Оглавление
Корректирующие добавки
Цементный состав делают из минерального сырья с применением специальных пластификаторов, добавляемых при производстве.
Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены
Технология предусматривает использование добавок на базе ископаемых, содержащих:
- Глинозем.
- Кремнезем.
- Глину.
- Плавиковый шпат.
- Апатиты.
Введение корректирующих добавок, с помощью которых делают цемент и улучшают его характеристики, предусмотрено технологией. Пластификаторы позволяют улучшить следующие свойства цементного состава:
- стойкость к воздействию коррозионных процессов;
- устойчивость к воздействию перепадов температуры, глубоким циклам замораживания;
- прочностные характеристики;
- продолжительность твердения;
- подвижность цементного раствора, его эластичность;
- степень проницаемости водой.
Сырьевые материалы
Цемент производят на заводах, которые находятся в непосредственной близости от мест разработки горных пород, служащих сырьем для строительного материала. К естественному сырью для цемента относятся:
- карбонатные минералы. К ним принадлежат известняки, доломиты, мергели, а также смеси этих пород. Большинство этих минералов было образовано на дне морей и озер осадочным способом. Толщина пластов может достигать нескольких сотен метров. Кристаллическая решетка разных видов карбонатных минералов имеет разную степень устойчивости. Это определяет их способность сплавляться с другими компонентами в процессе изготовления цемента.
- глинистые материалы. Мелкодисперсные породы, которые также были образованы осадочным способом. Состоят из основы — глинистого вещества и большого количества примесей. Это сырье при добавлении воды увеличивается в объеме, становится вязким, пластичным.
Остановимся подробнее на основных сырьевых компонентах, входящих в состав цемента.
Морозостойкость
Для изготовлении качественного бетона, необходимо использовать свежий цемент. В последнее время цемент сильно подорожал, поэтому для его экономии следует отнестись к чистоте компонентов с особой внимательностью.
Свойство цементного камня, влияющее на способность к многократному замораживанию и оттаиванию, – один из главных показателей качества.
Вода, находящаяся в микродозах в порах, при замерзании способна увеличиваться в объеме на 8 %, что при многократном повторении приводит к трещинам и разрушению бетона в дальнейшем, что не допустимо при строительстве объектов любого назначения.
Чистый цемент в строительстве не используется, в него, в зависимости от марки, добавляются определенные минеральные добавки: абиетат натрия, нейтрализованный древесный пек и другие – с целью повысить сопротивляемость к перепаду температур и повысить долговечность бетона.
Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления
Сегодня процесс изготовления цемента изменился. Изготовляют его несколькими способами, да и компоненты, входящие в его состав, тоже отличаются от использовавшихся две сотни лет назад.
Так как сырьём для производства цемента гост31108 2003, гост 30515 2013 служат естественные породы, то и предприятия, занимающиеся его изготовления, чаще всего размещают поблизости от мест добычи этих пород.
Все ископаемые, из которых делается цемент, делятся на два вида:
- Карбонатные ископаемые, отличающиеся характеристиками и особенностью структуры. Именно структура породы обеспечивает эффективное её взаимодействие с остальными ингредиентами состава продукта.
- Глинистые и горные породы, имеющие осадочное происхождение. Имея минеральную основу, при увлажнении они приобретают пластичность и увеличиваются в объёме. Так как для данного вида сырья характерна вязкость, то их можно использовать, производя цемент сухим способом.
Теперь следует назвать конкретно, какие ископаемые относятся к каждому из видов сырья, используемых при производстве цемента.
К карбонатным породам относят следующие виды природного сырья:
мел, представляющий разновидность известняка. Обладает способностью легко измельчаться;
Мел
мергелистый известняк, в природе встречается как в рыхлом, так и в твёрдом состоянии. В породе могут содержаться примеси глины, поэтому данный вид известняка считается сырьём переходным, обладающим свойствами, характерными и для известняков, и для глины;
Мергелистый известняк
известняки – ракушечники, не имеющие включений кремния. Порода имеет пористую, легко разрушающуюся при сжатии структуру;
Известняки – ракушечники
доломитовые породы и другие ископаемые осадочного происхождения. Они содержат карбонаты, придающие породе ценные свойства.
