Цемент состав и свойства из чего. Состав цемента и из чего его производят

Цемент. Классификация и маркировка.

Вот без чего не обойтись ни на одной стройке, так это без цемента. Значения не имеет, какой дом строится: деревянный или кирпичный. Разница лишь в его количестве. Фундамент нужен любому дому. А в кирпичном же вдобавок он идёт на кладку. При блочном же строительстве из него отливаются целые комнаты. А дорожное строительство? А защита от морской стихии? А отвод селевых потоков? А мосты и плотины через бурные реки? Выстрадан был этот строительный материал опытным путём в течение столетий, потому надёжен и имеет такое значение.

Предыстория

Как только человек начал строить жилище из камня, сразу же понадобилось средство, которое бы связывало эти камни. Поначалу это была просто глина. Но такие построики долговечностью не отличались, да и внешне здание выглядело непрезентабельно. Потом были замечены связующие свойства извести. Сначала это обнаружили древние греки и римляне, причём римляне обнаружили, что при добавлении в известь пуццолана (вулканического пепла) и трасса (затвердевшего пепла вулканов) высохшая кладка становится почти монолитной. На Руси из глинистых известняков получалась серая известь, схватывающаяся в сырой и влажной кладке. Практически и Рим, и Русь почти подошли опытным путём к изготовлению цемента: и в глинах и в пуццолане содержались оксиды железа и алюминия, которые в результате воздействия воды и извести подвергались процессу гидратации. Потом длительное время изменений в составе связующего средства не было (менялись лишь наполнители в растворах). И уж недавно в 1822- 1824 г .г. почти одновременно русский Челиев и шотландец Аспинд получили строительные смеси, близкие по составу к современным цементам. Причём шотландец додумался до получения клинкера и производства из него цемента. Название "портландцемент" также пошло из Англии, так как бетон из цеменда шотландца и цветом, и прочностью напоменал камень, добываемый в горах близ города Портланд.

Что такое цемент?

Производство цемента

Для начала надо заготовить сырьё. Сырьем служат известняки. Наилучшие известняки для получения цемента ― это мергель, мел и известковые туфы. Доломиты и гипсы, хотя и являются известняками, качество цемента ухудшают. То есть, лучший цемент получается из мелкопористых известняков с отсутствием кремниевых включений. Известняк измельчают и тщательно смешивают с глиной. В получившейся смеси глины примерно четверть, остальное ― известняки. Это состав поступает в крутящуюся печь диаметром от 2 до 7 метров и длиной около 200 метров. В печи ― 1450°С, это "температура спекания", в это время частицы глины и известняка подплавляются и диффузируют друг в друга. Из печи состав выходит через 2-4 часа в виде спёкшихся комочков разной величины, это так называемый цементный клинкер. Далее клинкер измельчают до частиц величиной 1-100 мкм. При этом добавляется до 6% гипса, это нужно для предотвращения процесса схватывания цемента от влаги, находящейся в воздухе. Почему цемент так "торопится" схватиться от атмосферной влаги? Да просто поверхность слипания после помола очень велика: площадь поверхности частиц всего лишь одного грамма достигает 5000 см2. Добавляются ли другие минеральные добавки? Естественно, ведь цемент нужен и в фундаменте, и для кладки, и для перекрытий, нужен, к примеру, водоотталкивающий или быстро твердеющий цемент. Для получения разных свойств нужен разный состав, вот минеральные добавки и призваны для обеспечения тех или иных свойств.

Классификация цементов

Единой и всеобъемлющей классификации цемента, подобной периодической системе Менделеева или классификации растительного мира Карла Линнея, нет. Поэтому существует несколько классификаций, каждая из которых учитывает какую-то отдельную категорию признаков.

Например, существует классификация деления цементов по клинкеру , являющемуся основой их производства:

• - портландцементный клинкер;
• - высокоглиноземистый и глиноземистый клинкер;
• - сульфатоферритный клинкер;
• - сульфатоалюминатный клинкер.

По назначению цементы подразделяются на:

• - специальные;
• - общестроительные.

Некоторые классификации за основу берут вещественный состав . Тогда цементы подразделяются так:

• - цементы с минеральными добавками;
• - бездобавочные цементы.

