Все про материал цемент

Что такое цемент — свойства, из чего делают

Цемент – это распространенный материал не только в строительстве, но и в декорировании. Из него создают строительные блоки и целые фундаменты, элементы интерьера или сада. Но чаще всего он используется в возведении сооружений. Рассмотрим подробнее этот материал, что это такое и из чего делают цемент.

Что такое цемент — описание и технические характеристики

Сухой цемент выглядит как мелкий порошок, который при перемешивании с жидкостью переходит в пластичную массу. В таком виде материал может принимать любые формы под воздействием человека. После продолжительного контакта с воздухом масса застывает до твердого, каменного состояния.

Смеси принято делить по следующим признакам:

• Назначению.
• Времени, за которое раствор схватывается.
• Виду основного материала (клинкера).
• Скорости затвердевания.
• Веществам, входящим в состав.
• Показателям прочности.

К основным техническим характеристикам материала относят:

• Морозоустойчивость. Сколько раз можно заморозить и дать оттаять материалу без потери прочности.
• Прочность. Проверяют путем механического давления на затвердевший образец. В зависимости от скорости разрушения цементу присваивается та или иная марка.
• Срок, за который схватывается материал. Важно при проведении работ в холодное время года.

История появления и сфера использования

Цемент пришел на смену вяжущим смесям, затвердевающим на воздухе, – гипсу и известняку. Эти материалы обладали низкой водостойкостью и быстро разрушались под воздействием внешних факторов. Прочность воздушных вяжущих веществ пытались повышать, добавляя к ним обожженную глину мелкого помола.

Точно известно, когда изобрели цемент, – в 1824 году. Тогда появился современный портландцемент, названный так из-за английского острова Портланд, состоящего из известняковых пород. После добавления в портландцемент мелких камней, песка и воды раствор можно было применять в качестве бетона. Он хорошо выдерживал нагрузки на сжатие, но плохо работал на растяжение. Через несколько десятилетий начали использовать металлическую арматуру для укрепления конструкций из цемента.

В зависимости от типа добавок и физических свойств цемент применяют в разных сферах:

• изготовление скульптур или частей фасадов,
• декоративное покрытие,
• создание конструкций, находящихся в постоянном контакте с водой, кислотами или под землей.

Некоторые марки раствора используют для проведения аварийных работ в условиях пониженных температур.

Из чего сделан цемент, состав и пропорции сырья

Требования, предъявляемые к физическим и химическим показателям цемента, влияют на состав. Есть четкие пропорции того, из чего состоит цемент – это глина и известняк в соотношении 3:1.

Главные составляющие цемента:

• Клинкер (получают путем обжига известняка и глины. Под действием большой температуры происходит плавление и получается масса с большим содержанием кремнезема и диоксида кальция. От этих веществ зависят физические свойства материала).
• Гипс (от его количества зависит, как быстро затвердеет раствор).
• Добавки для придания тех или иных свойств.

Исходным сырьем при производстве цемента выступают различные горные породы. Это могут быть ископаемые карбонатного типа (мергель, мел, ракушечник, доломитовые породы) или осадочные породы (суглинок, лёсс, глинистый сланец).

Пропорции сырья для получения цемента:

• 60% – известь.
• 20% – кремниевый диоксид.
• 4% – алюминий.
• 2% – гипс.

К корректирующим добавкам относится: минерализаторы, железо, белитовый шлам, апатиты, глинозем и пр.

Самый распространенный состав цемента – портландцемент, имеет следующие пропорции: 25% кремниевого диоксида, 60% извести, 10% гипс и оксид железа, 5% глинозем.

Иногда говорят, что бетон – это то же, что цемент, но это неверное утверждение.

Марки цемента, какие бывают, применение

По ГОСТу упаковка смеси должна содержать информацию о нем: наименование, производителя, класс и марку. Марка обозначает предел прочности затвердевшего образца в килограммах на один квадратный сантиметр. Прочность зависит от того, из чего делали цемент.

Смеси с маркировкой М300 используют во время монтажа сооружений без больших нагрузок.

Цемент М400 подойдет для производства железобетонных изделий и малоэтажного строительства.

Марку М500 применяют для строительства многоэтажных объектов и производства ЖБИ повышенной прочности.

Самый прочный вид цемента – М600, используют для возведения мостов и строительства военных объектов.

Маркировка по виду добавок

Марки цемента указаны в ГОСТе 31108-2016. Это последовательность букв и цифр, которая зависит от использованных в ходе производства добавок и целевого назначения смеси.