Доломит
Глинистые породы включают следующие виды ископаемых:
глина с минеральными включениями, набухающими при контакте с водой;
Глина
суглинки, содержащие повышенную концентрацию частиц песка;
Суглинки
сланцы, имеющие глинистую основу. Данное сырьё относят к горным породам, повышенной прочности. При механическом воздействии разделяется на пластинчатые пластины. Характеризуется стабильным составом и низким содержанием влаги;
Сланцы
лесс, пористая порода, с включениями частиц кварца и силиката.
Лесс
Кроме данных видов сырья, что изготавливать цементную смесь на заводе используют некоторые виды производственных отходов. Для улучшения качества в его состав добавляют добавки, предусмотренные технологическим процессом: глинозём и кремнезём, плавиковый шпат и апатиты.
Все добавки, называемые пластификаторами, также природного происхождения. Они влияют в лучшую сторону на следующие качества цемента:
- увеличивают стойкость к изменениям температуры;
- усиливают прочность;
- подвижность и эластичность продукта;
- уменьшает проникновение воды в готовое изделие.
В зависимости от свойств, добавленных в состав цемента пластификаторов, его раствор будет застывать быстрее, или же медленнее.
Виды цемента
Сегодня производится множество видов цемента
На основании материала изготовления выделяют группы:
- известковый;
- мергелистый;
- глинистый. Рекомендуется внесение вспомогательных компонентов цемента, боксита и шлака для повышения водонепроницаемости, огне- и морозоустойчивости.
Преимущественно производство цемента включает соединения карбона и глины, но в отдельных видах выполняется внесение искусственных веществ (шлаков, отходов металлургии и химического производства) и естественных компонентов (глинозема).
Цемент делят на следующие виды:
- портландцемент. Отличается высокой скоростью затвердевания, включает 10–15 % минеральных веществ. В основу портландцемента закладывается гипс и клинкер, которые проходят обжиг при температуре 1500 °С. Его активно используют в современном строительстве благодаря способности создавать монолитные конструкции при смешивании с водой;
- шлакопортландцемент. В составе присутствуют те же компоненты, а также доменные шлаки;
- гидравлический;
- напрягающий – быстро схватывается и застывает;
- тампонажный. Применяется для создания бетонных конструкций в сфере газо- и нефтедобычи;
- декоративный, отличается белым цветом;
- сульфатостойкий. Главные отличия сводятся к низкой скорости застывания и высокой устойчивости к минусовым температурам.
Различают портландцемент и шлакопортландцемент
Добавки
Сам по себе цементный раствор, безусловно, хорош. Но нет предела совершенству. Люди придумали, как сделать его еще лучше, заставить служить для разных целей, быть податливее и прочнее.
Чтобы сделать растворы цемента с нужными характеристиками, разработали целый ряд добавок. Давайте посмотрим, на что они способны.
- Любимые всеми пластификаторы. Особенно рекомендуют использовать новичкам. Эта добавка делает раствор «сговорчивее» и подвижнее, его проще заливать. В нем образуется меньше воздушных пузырей и улучшается адгезия с металлом. А также пластификаторы увеличивают прочность бетона до 140 % и делают его морозостойким. Пластификаторы обязательно добавляют в нужной пропорции. Не переборщите, иначе качество готового покрытия, наоборот, снизится.
- Армирующие добавки. Это разного состава тонкие волокна (базальт, стекловолокно, полипропилен, металл). Их роль – связывать частицы раствора и сдерживать их вместе при усадке. Когда волокна замешивают в растворе, они располагаются хаотично и создают подобие сетки. При высыхании цементная заливка меньше трескается.
- Вовлекатели воздуха. Они делают бетон пористым. Зачем это нужно, если мы постоянно боремся за прочность и отсутствие внутренних пор? Оказывается, пористый бетон очень устойчив к перепадам температуры. И если вода начинает застывать, она расширяется в пустые воздушные пространства, а не напрягает сам материал. Нужно четко следовать инструкции, соблюдать время и количество внесения этой добавки для бетона.