Есть классификация, учитывающая прочность на сжатие:

• - цементы, где не учитывается прочность;
• - цементы с прочностью М600, М550, М500, М400, М300, М200.

Пара классификаций вообще учитывает временные отрезки. Одна, учитывающая скорость твердения делит цементы на:

• - нормальнотвердеющие;
• - быстротвердеющие.

Другая учитывает сроки схватывания:

• - быстросхватывающиеся (до 45 мин);
• - нормальносхватывающиеся (45 мин-2 час);
• - медленносхватывающиеся (более 2 часов).

Маркировка цемента

В основе определения марки цемента лежит определение его прочности. Как её определяют? Тщательно перемешивается цемент с песком в отношении 1:3. Готовая смесь затворяется водой. Воды берётся в количестве 40% от веса цемента. Из получившейся пластичной массы лепятся кубики или параллелепипеды. Для правильного определения прочности такая заготовка выдерживается в воде в течение 28 суток. Потом эти кусочки бетона проверяются давлением на изгиб и на сжатие. Чаще всего для проверки прочности на сжатие берут половинки, образовавшиеся в результате разлома от проверки на изгиб. И, внимание! Та величина давления, которая понадобилась, чтобы раздавить заготовку, и есть марка цемента. Допустим, что понадобилось давление 500 кг/см 2 . Значит, это цемент с маркой 500.

Теперь разберёмся с маркировкой, написанной, к примеру, на мешке. Надпись ― МПЦ400-Д20. "М" означает, что конструкции с применением этого цемента будут морозоустойчивыми, буквы "ПЦ" означают, что это портландцемент, цифра 400 ― марка, означающая прочность на сжатие, "Д" ― это наличие органических добавок, а цифра после неё показывает процентное содержание этих добавок. Таким образом, перед нами мешок с морозостойким портландцементом марки 400 с 20% органических добавок.

Разновидности цемента

Во главе надо поставить высококачественный портландцемент, не содержащий даже минеральных добавок. Далее идут цементы, содержащие минеральные добавки для изменения свойств. К следующей группе относятся цементы, содержащие органические добавки (обычно это смолы). Выделяют также шлакоцемент, из которого делают массивные бетонные элементы здания. Много о разновидностях цемента могут сказать дополнительные буквы на маркировке.

1. 1. Б. Быстротвердеющий, предназначенный для ремонтных работ.
2. 2. БЦ. Белый цемент для отделочных и скульптурных работ.
3. 3. ППЦ. Пуццолановый цемент с тонкоизмельчённым кремнезёмом. Главнейшее достоинство ― пониженное тепловыделение. Из-за этого верхние и внутренние слои отдают тепло равномерно, а, значит, бетон не будет трескаться.
4. 4. СЦ. Сульфатостойкий цемент с защитой от разрушения бетона солями. Поэтому прекрасно подходит для гидротехнических сооружений.
5. 5. ТЦ. Тампонажный цемент для заглушки газовых и нефтяных скважин.
6. 6. ШЦ. Шлаковый цемент, производимый без клинкерной основы.
7. 7. ЦЦ. Цветной цемент, получаемый благодаря введению красящих пигментов.
8. 8. ПЛ означает, что используются пластификаторы, ГФ ― гидрофобные добавки., благодаря которым появляется эффект несмачиваемости, водоотталкивания.

Цемент – это неорганическое вещество искусственного происхождения, служащее для соединения материалов в строительстве. Как правило, под цементом в настоящее время подразумевают портландцемент и цементы из портландцементного клинкера. Цемент входит в состав штукатурных, кладочных растворов и бетона. Важной особенностью цемента, отличающей его от воздушной извести и гипса, является то, что он способен затвердевать во влажной среде.

Из чего производится цемент

В состав цемента входят минеральные породы карбонатной (известняк, мергель, мел, другие горные породы карбонатно-глинистого, известнякового или доломитового состава) и глинистой (глина, глинистый сланец, суглинок, лесс и лессовидные суглинки) групп, а также минеральные добавки. Как правило, цементы, произведенные в разных регионах, отличаются друг от друга по составу. Это связано с тем, что производство цемента обычно располагают на месте добычи горных пород.