Первым идет обозначение вида смеси:

• ЦЕМ I – обычный портландцемент, не имеющий добавок.
• ЦЕМ II – портландцемент с минеральными добавками (если добавок от 5 до 20%, то в маркировку добавляют букву А, если от 21 до 35% – В).
• ЦЕМ III – шлакопортландцемент, содержит размолотый шлак (имеет три подтипа в зависимости от его количества в смеси: А – от 6 до 20%, В – от 21 до 35%, С – от 36 до 60%).
• ЦЕМ IV – пуццолановый цемент с добавками вулканического происхождения.
• ЦЕМ V – композиционный цемент, может включать в себя несколько добавок.

После латинских букв А, В и С кириллицей указывается тип присадки:

• И – известняк.
• М, МК – микрокремнезем.
• З – зола-унос.
• Ш – шлак.
• П – пуццоланы.
• Г – глиеж.
• К – композиционный, содержащий несколько присадок.

Следом в маркировке указан класс прочности застывшего материала. Нормальным принято считать набор прочности за 28 дней, хотя проверка также проводится на второй и седьмой день. После этого на 28-й день образец испытывают на специальном станке. Цифры указывают, какое давление в МПа может выдержать материал.

Соответствие класса и марки представлено в таблице:

Класс	Марка
22,5	М300
32,5	М400
42,5	М500
52,5	М600

После цифр могут идти буквы Б, Н или М. Они говорят о том, с какой скоростью затвердеет раствор: быстротвердеющий, нормальнотвердеющий или медленнотвердеющий. Этот показатель зависит от того, из чего была сделана цементная смесь.

Иногда на упаковке также встречается маркировка «СС». Она не относится к современному ГОСТу и говорит о том, что состав сульфатостойкий.

Нередко производители указывают на упаковке устаревший ГОСТ 10178-85. В нем маркировка материала отличается. Чтобы не запутаться, можно воспользоваться таблицей соответствия маркировок.

Что такое цементный клинкер

Клинкер – это материал, возникающий после первого этапа производства цемента. В специальной печи при температуре свыше 1000 градусов обжигают смесь известняка и глины. В результате получают гранулированный полуфабрикат.

Свойства готового клинкера определяются технологией нагрева, методом помола и охлаждения, составом сырья и добавлением присадок.

В клинкере обязательно присутствуют четыре элемента в определенных пропорциях: не менее 52% алита, 14-31% белита, 4-11% алюмината, 5-15% алюмоферрита.

Кроме изготовления цемента, клинкер используют для облицовки искусственных водоемов и печей, украшения фасадов зданий. Его применяют в качестве керамогранита для украшения интерьеров. Материал может выдержать высокую влажность, а также обладает хорошими теплоизоляционными свойствами.

Корректирующие добавки

Для доведения смесей до требуемых химических и физических показателей, при изготовлении цемента используют различные добавки, чтобы скорректировать его состав. Чаще всего их добавляют для получения оптимальной пропорции диоксида кремния и карбоната кальция в клинкере.

Недостаток диоксида кремния компенсируют добавлением в смесь песка или глины с высоким содержанием кремнезема. Для повышения количества диоксида железа добавляют колчеданные огарки.

Известковый компонент обычно не корректируют, так как его содержание в сырье является ключевым фактором использования именно такой извести для производства цемента.

В готовую смесь также добавляют корректирующие вещества, например, пластификаторы. Они повышают качество смеси, ее морозостойкость, улучшают физические свойства. Для этих целей используют апатиты, глинозем, кремнезем, плавиковый шпат.

Корректирующие добавки применяют для снижения стоимости готовых смесей. К ним можно отнести отходы других отраслей промышленности – колошниковую пыль (отделяется в доменных печах), газовые отходы ТЭС, шлаковые отходы цветной и черной металлургии.

Производство цемента, основные этапы изготовления

Процесс изготовления цемента состоит из двух основных этапов: производство клинкера и его перемалывание до вида мелкого порошка. Рассмотрим, как делают непосредственно цемент.

В первую очередь добывают сырье (глина и известняк), доставляют его до места переработки, измельчают и смесь обжигают под воздействием высоких температур.

С целью сокращения затрат на транспортировку, заводы по изготовлению цемента чаще строят недалеко от места добычи сырья.

Существует три способа изготовления цемента:

Сухой способ используется в основном зарубежными странами, тогда как в России производят цемент в основном по мокрому. Сырьем для мокрого выступает мягкая глина и сухой твердый известняк. В начале производства материалы тщательно измельчают (сначала дроблением, а затем помолом). Известняк дробят до частиц размером 8-10 мм. Глину измельчают до размера кусков не более 10 мм в вальцевых дробилках и вымачивают в болтушках, где она достигает влажности 70%.