- Ускорители/замедлители схватывания состава. Из названия все ясно. Эти присадки используют, когда необходимо увеличить или сократить время схватывания раствора. Актуально ускорять процесс затвердевания, когда работа ведется при низких температурах. Ну, или когда хочется построить побыстрее и сразу много.
- Уплотняющие. Делают бетонный пласт сверхплотным, прочным и водонепроницаемым.
- Антикоррозийные. Они защищают внутреннюю металлическую арматуру от агрессивной водной среды. Рекомендуют использовать их совместно с гидроизоляцией.
- Красящие. Нужны для придания оттенков и даже ярких цветов строительным смесям. Можно использовать колеры при замешивании или красить уже готовую бетонную поверхность.
Предприимчивые мастера научились делать многие добавки из подручных средств. Так, пластификаторы делают из жидкого мыла, армирующие наполнители из нарезанной проволоки, а морозостойкие присадки из солей хлора.
Вот рецепт пластификатора из шампуня:
- Приготовим составляющие. На мешок цемента 50 кг нужно 250 мл любого шампуня или жидкого мыла.
- Смешаем требуемую по пропорции воду с шампунем. Объем воды обычно равен половине дозы цемента. Не забываем вычесть из этого объема 200 — 250 мл (что пропорционально количеству шампуня).
- Добавляем цемент, а затем другие сухие компоненты (песок, щебень) и вымешиваем.
Поделки из цемента для сада, декор который нельзя пропустить
Разводить цемент с водой, без песка — сложно. Могут образоваться комки, потому что цемент обладает низким коэффициентом смачиваемости. Поэтому правильно мешать раствор так: сначала хорошо перемешать песок с цементом, а потом разбавлять водой.
История цемента
Попытки преодолеть низкую водостойкость известковых и гипсовых составов предпринимались с древнейших времен. Цемент (caementum в переводе с латыни — дробленый, битый камень) появился путем добавления в известь различных минеральных веществ, обладавших гидрофобными свойствами. Для этого использовали размельченные остатки кирпичей из обожжённой глины, различные вулканические породы. Так, в состав цемента, который применялся строителями Древнего Рима, входили пуццоланы – отложения пепла знаменитого вулкана Везувия.
Эксперименты продолжались долгие века, пока потребность в большом количестве прочного и недорогого вяжущего вещества не заставила строителей выработать оптимальную технологию по его производству. Решающий вклад в такие исследования внесли русский военный техник Егор Челиев, издавший книгу о цементе для подводных работ (1825), и каменщик из английского Лидса Джон Аспдин, получивший патент на портландцемент (1824). Это название происходит от английского острова Портленд, расположенного в проливе Ла-Манш и состоящего из известковых пород. Камни из карьера, находящегося на этом острове, считались самым престижным строительным материалом в Англии. Полученный Аспдином искусственный камень был очень похож на него цветом и прочностью.
Интересно, что технология Челиева более соответствует тому, что теперь называется портландцементом, а цемент Аспдина изготавливался без принятого сейчас спекания исходного сырья.
Вода и химия бетона
Какое количество воды необходимо добавить в цементную смесь определяется водоцементным (В/Ц) или водовяжущим (В/В) отношением. При этом вяжущее = цемент + активные добавки, такие как микрокремнезем, зола и др.
Вода нужна для гидратации цемента (вяжущего).
Дозировка должна быть точной, иначе при избытке воды часть останется в бетоне и зимой будут проблемы.
А если воды не хватит, то не прореагировавший свободный оксид кальция (СаО или активная известь) с годами , постепенно превращаясь в известь-пушонку (Са(ОН)2), будет разрыхлять бетон и снижать его прочность.
Вот почему так важно не допустить испарения воды из твердеющего изделия, особенно в начальной его стадии (накрыть полиэтиленовой пленкой). Наилучшие результаты можно получить при В/В = 0,35…0,4
Наилучшие результаты можно получить при В/В = 0,35…0,4.