Выбор породы для производства цемента в основном диктуется её физическими свойствами и структурой. Так, избегают применения кристаллических горных пород, в силу того, что они хуже вступают во взаимодействие с другими составляющими цемента.

Карбонатные породы

• Мел – одна из наиболее широко используемых для производства цемента пород, благодаря его мягкости и ломкости.
• Мергель – горная порода, промежуточная между известняковыми и глинистыми. Его структура и свойства различны и зависят от содержания глинистых примесей.

Глинистые породы

• Глина – смесь различных минералов, обладающая пластичностью в увлажненном состоянии.
• Суглинок помимо глины содержит значительное количество частиц песка и пыли.
• Глинистый сланец – твердая горная порода меньшей, чем глина, влажности, обладающая способностью расслаиваться на тонкие пласты.
• Лесс – пористая горная порода из глины, кварца, полевого шпата и других силикатов.
• Лессовидный суглинок – переходный от суглинка к лессу материал.

Минеральные добавки

Это важные составляющие цемента, служащие для улучшения его свойств (эластичности, скорости затвердевания и других). Как правило, применяют кремнеземистые, глиноземистые, глиносодержащие добавки и плавиковый шпат.

О химии цемента

Для улучшения свойств цемента в его состав вводят различные оксиды.

• Оксид алюминия обуславливает огнеупорные свойства цемента. В хорошем цементе обнаруживается 60% оксида алюминия.
• Оксид кальция отвечает за прочность цемента. По содержанию этого оксида цементы делятся на высокоизвестковые (от 40% оксида кальция) и малоизвестковые (до 40% оксида кальция).
• Оксид железа содержится в цементе в малом количестве (до 25%), т.к. неблагоприятно влияет на огнеупорность материала.
• Оксид магния (до 2%)
• Оксид кремния (до 10%)

Избегают включения в химический состав цемента оксида хрома, снижающего химическую реактивность материала.

Виды цемента

Рассмотрим классификацию и основные виды цемента. По основному минералу, входящему в состав, цементы делятся на:

• Портландцемент – самый популярный в строительстве вид, в составе превалирует алит и портландцементный клинкер.
• Романцемент – на сегодняшний день редкий, не производимый цемент, в составе превалирует белит.
• Магнезиальный, иначе называемый цементом Сореля, цемент производится из магнезита и замешивается водным раствором различных солей.
• Глиноземистый цемент – в его составе превалирует Al 2 O 3.
• Кислотоупорный цемент – производится из кремнефтористого натрия и кварцевого песка, замешивается раствором жидкого стекла.
• Смешанные цементы получают из вышеперечисленных видов, соединяемых с другими минеральными, вяжущими добавками и шлаками.

По прочностным свойствам выделяют марки цемента. Для градации применяют такой тест: сжимают половинки призматических образцов из раствора цемента с кварцевым песком в пропорции 1:3 размера 40х40х160 мм и измеряют предел прочности такого образца.

Марки прочности цемента – это числа от М100 до М600 с шагом 50 или 100, обозначающие прочность цемента в кг/см 2 . М100-М300 на сегодняшний день более не производятся. М600 также известен под названием «фортификационный» или «военный» цемент, он особенно ценится за высокие показатели прочности и потому стоит значительно дороже, чем М500. Находит себе применение в строительстве бункеров, ракетных шахт и других объектов оборонного назначения.

Дополнительно по прочности все цементы делят на классы. Класс прочности цемента – это число от 30 до 60, обозначающее прочность при сжатии в МПа. Принадлежность цемента к определенному классу прочности обозначает, что 95 из 100 образцов из этого цемента соответствуют этому классу. На конец 20 века существовало около 30 разновидностей цемента.

В данной статье мы подробным образом рассмотрели, из чего состоит цемент, и выяснили, на что следует обращать особое внимание при выборе цемента для различных строительных работ. Теперь вы все об этом занете.

Изготовить цемент в домашних условиях своими руками невозможно. Однако многих частных застройщиков интересует вопрос: «Каким образом получают этот уникальный строительный материал, за который они платят приличные деньги?».

Производство цемента

Основной компонент для производства цемента – клинкер. Клинкер представляет собой смесь материалов природного происхождения (обычно извести и глины), прошедших высокотемпературный обжиг в специальных печах. В общем случае рецептура клинкера для производства цемента включает в себя 75% известняка и 25% глины. Иногда глину заменяют другими природными материалами – доломитом или трепелом.

