (т. е. затвердевает при добавлении воды) известный как портландцемент или портландцементная смесь. Данный вид цемента обычно является основным ингредиентом при изготовлении бетона, который является строительным материалом, используемый при его затвердевании в качестве несущего элемента строительной конструкции. Портландцемент подходит для влажного климата и может использоваться под водой. Различные типы или смеси портландцемента включают портландцемент изготовленный из шлака доменной печи, портландцемент выполненный из золы, портландцемент пуццолана, портландцемент кремнеземистый, экспансивный цемент, белый смешанный цемент, пигментированный цемент.

Состав портландцемента

85% портландцементного клинкера (37-72% от 3CaO.SiO 2; 6-47% 2CaO.SiO2; 2-20% 2CaO.Al2O3; 2-19% 4CaO. Ал 2 О 3 .Fe 2 O 3), 1,5-3,5% гипса по содержанию SO 3, до 15% примесей.

Как сделать портландцемент?

На заводе по производству цемента, известняк и другие сырьевые материалы, такие как силикаты, бокситы, железная руда и др. нагреваются так, что молекулы углекислого газа выделяются из известняка с образованием негашеной извести, которая соединяется с другими ингредиентами, в результате чего образуются силикаты кальция и другие продукты. Таким образом, получают клинкер, твердокаменное вещество. Гипс добавляют в клинкер, а затем измельчают в мелкий порошок, который является конечным продуктом, известным как портландцемент.

Читайте так же:
Рукава для цементного раствора

Цементная промышленность в мире

Тремя ведущими производителями цемента в мире являются США, Китай и Индия. Среди этих стран только Китай производит около 45% от общего объема мирового производства цемента.

Мировое потребление цемента продолжает расти, так как это не подлежащий переработке продукт, и поэтому каждое новое строительство или ремонт нуждается в новом цементе. Особенно в экономиках Азии и Восточной Европы производство цемента является важным элементом прогресса.

В мире насчитывается около 2273 действующих заводов по производству цемента. Некоторые из ведущих производителей цемента: Lafarge Holcim, Anhui Conch, China National Building Materials, Heidelberg Cement, Cemex, Italcementi, China Resources Cement, Taiwan Cement, Eurocement и Votorantim. Общее мировое потребление цемента, как показывают некоторые статистические данные, составляет до 23 миллионов метрических тонн.

Среди развитых капиталистических стран ведущими производителями цемента являются США, Франция, Италия и Германия. Иран, в настоящее время ведущий производитель на Ближнем Востоке, занимает третью позицию в мире по производству цемента. Азиатские и африканские страны также прогрессируют в производстве цемента.

Процесс обжига на цементном заводе вызывает выброс углекислого газа, который является одним из основных парниковых газов, ответственных за глобальное потепление. В целях сокращения и даже ликвидации вредных экологических последствий использования цемента, ведущие отрасли промышленности в настоящее время пытаются внедрить инновационные технологии, позволяющие использовать переработанные материалы и возобновляемые источники энергии. «Зеленый цемент» — это совершенно новый устойчивый строительный материал, который является результатом обширных исследований, связанных с устранением последствий глобального потепления.

Химия цемент все про цемент

Он получается в результате обжига до сплавления или до спекания смеси сырья, богатого глиноземом, с известняком (или известью) и последующего тонкого помола. Название «алюминатный» соответствует высокому содержанию алюминатов кальция в составе цемента.

Состав и свойства

Этот цемент отличается стойкостью по отношению к действию минерализованных вод. Несмотря на способность быстро твердеть, сроки схватывания его нормальные.

Основным минералом, содержащим глинозем (Аl2O3), являются глины, идущие для производства глиноземистого цемента и применение его для получения различных керамических изделий.

По химической природе окислы алюминия представляют амфотерные образования, реагирующие как с кислотами, так и со щелочами. Это сказывается и на стойкости алюмосиликатов.