Если при этом для удобства в работе пластичности бетона не хватает, то необходимо увеличить количество пластификатора или сменить его на более эффективный с меньшей дозировкой.
Теперь кратко о химических веществах в цементе.
Виды цемента
Сегодня производится множество видов цемента
На основании материала изготовления выделяют группы:
- известковый;
- мергелистый;
- глинистый. Рекомендуется внесение вспомогательных компонентов цемента, боксита и шлака для повышения водонепроницаемости, огне- и морозоустойчивости.
Преимущественно производство цемента включает соединения карбона и глины, но в отдельных видах выполняется внесение искусственных веществ (шлаков, отходов металлургии и химического производства) и естественных компонентов (глинозема).
Цемент делят на следующие виды:
- портландцемент. Отличается высокой скоростью затвердевания, включает 10–15 % минеральных веществ. В основу портландцемента закладывается гипс и клинкер, которые проходят обжиг при температуре 1500 °С. Его активно используют в современном строительстве благодаря способности создавать монолитные конструкции при смешивании с водой;
- шлакопортландцемент. В составе присутствуют те же компоненты, а также доменные шлаки;
- гидравлический;
- напрягающий – быстро схватывается и застывает;
- тампонажный. Применяется для создания бетонных конструкций в сфере газо- и нефтедобычи;
- декоративный, отличается белым цветом;
- сульфатостойкий. Главные отличия сводятся к низкой скорости застывания и высокой устойчивости к минусовым температурам.
Различают портландцемент и шлакопортландцемент
Это интересно: Монтажная пена Tytan 65 — преимущества и сфера применения
Типы вяжущих составов
Для соединения камней, из которых возводились доисторические постройки, использовалась глина. Но такое связующее вещество не поддавалось технологии обжига, поэтому большинство помещений были разрушены под воздействием эрозии, возраста и других факторов. Единственные дошедшие до нынешнего времени дома обрабатывались известковым раствором.
Еще много сотен лет назад люди дошли до мнения, что обожженный и измельченный оксид кальция, более известный как известняк, при контакте с водой начинает затвердевать, поглощая газ из воздуха, а затем становиться камнем. Из минусов подобного материала выделяют низкую устойчивость к воздействию влаги, поэтому такой вариант может быть актуальным только при производстве силикатных кирпичей.
Существует еще один тип вяжущего сырья, способного достигать высоких прочностных свойств при воздействии воздуха — гипс. Его производят посредством тепловой обработки и последующего размола природного гипсового камня (CaSO 4−2 H 2) или ангидрида CaSCu.
Что касается воздушных веществ, то они могут применяться только там, где постройкам не грозит повышенная влага. В противном случае необходимо добавлять в состав гидрофобизирующие добавки или заниматься обустройством гидроизоляционного слоя. Из-за этого недостатка строители отдают предпочтение гидравлическим вяжущим растворам.
В их числе — составы, создающие гидратные соединения, способные набирать прочность в условиях повышенной влажности. При этом воздействие воды никак не грозит таким изделиям и не вызывает их деформацию.
Растворы для возведения водостойких построек создаются из гидравлической извести, которая включает в себя осадочные известковые породы — мергели, а также портландцемент. Последний компонент делает конечное изделие монолитным, гарантируя отличные прочностные свойства. Известковые варианты актуальны лишь для тех условий эксплуатации, где отсутствуют интенсивные нагрузки.
Процесс изготовления
Производство цемента осуществляется поэтапно, предусматривает следующее технологические операции:
- Предварительное смешивание ингредиентов для изготовления клинкера, который делают из известняка, вводимого в количестве 75%, и из глины, доля которой составляет 25%.
- Высокотемпературный обжиг, после которого образуется клинкер. Он – результат процесса соединения глины и извести под воздействием повышенной до 1450 градусов Цельсия температуры.
- Измельчение, осуществляемое с помощью шаровых мельниц. Они представляют горизонтально расположенные барабаны с находящимися внутри стальными шарами, обеспечивающими измельчение клинкера до порошкообразного состояния. С уменьшением фракции помола возрастают эксплуатационные характеристики и марка цементного состава.