Измельченная глина попадает в мельницу, где к ней добавляют известняк. Компоненты перемешивают и размалывают. В результате получают шлам влажностью 40%, который погружают в вертикальный бассейн. На этом этапе происходит корректировка состава с помощью добавок и оценка качества шлама. Одобренная смесь перекладывается в горизонтальные накопители, где она ожидает обжига.

В печи для обжига под действием высоких температур шлам расплавляется в клинкер. После охлаждения, его отправляют в дробилки, а затем в мельницы. Туда же досыпают гипс и добавки. Готовый цемент проходит оценку качества, упаковывается и поступает в продажу, или отправляется навалом.

В сухом методе все исходные компоненты – мергель, мел, известняк, глину, уголь – пропускают сквозь сушильный барабан и загружают в мельницу. Измельченные и перемешанные составляющие проходят оценку, и происходит корректировка состава смеси. Далее она поступает в шнеки с целью увлажнения и образования гранул. После этого смесь поступает в печь для изготовления клинкера. Дальше процесс такой же, как и у мокрого метода.

В комбинированном способе сырье подготавливается также, как в мокром. Затем шлам в специальном фильтре обезвоживается до влажности 12-15%. После смесь обжигают в печи, и дальше процесс повторяет мокрый способ.

Теперь известно, как производят этот материал, что входит в его состав. Останется только вычислить, сколько же потребуется цемента по формуле или через специальные онлайн калькуляторы, и можно приступать к необходимым работам.

Из чего делают бетон — состав и пропорции

Технология изготовления газобетонных блоков своими руками

Виды асфальтобетонных смесей и их описание

Технология применения глиноземистого цемента

Источник

Как и из чего делают цемент: состав цемента, маркировка смесей и сфера их применения

Самым распространенным скрепляющим материалом в строительстве является цемент, который изготавливается на основе магнезиальных или карбонатно-силикатных горных пород. Последняя разновидность занимает более 90% рынка и называется портландцементом. Процесс производства включает несколько этапов, ассортимент выпускаемых минеральных вяжущих материалов широкий, узнать по маркировке область применения порошка будет полезно каждому строителю.

Из чего делают цемент — основное сырье

Исходными материалами для производства служат твердые полезные ископаемые, вблизи которых и располагают цементные заводы.

• мел — мягкая горная порода белого цвета, состоит из карбоната кальция с примесью магния, оксидов металлов и зерен кварца;
• мергель — естественная смесь из 50-75% кальцитовых производных с 25-50% силикатных глинистых образований, хорошо подходит для производства цементного клинкера;
• ракушечник — это известняк из раковин морских животных, его метаморфизованная давлением при высокой температуре разновидность называется мрамором;
• доломит — помимо кальциевого карбоната СаСО3, имеет в составе магниевую составляющую: MgCO3.

Глинистые породы, привносящие в клинкер силикаты, это лесс, суглинки и глинистые сланцы. Для удешевления производства и придания цементу особых свойств в технологии используют легирующие добавки — глинозем, железо, кремний, отходы металлургических заводов.

Что такое цементный клинкер

По химическому составу прокаленный щебень каждого из производителей может отличаться, приводится усредненный расклад в процентах:

Цементный клинкер.

• СаО — 67;
• SiO2 — 22;
• Al2O3 — 5;
• Fe2O3 — 3.

Щебень из печи — не единственный компонент в производстве портландцемента. Для замедления времени схватывания конечного продукта размол гранул до тонкодисперсного порошка производится с добавлением в клинкер до 6% сульфата кальция CaSO3, содержащегося в гипсе или гипсовом камне.

Измельчение ингредиентов осуществляется шаровыми мельницами с перекачиванием готового продукта в многотонные силосы пневматическим транспортом.

Основные характеристики продукта

Показатели плотности цемента: насыпная — 900-1100 кг/м³, с уплотнением — 1400-1700. Значения истинного удельного веса достигают 3 т/м³. Существует несколько технических характеристик, по которым судят о качестве вяжущего порошка:

1. Тонина помола — определяет активность цемента: чем меньше частички, тем большую поверхность в один слой они покрывают. Контрольные замеры выполняют рассеиванием на сите с ячейкой 80 мкм.
2. Водопотребность — количество влаги, необходимой для гидратации цемента и придания тесту пластичности. Излишняя вода в растворе приводит к образованию пор и трещин, снижению прочности.
3. Морозостойкость — способность изделий на основе цементного порошка выдерживать многократные заморозки и оттаивания без разрушения. Необходимого показателя добиваются специальными добавками при замешивании раствора.
4. Время схватывания — в зависимости от густоты замеса находится в диапазоне 0,7-10 часов. Показатель зависит и от количества гипса, добавляемого в клинкер при размоле.
5. Прочность определяется по разрушению образца, изготовленного из цемента от каждой партии выпущенного раствора. Возраст кубиков устанавливается стандартом — 28 дней.