Все же в керамических изделиях, особенно в плотных видах их отмечается хорошая и отличная стойкость к кислотам и удовлетворительная к щелочам. В едких щелочах, например, обыкновенный глиняный кирпич разрушается весьма быстро.

Вяжущим алюминатного типа является глиноземистый цемент; он получается путем обжига до сплавления богатого глиноземом сырья (бокситов) совместно с известняком. Путем последующего тонкого помола продукта обжига получают глиноземистый цемент.

По химическому составу полученный цемент содержит в %:

  • глинозема (Аl2O3) . 35—55
  • извести (СаО). 35—45
  • кремнезема (SiO2). 5—10
  • окислов железа (Fe2O3) . 0—15

Глиноземистый цемент содержит по преимуществу низкоосновные алюминаты кальция и в основном однокальциевый алюминат СаО • Аl2O3(СА), а также С5А3 и С3А5, присутствуют также C2S, C2SA и некоторые другие.

При твердении глиноземистого цемента происходит гидролиз СА:

Существенно отметить, что при повышенных температурах (более 30°С) вместо С2АН7 образуется С3АН6 со снижением прочности и последующей стойкости бетона.

Для улучшения свойств глиноземистого цемента иногда вводят в него 25—30% ангидрита, а цемент получает название гипсоглиноземи-стого или ангидритоглиноземистого.

Глиноземистый цемент часто применяется в качестве одной из составляющих расширяющихся цементов.

В соответствии с амфотерной природой глинозема и гидроокиси алюминия глиноземистый цемент несколько лучше противостоит действию слабых кислот, чем портландцемент, но значительно менее стоек в щелочах, особенно едких.

Отмечается также повышенная стойкость этого цемента в сульфатных водах.

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.

Свойства и применение глиноземистого цемента

Для глиноземистого цемента по ГОСТ установлены следующие требования:
тонкость помола: через сито № 0085 (с отверстиями 0,085 мм) должно пройти не менее 90%;
сроки схватывания: начало — не раньше 30 мин., конец — не позднее 12 час. после затворения водой, т. е. обычные;
цемент должен обладать равномерностью изменения объема.

Глиноземистый цемент по результатам испытания в образцах из раствора жесткой консистенции делится на три марки: 300, 400 и 500. Эти марки в отличие от марок обыкновенного цемента определяются на основании трехдневных испытаний. Предел прочности при сжатии и растяжении в растворе состава 1:3 с нормальным вольским песком должен быть по стандарту не ниже величин. По новому методу при испытании в образцах из раствора пластичной консистенции этот цемент будет иметь марки 200—500. Предел прочности при сжатии и изгибе должен быть не ниже величин.

Читайте так же:
Индексы свердловской области пос цементный

Прочность цемента при сжатии через 28 дней должна быть не ниже, чем через 3 дня, но прочности при растяжении и изгибе может быть ниже на 10%.
Глиноземистый цемент по прочности на сжатие через 3 дня не уступает высокопрочному портландцементу, но выгодно отличается от него быстрым твердением, приобретая уже через день высокую прочность. После 3 дней твердения прочность нарастает медленно: к 7 дням — примерно на 20%, к 28 дням — на 30 — 40%

Твердение глиноземистого цемента сопровождается большим выделением тепла (60—90 ккал/кг). Это явление полезно при зимних бетонных работах, но нежелательно, а иногда даже опасно, при бетонировании массивных конструкций, особенно в летнее время. Вообще для бетонирования массивных сооружений глиноземистый цемент не предназначен.

Лучше всего этот цемент твердеет во влажной среде при температуре 15°. При повышении температуры прочность глиноземистого цемента значительно понижается. При температуре выше 40° вместо соединения 2СаО • Аl2О3 • 7Н2О начинает образовываться соединение ЗСаО • Аl2О3 • 6Н2О, имеющее низкую прочность. Поэтому глиноземистый цемент (в отличие от обыкновенного цемента, шлакового и др.) нельзя искусственно нагревать (пропаривать и т. п.).
Глиноземистый цемент придает более высокую (чем обыкновенный цемент) плотность и водонепроницаемость растворам и бетонам, что объясняется химическим связыванием большого количества воды.

