Что такое цемент? Изготовление, применение, виды цемента
В наше время цемент (в переводе с латыни «битый камень») является одним из основных строительных материалов. Сегодня цемент используется снаружи и внутри домостроений. Без него невозможно возвести стены капитальных зданий, построить фундамент, сделать плиты перекрытия в многоэтажных домах… Про строительство небоскребов вроде Burj Dubai вообще промолчим – без современных видов бетона, созданных на основе цемента возведение небоскребов было бы невозможным в принципе! В общем, куда ни глянь – везде используется цемент. Сегодняшняя статья немного прольет свет на технологию производства этого важнейшего на сегодня строительного материала.
Если говорить сухими научными терминами, то
Цемент – это гидравлическое минеральное вяжущее, приобретающее при затвердевании высокую прочность, а также вещество, используемое для изготовления бетона.
Цемент называют «гидравлическим» вяжущим, поскольку его набор прочности и затвердевание происходит обязательно присутствии воды. Твёрдые соединения, полученные из смеси цементных минералов с водой, – водостойки, нерастворимы в воде. Цемент называют «минеральным» вяжущим потому что исходные материалы, используемые для его получения, имеют минеральное происхождение (как правило, в качестве исходных материалов для производства цемента используются горные породы или продукты их выветривания).
Впервые смеси, похожие на современный цемент, стали использовать еще во времена Древнего Рима, однако своего совершенства технология производства цемента достигла лишь к середине XIX века – именно тогда в Европе стали производить цемент в современном понимании этого слова.
Цемент принципиально отличается от других минеральных вяжущих (гипса, воздушной и гидравлической извести), которые твердеют только на воздухе или, затвердев на воздухе, иногда продолжают твердеть во внешней среде.
Технология производства цемента
Для изготовления цемента сначала добывают известняк и глину карьерным способом. Известняк (около 3/4 частей по массе) измельчают и тщательно перемешивают с глиной (приблизительно 25 % смеси). Дозировка исходных материалов является непростой технической задачей, поскольку содержание извести в общей массе должно соответствовать заданному параметру с точностью до 0,1%.
Технология производства цемента в общих чертах
В специальной литературе эти соотношения между составляющими сырья для производства цемента определяются такими понятиями, как «известковый», «кремнистый» и «глиноземистый» модули. Поскольку химсостав исходных материалов цементной смеси, также называемой шламом, непостоянен и сильно зависит от геологического происхождения сырья, нетрудно догадаться, как не просто поддерживать соотношение модулей. Сегодня на цементных производтсвах широко применяется компьютерная техника, которая хорошо себя зарекомендовала при автоматическом анализе сырья.
Длина вращающейся цементной печи может достигать 200 метров, а диаметр – 7 метров!
Правильно составленный шлам, подготовленный в зависимости от выбранной технологии (сухой или мокрый метод), вводится во вращающуюся печь (длиной до 200 м и диаметром до 2—7 м) и в ней обжигается при температуре около 1450 °C — так называемой температуре спекания. При этой температуре шлам начинает оплавляться (спекаться), он покидает печь в виде более или менее крупных комьев клинкера (называемого иногда и портландцементным клинкером, не путать с кирпичом-клинкером). Так происходит обжиг шлама, цементно-сырьевой смеси.
В результате вышеописанного процесса образуются клинкерные материалы. После выхода из вращающейся печи клинкер попадает в охладитель, где происходит его резкое охлаждение от 1300 до 130 °С. После охлаждения клинкер измельчается с небольшой добавкой гипса (максимум 6 %).
В охладителе клинкер быстро остывает от 1300 до 130 °С
Размер зерен цемента после измельчения составляет от 1 до 100 мкм. Целесообразнее его описывать понятием «удельная поверхность». Если просуммировать площадь поверхности зёрен в одном грамме цемента, то в зависимости от толщины помола цемента получатся значения от 2000 до 5000 см² (0,2—0,5 м²). Преобладающая часть цемента в специальных емкостях перевозится автомобильным или железнодорожным транспортом. Все перегрузки производятся пневматическим способом. Меньшая часть цементной продукции доставляется во влаго- и разрывостойких бумажных мешках. Хранится цемент на стройках в специальных резервуарах – силосах – (промышленное производство бетона), а также в биг-бегах или бумажных мешках.
Виды цемента
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 100—600 (как правило с шагом 100) обозначающим прочность при сжатии соответственно в 10-60 МПа. Цемент с маркой 600 благодаря своей прочности называется «Военным» и стоит заметно больше чем цемент м500. 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 из 100 образцов 95 должны соответствовать заявленному классу). Класс выражается в числах 30-60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).