Основные характеристики.

На все отгружаемые цементным заводом объемы заполняют паспорта качества, в которые вносят перечисленные характеристики. Потребители самостоятельно проводят входной контроль, чтобы подтвердить добросовестность поставщика.

Что такое марка цемента

После добавления воды масса перемешивается и остается твердеть на 28 дней. Заливается одновременно 6-10 металлоформ.

Из них произвольно отбирается 6 образцов и раздавливается под прессом. Среднее арифметическое давление рассчитывается по 4 кубикам, разрушившимся под наибольшей нагрузкой. Значения, измеренные в кг/см², укажут на марку цемента по ГОСТ 10178-85. Отображение напряжения в метрической системе единиц выполняется по ГОСТ 31108-2003 в МПа. Здесь распределение осуществляется по классу прочности цемента.

Получается, что для оценки прочностной характеристики одновременно пользуются старой и новой классификациями. Цифровой ряд марок: М200, М300, М400, М500, М600. Соответствующие значения класса твердости: В15; В22,5; В32,5; В42,5; В52,5.

Маркировка цемента

Приведенные обозначения прочностных показателей портландцемента — это только небольшая часть зашифрованной в полной маркировке информации о свойствах изготовленного цемента.

В условиях одновременного использования стандартов с прежними обозначениями и от 2003 г. многие коды несут идентичные сведения.

Производители цементов стараются донести информацию о качестве и свойствах продукции, применяя термины обоих стандартов.

Что обозначает маркировка цемента по виду добавок

Помимо основных компонентов, в состав вяжущего минерального вещества вводятся присадки, позволяющие применять цемент в бетонах специального назначения. Информация об особых свойствах закладывается в маркировку продукции. Буквами шифруются порошок и добавки:

• ПЦ — портландцемент без улучшающих присадок;
• ШПЦ — при размоле клинкера добавлен шлак в количестве ≥20%, продукт называется шлакопортландцементом;
• ППЦ — пуццолановый цемент, используется при бетонировании в обводненных условиях (пуццоланы — это продукты деятельности вулканов: пепел, туфы, пемза);
• СПЦ, ССПЦ, ССШПЦ — сульфатостойкие вяжущие, противокоррозионные;
• Б — быстротвердеющий порошок;
• БЦ — белый цемент; клинкер для его производства изготавливают из каолина и светлых сортов известняка;
• Г — быстросхватывающийся глиноземистый порошок, сырьевыми составляющими для обжига являются карбонатные породы и бокситы;
• ГФ — гидрофобный цемент для бетонных изделий в воде;
• ПЛ — пластифицированный, обеспечивает удобство укладки раствора даже при низких температурах;
• ВРЦ — влагонепроницаемый расширяющийся цемент, твердеет в любой среде.

Маркировка по виду добавок.

В маркировке ГОСТ 10178-85 количество добавок обозначается буквой и числом процентов: Д0, Д5, Д20. В конце шифра указывается стандарт, по которому изготовлен продукт. Пример: ПЦ 400-Д20-Б-ПЛ ГОСТ 10178-85 — портландцемент прочностью 400 кг/см² с добавками в количестве 20%, быстротвердеющий, пластифицированный.

Расшифровка маркировки цемента по новым нормативам

У каждого объединения есть признаки, указывающие на особенности изготовления:

• I — портландцемент бездобавочный, состоит на 95-100% из цементного клинкера;
• II — эта группа подразделяется на подклассы А с добавками 6-20% и В — 21-35%. Здесь же находятся пуццолановые цементы, содержащие Марки цемента и их применение

Действия по обустройству в зависимости от твердости вяжущего порошка:

• М200 — цемент предназначен для штукатурных работ, изготовления бетона М100;
• М300 — соответствует монолиту М200, применяется для бетонирования подстилающих поверхностей под фундаменты, заливки оснований под малоэтажные строения;
• М400 — строительство железобетонных сооружений прочностью М300, дорожных покрытий, тротуарной плитки, бордюрных камней, опорных конструкций;
• М500 — все виды наружных бетонных работ, изготовление аэродромных плит и гидротехнических сооружений из монолита М400.

Составы растворов могут различаться и задаются под условия возводимого объекта. Рецептура смесей определяется проектом.

Источник