Глиноземистый цемент следует применять в специальных сооружениях, при спешных дорожных, строительных и монтажные работах, при работах в зимнее время, в морских (немассивных) сооружениях и вообще в бетонных сооружениях, находящихся в минерализованных водах.

Цемент

Цемент (лат. caementum — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое гидравлическое вяжущее вещество. Один из основных строительных материалов. При взаимодействии с водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов. Цемент является гидравлическим вяжущим и обладает способностью набирать прочность во влажных условиях, чем принципиально отличается от некоторых других минеральных вяжущих — (гипса, воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.

Марка цемента — условная величина, которая обозначает, что прочность при сжатии будет не ниже обозначенной марки (200, 300, 400, 500, 600)

Цемент для строительных растворов — малоклинкерный композиционный цемент, предназначенный для кладочных и штукатурных растворов. Изготавливают совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок и наполнителей.

Содержание

  • 1 Исторические сведения
  • 2 Виды цемента
  • 3 Производство
  • 4 Мировое производство цемента
    • 4.1 Производство цемента в России
  • 5 Источники
  • 6 См. также
  • 7 Примечания
  • 8 Литература
  • 9 Ссылки

Исторические сведения [ | ]

Римляне подмешивали к извести определённые материалы для придания ей гидравлических свойств. Это были:

  • пуццоланы (отложения вулканического пепла Везувия);
  • дроблёные или измельчённые кирпичи;
  • трасс, который они нашли в районе г. Эйфеля (затвердевшие отложения вулканического пепла).

Несмотря на различия, все эти материалы содержат в своем составе оксиды: диоксид кремния SiO2 (кварц или кремнекислота), оксид алюминия Al2O3 (глинозём), оксид железа Fe2O3 — и вызывают взаимодействие с ними извести; при этом происходит присоединение воды (гидратация) с образованием в первую очередь соединений с кремнезёмом. В результате кристаллизуются нерастворимые гидросиликаты кальция. В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига загрязнённых глиной известняков по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их.

После этого начался вековой период усиленного экспериментирования. При этом основное внимание было обращено на разработку специальных месторождений известняка и глины, на оптимальное соотношение этих компонентов и добавку новых. Только после 1844 года пришли к выводу, что, помимо точного соотношения компонентов сырьевой смеси, прежде всего необходима высокая температура обжига (порядка +1450 °С, 1700 K) для достижения прочного соединения извести с оксидами. Эти три оксида после спекания с известью определяют гидравлические свойства; их называют оксидами, обусловливающими гидравличность (факторами гидравличности).

Портландцемент получается при нагревании известняка и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры +1450…+1480 °С. Происходит частичное плавление и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер размалывают совместно примерно с 5% гипсового камня. Гипсовый камень управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67% СаО, 22% SiO2, 5% Al2О3, 3% Fe2O3, 3% других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50—70 %. Это трёхкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счёт размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg 2+ , Al 3+ и Fe 3+ . Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15—30 %. Это двукальциевый силикат Ca2SiO4, модифицированный введением в структуру инородных ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде β-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Содержание алюминатной фазы составляет 5—10 % для большинства нормальных цементных клинкеров. Это трехкальциевый алюминат сокращенно обозначаемый 3СaAS (состав — 3CaO*Al2O3*SiO2), существенно изменённый по составу, а иногда и по структуре, за счёт инородных ионов, особенно Si 4+ , Fe 3+ , Na + и К + . Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.

Ферритная фаза составляет 5—15 % обычного цементного клинкера. Это — четырёхкальциевый алюмоферрит, сокр. 4СaAFS (4CaO*Al2O3*Fe2O3*SiO2), состав которого значительно меняется при изменении отношения Al/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в поздние сроки.