В окружающей среде имеется натуральный клинкер, который можно использовать для производства цемента напрямую, без обжига. Это горная порода – мергель. Вследствие малой мощности месторождений натурального клинкера его применения очень ограничено, поэтому подавляющее большинство цементных заводов России используют для производства цемента клинкер, состоящий из глины и извести.

В процессе производства цемента, при помоле клинкера в него добавляют так называемые «гидравлические» материалы – гипс (3% от объема клинкера) или доломит (15% от объема клинкера).

Основные этапы

• Тщательное перемешивание компонентов клинкера в специальных больших стальных барабанах (грохотах);
• Обжиг клинкера в печах. Компоненты материала вступают в реакцию и соединяются между собой в виде зерен размером с небольшой грецкий орех;
• Измельчение до порошкообразного состояния. Процесс помола цемента происходит внутри шаровых грохотов представляющих собой длинный горизонтальный барабан внутри, которого находятся стальные предметы – шары и конусы;
• Цемент готов. Следует на упаковку или на добавление присадок и на упаковку и отгрузку потребителю.

Технологии производства цемента

В общем случае технологии производства цемента отличаются друг от друга исключительно процессом подготовки клинкера. На данный момент времени существует и успешно применяется три вида технологий производства цемента:

• Мокрая;
• Сухая;
• Комбинированная.

Мокрая технология. В этом варианте для приготовления клинкера используют мел и глину. Смешивание и измельчение компонентов происходит в стальном барабане при обязательном присутствии воды. Поученная таким образом шихта имеет влажность 30-50%, и, поступив в печь обжига, превращается в шарообразные гранулы, которые следуют на помол. Технология энергозатратная, поэтому применяется ограниченно.

Сухой способ получения цемента – будущее производства данного материала. В этом случае удалось объединить несколько процессов одну технологию, что дало существенную экономию и значительное удешевление производства. К примеру, белый цемент М500, произведенный «мокрой технологией» на Щуровском цементном заводе стоит в рознице 690 рублей за 1 мешок массой 50 кг, а точно такой же мешок турецкого или египетского цемента М500, произведенного «сухой технологией» можно приобрести за 300 рублей за мешок массой 50 кг.

Цемент является одним из основных строительных материалов. Без цемента нельзя сделать бетон и другие необходимые строительные растворы. Из чего же сделан цемент и почему он обладает такими свойствами?

Цемент — это искусственное неорганическое гидравлическое вяжущее вещество. При взаимодействии с водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное твердое тело.

Цемент обладает способностью набирать прочность во влажных условиях, чем кардинально отличается от некоторых других минеральных вяжущих веществ, таких как: гипс и воздушная известь, 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 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 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 от +1450 до +1480 °C

Виды цемента

По наличию основного минерала цементы подразделяются на:

• 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) - на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
• кислотоупорный цемент - на основе гидросиликата натрия, сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяется водным раствором жидкого стекла.
• биоцемент — производится при помощи биотехнологий.

В подавляющем большинстве случаев под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера.

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.

Типичный клинкер обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза.

1. Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров, содержание его составляет 50-70 %. 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.
2. Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15-30 %. 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.
3. Содержание алюминатной фазы составляет 5-10 % для большинства нормальных цементных клинкеров. Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.
4. Ферритная фаза составляет 5-15 % обычного цементного клинкера. 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.

Прочность бетона

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

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).

Для лучшего понимая из чего сделан цемент рекомендую посмотреть фрагмент передачи «Как это сделано» про производство цемента:

Цемент – вяжущая субстанция, которая имеет свойство твердеть в воде и на открытом воздухе. Разберемся, из чего делают цемент, правда, тут еще все заивист от . Он образуется путем измельчения клинкера, гипса и специальных добавок. Клинкер – это результат обжига сырьевой смеси, которая включает в себя известняк, глину и прочие материалы (доменный шлак, нефелиновый шлам, мергель). Ингредиенты берут в определенном соотношении, что обеспечивает образование силикатов кальция, алюмоферритной и алюминатной фаз.