Марки цемента и их применение
Используются портландцементы в соответствии с маркировкой, которая прямо указывает на особые условия, если они имеются
Для строительных работ при выборе марки обращают внимание на показатель класса прочности или марки цемента
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.
Коротко о главном
Цемент – это связующее вещество, которое при застывании становиться крепким и может заменить собой камень. Чаще всего его используют для создания фундамента, соединения кирпичей или блоков, а также изготовления плитки или облицовочных материалов.
В зависимости от вида цемента отличается его состав. Поэтому следует знать какие есть разновидности этого вещества, так как некоторые их них используются только в узконаправленных предприятиях. Например, тампонажный цемент применяется только при герметизации газовых или нефтяных скважин, а сульфатостойкий – при сложных географических и погодных условиях.
Карбонатные породы
Остановимся на карбонатных породах, характерными представителями которых являются:
- Мел, являющийся горной породой осадочного характера, которая легко перетирается, относится к разновидностям мажущего известняка. Он популярен при изготовлении цемента.
-
Мергель или мергелистый известняк – ископаемые осадочного типа, которые добываются в рыхлом или твердом состоянии, отличаются удельным весом, концентрацией влаги. Содержат примеси глины, что позволяет относить их к переходному сырью, имеющему много общего с известняковыми породами и ископаемыми на основе глины.
- Известняковое сырье, ракушечники, отличающиеся отсутствием включений кремния. Порода обладает пористой структурой, легко разрушается под воздействием сжимающих усилий.
- Породы доломитового типа, а также горные ископаемые осадочного происхождения, содержащие карбонаты. Они характеризуются ценными физическими свойствами.
Минералогический состав клинкера портландцемента
Клинкер состоит преимущественно из силикатов кальция (70…80 %) CaOSiO2.
В результате процессов, протекающих при получении клинкера, образуются четыре основных минерала, преимущественное содержание которых определяет название цементов.
Алит – 3CaO · SiO2 (сокращенно C3S) – трехкальциевый силикат, его в цементе более 60 %. Алитовый цемент быстро набирает прочность с выделением тепла, поэтому его целесообразно применять в холодное время года, но нельзя использовать в массивных конструкциях (во избежание трещинообразования).
Белит – 2CaO·SiO2 (сокращенно C2S) – двухкальциевый силикат, его в цементе более 37 %. Белитовый цемент медленно схватывается и твердеет, особенно при температуре ниже +10 ºС. Выделяет мало тепла.
Алюминат – 3CaO·Aℓ2O3 (сокращенно С3А) – трехкальциевый алюминат; в цементе – до 15 %, быстро схватывается и набирает прочность. При твердении выделяет много тепла.
Целит – 4CaO·Aℓ2O3·Fe2O3 (сокращенно С4АF) – четырехкальциевый алюмоферрит, в цементе содержится 10-20 %. Твердеет достаточно быстро, дает высокую прочность и мало выделяет тепла. Не оказывает существенного влияния на свойства портландцемента.
Качество клинкера определяет главные свойства цемента: прочность и скорость ее увеличения, долговечность, стойкость в различных эксплуатационных условиях.
Для получения клинкера исходные сырьевые материалы берут примерно в соотношении 1:3, т.е. на 1 мас. часть глины приходится 3 мас. части известняка. К такому составу очень близок мергель – осадочная горная порода, представляющая собой природную смесь известняка с глиной.
В сырьевую смесь вводят корректирующие добавки. При этом недостаток кремнезема компенсируют введением диатомита, трепела, опоки; содержание оксидов железа увеличивают добавкой руды или колчеданных огарков.
Портландцемент наиболее распространенное и важнейшее вяжущее вещество, являющееся одним из основных строительных материалов, без которого невозможно получить различные бетоны, железобетонные конструкции, а также кладочные и штукатурные растворы.