Читайте так же:
Нормы расхода цемента марки 400 для раствора

Выдающийся учёный химик А. Р. Шуляченко считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Антонова для обжига и производства клинкера. По вопросам цементной технологии и твердения гидравлических вяжущих много работ провели Ю. М. Бутт, С. М. Рояк, И. Ф. Пономарев, Н. А. Торопов и другие.

Виды цемента [ | ]

По наличию основного минерала цементы подразделяются [1] :

  • романцемент — преобладание белита, в настоящее время не производится;
  • портландцемент — преобладание алита, наиболее широко распространён в строительстве;
  • глинозёмистый цемент — преобладание алюминатной фазы;
  • магнезиальный цемент (цемент Сореля, альболит) — на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
  • кислотоупорный цемент — на основе гидросиликата натрия (Na2mSiO2·nH2O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяется водным раствором жидкого стекла.

Также известен биоцемент, отличающийся от обычного цемента тем, что производится при помощи биотехнологий.

В подавляющем большинстве случаев под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера. В конце XX века количество разновидностей цемента составляло около 30 [1] .

По прочности цемент делится на марки, которые определяются главным образом пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40×40×160 мм, изготовленных из раствора цемента состава 1:3 с кварцевым песком. Марки выражаются в числах М200 — М600 (как правило с шагом 100 или 50) обозначающим прочность при сжатии соответственно в 100—600 кг/см² (10—60 МПа). Цемент с маркой 600 благодаря своей прочности называется «военным» или «фортификационным» и сто́ит заметно больше марки 500. Применяется для строительства военных объектов, таких как бункеры, ракетные шахты и так далее.

В настоящее время цемент делится на классы по прочности. Основное отличие классов от марок состоит в том, что прочность выводится не как средний показатель, а требует не менее 95 % обеспеченности (то есть 95 образцов из 100 должны соответствовать заявленному классу). Класс выражается в числах 30—60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).

Производство [ | ]

Цемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4·2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре +1450…+1480 °C в течение 2—4 часов в длинных вращающихся печах (3,6×127 м, 4×150 м и 4,5×170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь условно можно поделить на зоны:

  • подогрева (+200…+650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2O3·2SiO2·2H2O → Al2O3·2SiO2 + 2H2O; далее при температурах +600…+1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
  • декарбонизации (+900…+1200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твёрдофазового синтеза новых соединений (СаО·Al2O3 — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато;
  • экзотермических реакций (+1200…+1350 °C) завершается процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
  • спекания (+1300 → +1480 → +1300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который, взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО, образует минерал алит3S — твёрдый раствор трёхкальциевого силиката и небольшого количества (2—4 %) MgO, Al2O3, P2O5, Cr2О3 и других);
  • охлаждения (+1300…+1000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Мировое производство цемента [ | ]

В 2010 году мировое производство цемента достигло 3,325 млрд тонн. В тройку крупнейших производителей вошли Китай (1,8 млрд тонн), Индия (220 млн тонн), и США (63,5 млн тонн). По данным Росстата, производство в России портландцемента, цемента глинозёмистого, цемента шлакового и аналогичных гидравлических цементов в 2012 году составило 61,5 млн тонн.

Крупнейшие производители цемента в мире на 2011 год [2] :

  • Holcim — Швейцария — 136,7 млн т
  • Lafarge — Франция — 150,6 млн т
  • Heidelberg Group — Германия —176 млн т (на 1 июля 2016 г)
  • Cemex — Мексика — 74,0 млн т
  • Italcementi — Италия — 54,4 млн т
  • Anhui Conch Cement — Китай — 41,5 млн т
  • Taiheiyo Cement — Япония — 38,0 млн т
  • Votorantim Cimentos — Бразилия — 31.8 млн т
  • Buzzi Unicem+Dyckerhoff — Италия-Германия — 26,6 млн т
  • Cimpor — Португалия — 28,3 млн т
  • Vicat — Франция — 19,8 млн т [3]
  • Евроцемент груп — Россия — 18,4 млн т