Впервые патент на цемент был зарегистрирован в 1824 году, в Англии, Д. Аспиндом. Тогда автор патента смешивал пыль извести с глиной, обрабатывал смесь посредством высокой температуры. В результате получал серый клинкер. Далее материал размалывался и заливался водой.

Из чего состоит цемент сегодня? По-прежнему клинкер – это основной компонент, входящий в состав цемента. Именно от него зависят свойства и крепость строительного материала. Кроме того, в состав входят активные минеральные добавки (15%) в соответствии со стандартами производства. Они незначительно влияют на основные свойства и технические характеристики строительного материала. Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены, а называться он будет пуццолановым цементом.

В рассыпанном состоянии составляет 900-1300 кг/куб м, уплотненном – до 2000 кг/куб. м. Рассчитывая емкость складов для хранения, вес цемента равняется 1200 кг/куб. м. Выпуск цемента без добавок регламентирует ГОСТ 10178-76, с добавками – ГОСТ 21-9-74.

Основные характеристики цемента

В зависимости от того, из чего сделан цемент, материал имеет разные свойства. К основным из них относятся:
1. Прочность . Это параметр, который отвечает за разрушение материала под воздействием определенных условий. В зависимости от механической прочности, выделяют четыре типа цемента: 400, 500, 550 и 600.
2. . Определяется путем укладки цементного теста нормальной густоты на ровную поверхность – цемент должен равномерно изменять свой объем при высыхании. Иначе его нельзя будет применять в строительстве ввиду возможных разрушений покрытия в результате чрезмерного напряжения. Изменения объема проверяются путем кипячения застывших лепешек из цемента.
3. Зернистость помола . Параметр оказывает влияние на скорость высыхания и прочность. Чем мельче помол, тем лучше и прочнее цемент, особенно на первом этапе затвердения. Зернистость помола определяется удельной поверхностью частиц, которые входят в состав 1 кг цемента, и колеблется в пределах 3000-3200 кг/куб. м.
4. Плотность . Затраты воды для создания смеси. Это количество воды при затворении, необходимое для нормальной укладки и высыхания материала. Чтобы сократить ее расход и повысить пластичность цемента, применяют пластифицирующие органические и неорганические вещества. К примеру, сульфидно-дрожжевую бражку.
5. Стойкость к морозам . Параметр позволяет определить способность выдерживать временное замораживание воды, вследствие которого ее объем увеличивается на 8-9%. Вода давит на стенки цементного (бетонного) покрытия, а это, в свою очередь, нарушает структуру раствора, постепенно разрушая его.
6. Сцепление с арматурой .
7. Тепловыделение – в процессе застывания цемента выделяется тепло. Если это происходит медленно и постепенно, то покрытие застывает равномерно, без появления трещин. Количество и скорость выделения тепла можно уменьшить путем использования специального минералогического состава, который добавляют в раствор.

Сегодня производится множество видов цемента. То, из чего состоит цемент, в большей степени влияет и на его свойства. В зависимости от сырьевой основы, выделяют такие виды цемента:

• известковый;
• мергелистый;
• глинистый цемент с добавками шлака и боксита. Его особенность – водонепроницаемость, морозоустойчивость, огнеустойчивость.

В основном при изготовлении цемента применяют глинистые и карбонатные соединения. Иногда – искусственное сырье (отходы, шлаки) или другие природные материалы (остатки глинозема).

Различают . Портландцемент быстро твердеет и может содержать в своем составе минеральные добавки от 10 до 15%. Клинкер и гипс (основные компоненты), входящие в его состав, обжигают при температуре 1500 градусов Цельсия. Портландцемент активно применяют для проведения современных строительных работ. Его главным свойством является способность превращаться в твердую каменную глыбу даже при взаимодействии с водой.

Кроме портландцемента и шлакопортландцемента, различают следующие виды цемента:

• гидравлический;
• напрягающий – имеет свойство быстро схватываться и высыхать;
• тампонажный – предназначен для бетонирования газовых и нефтескважин;
• декоративный (белый);
• сульфатостойкий - его отличительная особенность – низкая скорость затвердевания и повышенная морозоустойчивость.

Сферы использования

Очень часто цемент применяют в строительстве для создания бетона и армированных конструкций. Марка 400 используется для заливки фундамента и сооружения балок перекрытий в высотных зданиях.