Химический состав портландцемента
Портландцемент характеризуется постоянством химического состава. Содержание оксидов изменяется в небольших пределах (%):
CaO – 63…67
SiO2 – 21…24
Aℓ2O3·– 4…7
Fe2O3 – 2…5
MgO – не более 5
SO3 – не менее 1,5 и не более 3,5.
Перечисленные оксиды не находятся в клинкере в свободном виде, а образуют указанные выше минералы кристаллической структуры, а также некоторые химические соединения, входящие в состав клинкера в виде стекловидной фазы.
Относительное постоянство химического состава портландцемента обусловливает и постоянство его физико-механических свойств, что является важным его преимуществом перед некоторыми другими гидравлическими вяжущими (гидравлической известью, романцементом).
Сырьевые материалы
В природе редко встречаются горные породы, химический состав которых после обжига соответствовал бы требуемому химическому составу портландцемента. Поэтому при получении портландцемента сырьевую смесь составляют из двух и более исходных компонентов.
В качестве основных сырьевых материалов, с которыми в приготовленный клинкер вводится оксид кальция СаО, применяют все виды известняков и мела. Вторым компонентом является глина, с которой вводится кремнезем SiO2, глинозем Aℓ2O3 и оксид железа Fe2O3. Практически, в совокупности, СаО, а также указанные компоненты и определяют образование основных клинкерообразующих минералов.
При правильно рассчитанной и тщательно подготовленной к обжигу сырьевой смеси клинкер не должен содержать свободный оксид кальция СаО, так как пережженная (при температуре около 1500 ºС) известь, также как и магнезия MgО, очень медленно гасятся, увеличиваясь в объеме, что может привести в последующем к растрескиванию уже затвердевшего бетона.
Минералогический состав клинкера – одна из наиболее полных и надежных его характеристик. Установлено, что почти все строительные свойства портландцемента зависят от минералогического состава клинкера. Именно он дает возможность прогнозировать свойства портландцемента и спроектировать его состав для бетонов, работающих в конкретных эксплуатационных условиях.
Как сделать цемент в домашних условиях
Несмотря на сложный процесс производства, сделать цемент можно и своими руками. Конечно, не по классической технологии с мельчащим дроблением клинкера и обжигом при высоких температурах. Рассмотрим один из популярных рецептов:
- Получаемый состав применяется для заделки щелей и прочих несовершенств в полах и стяжках.
- Потребуется водная известь, каменная зола и обычная вода. Всё в равных пропорциях.
- Все ингредиенты смешиваются до получения консистенции сметаны. В таком виде подобный «цемент» и используется.
Только не стоит делать его слишком много – подобный состав быстро сохнет.
Ещё один популярный рецепт на основе глицерина. Распространённость он получил из-за хорошей прочности:
- Свинцовый глёт растирается до максимально тонкого состояния и высушивается в печи любого типа под действием высоких температур.
- В полученный «клинкер» добавляется глицерин.
- Домашний цемент, изготовленный таким способом, больше всего напоминает магазинный аналог.
Как приготовить цементный раствор из творога
Никогда не задумывались, как получают цемент из творога? Оказывается, и такой цемент есть. Как создать такую смесь? Очень просто:
- Тонким слоем высушивается творог из снятого молока без сыворотки. Получится своеобразный порошок – 1 часть.
- Потребуется также едкая известь – 10 частей.
- Подобные ингредиенты смешиваются, и в них добавляется вода. Всё перемешивается и доводится до кашицеобразного состояния.
Цемент по нетрадиционной технологии
Нетрадиционный метод создания цемента популярен в Китае. В качестве одного из основных ингредиентов используется свиная кровь. Несмотря на то, что морально-этическая сторона этого вопроса вызывает много споров, с точки зрения крепости и прочности, такой материал вопросов не вызывает.
Итак, особые ингредиенты китайских мастеров:
- квасцы в порошке – 6 частей;
- свиная кровь свежая – 40 частей;
- гашённая известь-пушонка – 54 части.
Все ингредиенты смешиваются до однородного состояния. Полученный состав обладает хорошей прочностью и адгезией, поэтому в последнее время он довольно популярен.
