Цемент

Цемент самый распространенный строительный материал, он необходим при строительстве повсеместно, на всех этапах строительного процесса. Цемент используется для изготовления бетонов разных марок, приготовления кладочных смесей. Цемент отлично подходит для штукатурки и стяжек различного назначения.

image description
image description
  • image description
  • image description

Его применяют для изготовления монолитного и сборного бетона, железобетона, асбестоцементных изделий, строительных растворов, многих других искусственных материалов, скрепления отдельных элементов (деталей) сооружений, жароизоляции и др. Крупными потребителями цемента являются нефтяная и газовая про-мышленность. Цемент и, получаемые на его основе, прогрессивные строительные материалы успешно заменяют в строительстве дефицитную древесину, кирпич, известь и другие традиционные материалы.

Цемент — это искусственные, порошкообразные вяжущие материалы, которые при взаимодействии с водой, с водными растворами солей или другими жидкостями образовывают пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в прочное камневидное тело — цементный камень.

Наиболее распространенные марки цемента:

  • Цемент ПЦ 500 Д0 (М500 Д0)
  • Цемент ПЦ 500 Д20 (М500 Д20)
  • Цемент ПЦ 400 Д0 (М400 Д0)
  • Цемент ПЦ 400 Д20 (М400 Д20)

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, опоки, трепелы) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1470 °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>1470>1300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который, взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО, образует минерал АЛИТ (С3S);
  • охлаждения (1300…1000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Виды цемента

Портландцемент — порошок тонкого помола, получаемый в результате обжига до спекания известняково-глинистой смеси (клинкер) и последующего ее помола в тонкий порошок. Обычно, его выпускают в смеси с активными добавками, количество и вид которых может меняться, в зависимости от назначения портландцемента (например, гипса).

Белый цемент — в отличие от обыкновенного имеет повышенный силикатный модуль (3,0-3,8) и весьма высокий глиноземистый модуль (10 и более), а коэффициент насыщения ниже, чем у обыкновенного — 0,80-0,87. В соответствии с этим клинкер белого портландцемента имеет следующий минералогический состав: C3S 38-44%; C2S 35-37%; C3A 15-16%; C4AF 1-2%, т.е. он практически не содержит алюмоферритов кальция.

Быстротвердеющий цемент — цементы с высоким суммарным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (не менее 60%) оказываются, как правило, быстротвердеющими. При этом содержание C3S должно быть не менее 50-52%, а С3А — 8-10%.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент — быстросхватывающее и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество получаемое путем совместного помола и тщательного смешивания измельченных глиноземистого цемента гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция. Цемент характеризуется быстрым схватыванием: начало процесса-ранее 4 мин. конец не позднее 10 мин. с момента затворения.

Гидрофобный цемент — гидрофобный портландцемент, гидравлическое вяжущее вещество, получают введением при помоле обыкновенного портландцемента гидрофобизующей добавки. К таким добавкам относятся: асидол, асидол-мылонафт, мылонафт (ГОСТ 13302-67), олеиновая кислота или окисленный петролатум.

Глинозёмистый цемент — это тонкий порошок серо-зеленого, коричневого или черного цвета, продукт тонкого измельчения клинкера получаемого обжигом (до плавления или спекания) сырьевой смеси состоящей из бокситов и известняков.

Карбонатный цемент — продукт совместного тонкого измельчения клинкера с 25-30% карбонатных пород. Карбонатный цемент характеризуется следующими основными показателями: тонкость помола должна соответствовать удельной поверхности не менее 3500 см2/г, при этом остаток на сите — 02 должен не превышать 2%, а через сито — 008 должно проходить не менее 92% материала; начало схватывания должно наступать не ранее чем через 30 мин., а конец — не позднее чем через 5 ч.

Магнезиальный цемент — вид неорганического вяжущего вещества на основе оксида магния, затворяемого хлоридом и/или сульфатом магния. Оксид магния в свою очередь есть продукт умеренного обжига природных карбонатных пород магнезита или доломита.

Расширяющийся цемент — собирательное название группы цементов обладающих способностью увеличиваться в объёме в процессе твердения. Имеют свойство твердеть в воде. Некоторые марки расширяющихся цементов абсолютно водонепроницаемы и поэтому не требуют дополнительной гидроизоляции. Расширение происходит в результате образования в среде гидратирующегося вяжущего вещества высокоосновных гидросульфоалюминатов кальция объём которых вследствие большого количества химически связанной воды значительно (в 15-25 раза) превышает объём исходных твёрдых компонентов.

Напрягающий цемент — разновидность расширяющегося цемента. Развивает при твердении значительные усилия (до 4 МПа), что позволяет использовать его для получения предварительно напряженных железобетонных конструкций. Применяется, главным образом, для изготовления железобетонных труб и тонкостенных конструкций.

Песчанистый цемент — получается путем совместного тонкого помола клинкера, добавки гипса и примерно 40% кварцевого песка.

Отличительной особенностью этого цемента является пониженное тепловыделение при гидратации.

Пластифицированный цемент — отличается свойством повышать пластичность и удобоукладываемость растворной и бетонной смесей и придавать бетонам повышенную морозостойкость. Получают введением при помоле обыкновенного портландцемента пластифицирующих поверхностно-активных добавок. В качестве поверхностно-активных добавок применяют концентраты сульфитно-спиртовой бражки (СДБ), удовлетворяющей требованиям МРТУ 13-04-35-66.

Пуццолановый цемент — получают совместным помолом портландцементного клинкера (60-80%) активной минеральной добавки (20-40%) и небольшого количества гипса. От обычного портландцемента он отличается повышенной коррозионной стойкостью (особенно в мягких и сульфатных водах) меньшей скоростью твердения и пониженной морозостойкостью.

Сульфатостойкий цемент — отличается от обычного повышенной стойкостью в агрессивной среде, пониженной экзотермией и замедленной интенсивностью твердения. В качестве исходного сырья должна применяться глина с низким содержанием глинозема. Исходное сырье должно содержать железо в ограниченных количествах.

Тампонажный цемент — предназначен для цементирования нефтяных и газовых скважин. Применяют в виде цементного теста содержащего 40-50% воды.

Шлаковый цемент — общее название цементов, получаемых совместным помолом гранулированных доменных шлаков с добавками-активаторами (известь, строительный гипс, ангидрит и другие) или смешиванием этих раздельно измельченных компонентов.