Производство цемента в России [ | ]

Десять ведущих производителей цемента в России на 2013 год (объём в млн тонн / доля на рынке в %) [4] :

  1. «Евроцемент груп» — 21,649 / 32,6
  2. «Новоросцемент» — 5,772 / 8,7
  3. «Мордовцемент» — 4,717 / 7,1
  4. «Сибирский цемент» — 4,307 / 6,5
  5. Heidelberg Cement — 3,654 / 5,5
  6. Holcim — 3,658 / 5,5
  7. Dyckerhoff — 3,257 / 4,9
  8. «Себряковцемент» — 3,167 / 4,8
  9. Lafarge — 2,416 / 3,6
  10. «Востокцемент» — 2,037 / 3,1

Проектная мощность заводов по итогам 2014 года (млн тонн в год):

В декабре 2014 года предприятия «Мордовцемента» перешли под контроль «Евроцемент групп» [5] .

Цементные растворы: виды, применение, приготовление

Цемент — это один из наиболее распространенных строительных материалов. Область его применения широка. Он используется при кладке кирпича, заливке фундаментов. Из цементных растворов различного состава делают железобетон и бетон. Впоследствии эти материалы применяют для строительства зданий всевозможного назначения. На основе цемента получают различные отделочные материалы, используемые при ремонте жилых и офисных помещений.

Читайте так же:
Калькулятор расчета цементного раствора м150

В современном строительстве применяются новые прогрессивные материалы на основе цемента, с улучшенными характеристиками. Так, он используется для изготовления монолитного и сборного бетона, асбестоцементных изделий, разнообразных строительных растворов и производства искусственных материалов. В больших объемах этот материал применяется в различных отраслях промышленности, особенно в газовой и нефтяной. Некоторые из новых строительных материалов на основе цемента способны заменить другие, более дорогие или дефицитные материалы — древесину, известь, кирпич и пр.

Виды цементных растворов

Цементный раствор используется для скрепления отдельных элементов в строительстве, для отделки поверхностей, их предварительной обработки для дальнейшей укладки других покрытий. Для оштукатуривания потолков и стен обычно используют цементный, известковый, цементно-известковый или известково-гипсовый раствор. И цемент выступает главным компонентом в любом их этих растворов. Основные компоненты цементных растворов — наполнитель, связующее вещество и вода. В зависимости от того, в каких пропорциях смешиваются эти компоненты, получают различные виды растворов. Различают нормальные, тощие и жирные растворы.

Если в смеси преобладает связующее вещество, то получают жирный раствор. Он быстро схватывается, усыхает и часто образует трещины. При использовании смеси, в которой правильно соблюдены пропорции основных компонентов, получают нормальный раствор. Он характеризуется высокой прочностью, и после применения не усыхает. Если в состав сухой смеси входит недостаточное количество связующего компонента, то из нее получают тощий раствор — жидкий и недостаточно прочный.

Приготовление разных видов растворов цемента

Чтобы сделать известковый раствор, понадобится известь, песок и вода. Иногда к смеси добавляют гипс, способствующий ускорению застывания готового раствора. Известь необходимо смешать с песком в соотношении 1:3. Потом сухую смесь заливают водой и тщательно перемешивают. Если состав получился жидким, то можно добавить небольшими порциями песок, добиваясь требуемой густоты состава. Такой раствор лучше готовить маленькими порциями, так как использовать его рекомендуется в течение 5-7 минут после приготовления.

Почти так же, как и предыдущий, готовится и цементный раствор. Но вместо извести, для его приготовления следует использовать цемент. В таких же пропорциях он смешивается с песком, потом сухая смесь разбавляется водой и хорошо перемешивается. Если необходимо сделать состав более густым, то добавляют еще немного цемента. Если раствор получился слишком густым, то исправить это можно, разбавив его водой и песком. Использовать приготовленный состав рекомендуется в течение часа.

