Цемент


Цемент
Раствор цемента перегружают в тележку

Цемент (лат. caementum — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое вяжущее вещество. Один из основных строительных материалов. При затворении 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.

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

Содержание

Исторические сведения

Замес

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.

Растворосмеситель для подземных бетонных работ

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, и их называют оксидами, обусловливающими гидравличность (факторами гидравличности).

Цемент получается при нагревании гашёной извести и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры 1450 °С. Происходит частичное плавление, и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер перемешивают с несколькими процентами гипса и тонко перемалывают. Гипс 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 и 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 трехкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счет размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg2+, Al3+ и Fe3+. 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 3СaAS(3CaO*Al2O3*SiO2), существенно измененный по составу, а иногда и по структуре, за счет инородных ионов, особенно Si4, Fe3+, 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 — четырехкальциевый алюмоферрит 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.

Выдающийся учёный химик Шуляченко, Алексей Романович считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Антонова для обжига и производства клинкера.

Виды цемента

По наличию основного минерала цементы подразделяются:[1]

  • романцемент - преобладание белита, в настоящее время не производится;
  • портландцемент - преобладание алита, наиболее широко распространен в строительстве;
  • глинозёмистый цемент - преобладание алюминатной фазы;
  • магнезиальный цемент (Цемент Сореля) - на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
  • смешанные цементы - цементы, получаемые путем смешения вышеприведенных цементов с воздушными вяжущими, минеральными добавками и шлаками, обладающими вяжущими свойствами.
  • кислотоупорный цемент - на основе гидросиликата натрия (Na2O·mSiO2·nH2O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяется водным раствором жидкого стекла.

В подавляющем большинстве случаев под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера. В конце ХХ 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 к 3 с кварцевым песком. Марки выражаются в числах М100 — М600 (как правило с шагом 100 или 50) обозначающим прочность при сжатии соответственно в 100—600 кг/см2 (10—60 МПа). В настоящее время цемент марки М300 и менее не выпускается. 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 т.д.

Также по прочности в настоящее время цемент делится на классы. 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, 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 (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 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 твердофазового 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) завершется 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.

Мировое производство цемента

В 2002 году мировое производство цемента достигло 1,8 млрд. т. В тройку крупнейших производителей вошли Китай (704 млн. тонн), Индия (100 млн. тонн), и США (91 млн. тонн).

Цена на цемент на европейских биржах составляет около 100$ за тонну. Цены на цемент в Китае составляют около 40$ за тонну. Большинство биржевых сделок с цементом в России на 2010 год осуществляется на Московской Фондовой Бирже.

Источники

Райхель В., Конрад Д. Бетон: В 2-х ч. Ч. 1. Свойства. Проектирование. Испытание. — М.: М.: Стройиздат, 1979. С. 33.Пер. с нем./Под ред. В. Б. Ратинова.

  • Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Справочник по строительному материаловедению. — М.: Инфра-Инженерия, 2010.

См. также

Примечания

  1. 1 2 Строительное материаловедение: Учебное пособие для строительных спец. вузов/И.А. Рыбьев. - М.: Высш. шк., 2003. - 701 с.


Ссылки

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «цемент»



Wikimedia Foundation. 2010.

Синонимы:

Смотреть что такое "Цемент" в других словарях:

  • цемент — а, м. ciment m., нем. Zement, Cement, гол. cement <лат. caementum битый камень. 1. Стены в слюзах снаружи токмо аршина в полтора или меньше выкладены тесаным камнем ит смазано сементом, а затем кладены полевыя каменье с ызвестью. 1725. Татищев …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • ЦЕМЕНТ — (нем. Cement, от лат. caementum известковый раствор). Известковая смесь, употребляемая, как связующее вещество при каменных постройках. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЦЕМЕНТ искусственно… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • Цемент — – порошкообразный строительный вяжущий материал, который обладает гидравлическими свойствами, состоит из клинкера и, при необходимости, гипса или его производных и добавок. [ГОСТ 30515 2013] Цемент [лат. caementum – битый камень]… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • ЦЕМЕНТ — ЦЕМЕНТ, цемента, муж. (от лат. caementum битый камень). 1. Вяжущее порошкообразное вещество, которое в смешении с небольшим количеством воды образует однородную, быстро затвердевающую массу, употр. в строительном деле при изготовлении бетона, для …   Толковый словарь Ушакова

  • Цемент — (немецкое Zement), собирательное название порошкообразных вяжущих веществ, способных при смешивании с водой образовывать пластичную массу, приобретающую затем камневидное состояние. Применяется главным образом для изготовления бетонов,… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • цемент — (не рекомендуется цемент; ударение цемент широко распространено в профессиональной речи) …   Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке

  • ЦЕМЕНТ — (нем. Zement) собирательное название порошкообразных вяжущих веществ (преимущественно гидравлических), способных при смешивании с водой (иногда с водными растворами солей) образовывать пластичную массу, преобретающую затем камневидное состояние.… …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЦЕМЕНТ — муж. всякая смесь для связки и заливки каменной кладки; водостойкий цемент, для подводной кладки. | Порошок для чистки металлов. Цементный, цементовый, к цементу относящийся. Цементные воды, содержащие медный купорос; медь, осажденная из этих вод …   Толковый словарь Даля

  • ЦЕМЕНТ — (Cement) вяжущее вещество, которое, будучи замешано с водой в тесто, твердеет как на воздухе, так и в воде. Наиболее употребительный на судах портланд цемент (Portland cement) получается тонким перемолом обожженных до спекания природных цементных …   Морской словарь

  • цемент — минералит, хлеб новостроек, альболит Словарь русских синонимов. цемент сущ., кол во синонимов: 22 • альболит (1) • …   Словарь синонимов

  • ЦЕМЕНТ — [Cementum битый камень] в петрографии вещество, связующее пластические составные части в конгломератах, брекчиях, песчаниках и алевролитах. Не следует называть цементом связующую массу пирокластических п. Недопустимо называть Ц. основную ткань… …   Геологическая энциклопедия

Книги

  • Цемент, Федор Гладков. Прижизненное издание. Москва, 1951 год. Государственное издательство художественной литературы ГОСЛИТИЗДАТ. Издательский переплет. Иллюстрации художника Н. К. Соломина (1916-1999).… Подробнее  Купить за 390 руб
  • Цемент, Ф. В. Гладков. Предлагаем вашему вниманию роман Федора Гладкова "Цемент"… Подробнее  Купить за 280 руб
  • Цемент, Ф. Гладков. Роман "Цемент", увидевший свет в 1925 году,- классическое произведение советской литературы, показывающее рождение новых, социалистических отношений в труде и в… Подробнее  Купить за 180 руб
Другие книги по запросу «Цемент» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.