Цементный раствор прочный, но не пластичный. Поэтому его не используют для чистовой отделки поверхностей, затирки небольших трещин. Для выполнения этих операций лучше приготовить другой тип раствора — цементно-известковый. Это раствор такого же состава, в котором вместо воды используется разведенная до жидкого состояния известь. В результате соединения всех компонентов получается прочный и пластичный состав, прекрасно прилипающий к обрабатываемым поверхностям. Именно он обычно применяется для чистовой отделки потолка или стен.

Оштукатуривание стен цементным раствором — одна из сфер использования цемента. Прежде чем наносить подготовленный состав, необходимо подготовить поверхность к работе. От того, насколько правильно подготовлена, выровнена поверхность, зависит качество будущей отделки.

Если рабочая поверхность — это новая кирпичная стена, то для ее подготовки достаточно счистить пыль, и обильно смочить водой стену. Если швы забиты раствором, то их рекомендуется расшить. Для этого в каждом шве делают углубление на 1 см и очищают его железной щеткой. Потом обработанные места обильно поливают водой.

Обычно бетонные и каменные стены, которые оставались не оштукатуренными год и более, сильно загрязнены пылью, копотью. Поэтому на их поверхности делают насечки с помощью перфоратора или топора, а потом тщательно очищают от пыли и промывают водой. Отваливающиеся части стены необходимо удалить, и после этого заделать.

Для очистки поверхностей от пыли и грязи используют стальную щетку. Ее необходимо плотно прижимать к поверхности, и выполнять движения в разные стороны. Очищение от грязи и пыли необходимо для того, чтобы штукатурный состав прочно сцепился с основанием.

Если на поверхности имеются участки, покрытие жирными пятнами или масляной краской, то эти места следует удалять, пока жирные участки полностью не исчезнут. Это делают потому, что к жирным участкам или маслу штукатурный состав не прилипнет. Кроме того, масло и смола со временем проступают через штукатурный слой.

Различные способы нанесения штукатурки

Штукатурку на поверхность наносят разными способами. Выбор способа зависит от того, какой слой покрытия необходим, а также от его предназначения. Самые распространенные способы — это нанесение состава штукатурной лопаткой с сокола, нанесение совками и ковшом, разравнивание полутерками, намазывание различными инструментами.

Лопаткой или мастерком раствор наносят на поверхность небольшого размера. Его укладывают на сокол, т.е., на щиток с деревянной ручкой. Потом с него на поверхность накидывают раствор. При этом сокол располагается под наклоном к поверхности. Лопаткой состав следует набирать от края, а наносить его, делая инструментом резкий взмах, а потом — остановку.

Ковшом и совком наносить штукатурку эффективнее, так как можно обрабатывать поверхности большего размера, и наносить за один прием больше материала. А техника исполнения аналогична описанной выше. Для правильной работы и первым, и вторым способом требуется определенный опыт, навыки.

После нанесения состава любым из способов, его необходимо разровнять по поверхности. Делается это при помощи полутерка и сокола. Также этими инструментами можно наносить штукатурку методом намазывания. При этом инструменты должны быть в длину на 10 см больше расстояния между маяками.

Намазывание выполняют, когда необходимо нанести штукатурку тонким слоем. Для этого можно использовать различные инструменты. Чаще всего выбирают полутерок или сокол. Технология нанесения проста: раствор необходимо наложить на плоскость с помощью выбранного инструмента, прижать его к поверхности, а потом размазать по ней, выполняя продольные движения. Толщина слоя зависит от степени давления на инструмент.

Цемент — один из наиболее распространенных строительных материалов. Он широко применяется в самых разных отраслях для соединения различных элементов, выравнивания поверхностей, их чистовой отделки и разработки новых качественных материалов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector