Цемент

Цемент — один из важнейших строительных материалов. Используется в качестве вяжущего при приготовлении растворов, бетонов, строительных материалов и конструкций.

Маркетинговое исследование рынка цемента в Китае: комплексный анализ и прогноз

При взаимодействии цемента с жидкостью сначала образуется пластичная масса, которая, затвердевая, превращается в искусственный камень.

Сырье и основные компоненты

Сырьем для производства цемента служат естественные породы:

1. известняк или его модификации (мел, мергель, ракушечник, доломит), добываемые буровзрывным способом. Структура известняка обеспечивает взаимодействие материала с остальными компонентами;
2. глинистые породы осадочного происхождения (глины, суглинки, сланцы на глинистой основе), обеспечивающие пластичность и набухание при контакте с водой;
3. гипс (CaSO4 · 2H2O) — используется для регулирования времени схватывания и контроля работы цемента. Вводится в состав не более 5% от общей массы;
4. инертные вещества (песок или гравий) добавляются для придания объема и улучшения его физических свойств;
5. присадки — используются для улучшения характеристик цемента, таких как время схватывания, прочность, пластичность, адгезия, стойкость к перепадам температур и пр.

В зависимости от требуемых свойств и назначения цемента, его состав может отличаться.

Например, для производства портландцемента используют высококачественное сырье, строго контролируют процесс обжига. Для изготовления смешанных цементов могут использоваться пуццоланы (пепел, стекло и пр.), филлеры и другие компоненты.

Состав сырья бывает разным, это зависит от марки и назначения цемента.

Этапы изготовления

Таблица 1. Технология изготовления цемента включает несколько основных этапов.

Подготовка сырьяКомпоненты дробятся, измельчаются, смешиваются в нужных пропорциях в дробильных установках и мельницах. Соотношение используемых материалов зависит от марки и назначения цемент.ОбжигПодготовленное сырье загружается в специальные печи, где происходит обжиг при высоких температурах (около 1500°С). В результате термического воздействия осуществляется химическая реакция, при которой образуется клинкер - основной компонент цемента.ОхлаждениеКлинкерные гранулы интенсивно охлаждаются воздухом с 1000°С до 100°С (для стабилизации и упрочнения).Помол клинкераОхлажденное сырье смешивается с гипсом и другими минеральными добавками (в соответствии с рецептурой) и перемалывается в мельницах до порошкообразного состояния.Упаковка и отгрузкаОхлажденное сырье смешивается с гипсом и другими минеральными добавками (в соответствии с рецептурой) и перемалывается в мельницах до порошкообразного состояния.

Из силосов материал отгружается в автомобильных или железнодорожных цементовозах, крытых вагонах. Также цемент фасуется в мешки, отправляется в цементохранилища или непосредственно потребителю. Существует ряд способов изготовления, включая мокрый, сухой, комбинированный.

Завод по производству цемента.

Технологии производства

Таблица 2. В зависимости от способа подготовки исходного сырья, цементные составы могут быть изготовлены по следующим технологиям:

1.Сухая

Смесь из известняка и глины смешивается, сушится, дробится на специальном оборудовании и обжигается в печи при 1400-1500°С.

После обжига полученный клинкер перемалывается в муку. В состав вносятся специальные добавки, в зависимости от типа цемента. Смесь дополнительно измельчается, фасуется в подготовленную тару и отправляется потребителю или на склад.

Сухой способ наиболее популярен и экономичен, отличается меньшими производственными затратами, экономией топлива на 35-40% (за счет ликвидации мокрых процессов), сокращением расхода пресной воды и объема печных газов.

2.Мокрая

Сырье (силикатная глина и карбонатный мел) измельчается и перемешивается с водой. В состав могут добавляться железосодержащие компоненты в виде конверторного шлама, пиритных остатков и пр. В результате получают шихту с содержанием жидкости около 40%.

Смесь обжигается во вращающихся печах при температуре более 1000°С. Полученный клинкер перемалывается с гипсом до порошкообразного состояния.

Мокрый метод менее популярен, чем сухой, ибо требует значительных энергетических затрат, однако позволяет точнее подбирать состав сырья.

3.Комбинированная

Данная технология объединяет сухой и мокрый способ.

Сырье измельчается и смешивается с водой до получения пастообразной массы. Паста пропускается через фильтры для удаления влаги и отправляется в сушильный агрегат для уменьшения содержания жидкости.

Подсушенная смесь обжигается в печи при температуре 1300–1450°С. После резкого охлаждения, клинкерная масса смешивается с гипсом, минеральными добавками и перемалывается.

Такая технология позволяет снизить энергозатраты.

Выбор технологии зависит от местных условий, доступных сырьевых ресурсов, экономической эффективности, требований к качеству продукции.

Свойства и характеристики

К основным характеристикам цемента, определяющим его качество и пригодность использования, относятся:

1. прочность, позволяющая конструкциям выдерживать большие нагрузки, сохранять свои свойства под воздействием внешних факторов;
2. склонность к твердению — способность быстро переходить из пластичного состояния в твердое, что обеспечивает фиксацию материалов, образование прочной связи между элементами и конструкциями;
3. хорошее сцепление цемента с другими материалами, такими как песок, гравий и камень, обеспечивает прочность соединения и устойчивость конструкций;
4. устойчивость к воздействию химических веществ (кислоты, щелочи, соли) и агрессивным средам;
5. огнестойкость — способность сопротивляться высоким температурам, что делает его незаменимым материалом при строительстве противопожарных конструкций;
6. устойчивость к деформациям — способность сохранять свой объем при изменении окружающей температуры и влажности.

В зависимости от производителя, состава и марки цемента его характеристики отличаются.

Виды цемента

На рынке строительных материалов представлен большой выбор марок и видов цемента.

Портландцемент

Наиболее распространенная разновидность вяжущего вещества.

Он производится из глиноземистых пород, известняков, корректирующих добавок путем обжига при высоких температурах.

В его составе преобладают силикаты кальция (до 80%). Для регулирования скорости схватывания в состав добавляется до 3,5% гипса. Для улучшения технических характеристик вводятся активные минеральные добавки. Их содержание может достигать 15% от общей массы.

Плотность портландцемента — 3,0-3,2 г/см3.

Марки портландцемента — 400, 500, 550, 600.

М 400 используется для изготовления строительных растворов, железобетонных изделий. Вяжущее более высоких марок применяют для производства предварительно напряженных и высокопрочных железобетонных конструкций.

Крайне нежелательно использовать обычный портландцемент для строительства подводных и подземных конструкций, которые подвергаются постоянному воздействию морской и минерализованной воды. Для подобных сооружений существуют специальные цементы.

Шлаковый цемент

В качестве компонентов шлакового цемента используются совместно перемолотые доменные гранулированные шлаки, строительный гипс, известь, ангидрид.

Шлаковые вяжущие отличаются

1. высокой устойчивостью к агрессивным воздействиям;
2. замедленным схватыванием и твердением;
3. высокой механической прочностью,
4. морозостойкостью.

Материал используется для приготовления бетонов и строительных растворов, используемых при строительстве подземных и подводных сооружений.

Быстросхватывающийся цемент: дает высокую прочность за короткий период времени и быстро затвердевает. Этот вид обычно применяется в ситуациях, где требуется быстрая фиксация или ремонт.

Белый цемент.

Глиноземистый цемент

Получают путем гидратации порошка глинозема (оксида алюминия) и известняка. Сырье подвергается тепловой обработке, затем измельчается.

Он характеризуется высокой огнеупорностью и устойчивостью к коррозии в кислых (сульфатных) средах. Его плотность 1–1,2 г/см3

Глиноземистый цемент используется при строительстве или срочном ремонте:

1. мостов и гидротехнических объектов;
2. сооружений, работающих в сульфатной, морской или минеральной воде;
3. фундаментов под техническое оборудование;
4. шахт и других подземных сооружений.

Он подходит для скоростного тампонирования нефтяных и газовых скважин, зимних бетонных работ, заделки пробоин в морских судах.

Глиноземный цемент широко применяется при производстве огнеупорных материалов, керамики и абразивных изделий.

Белый цемент

Вариант портландцемента, в котором минимизировано содержание железа и других примесей, придающих серый цвет. Сырьем служат известняк, каолиновая глина, гипс, кварцевый песок, минеральные добавки и соли.

Выпускается трех сортов: высший, БЦ-1, БЦ-2. Марок 400 и 500.

Применение материала:

1. фасадные и отделочные работы;
2. изготовления лепнины, бордюров и других декоративных элементов;
3. устройство наливных полов;
4. производство малых архитектурных форм и скульптур;
5. разметка дорожного полотна, взлетных полос аэродромов.

На основе белого цемента изготавливаются сухие декоративные смеси.

Процесс его производства незначительно отличается от способа изготовления серого продукта, но обходится намного дороже.

Существует и другие виды цементов, специально разработанных для определенных условий или задач, такие как теплоизоляционный, водонепроницаемый, пластифицированный, быстротвердеющий, гидрофобный, расширяющийся и пр.

Марки

Прочность — самая важная характеристика любого цемента.

Марка обозначается буквой «М» и числовым значением от 200 до 600, отражает прочность в килограммах на сантиметр квадратный.

Прочность цемента определяют лабораторным путем и обозначает нагрузку, которую может выдержать стандартный образец. Нагрузка 300 кг/см3 соответствует марке М300, нагрузка 400 кг/см3 - М400 и т. д.

Чем выше марка цемента, тем прочнее, долговечнее и качественнее получаемый из него раствор или бетон.

В настоящее время наряду с маркировкой появилось разделение на классы прочности, выражаемые в мегапаскалях (МПа).

Таблица 3. Соответствие марок и классов прочности.

Марка цемента, кг/см3

Класс цемента, МПа

М300

22,5

М400

32,5

М500

42,5

М600

52,5

Если марка считается показателем усредненным, то класс – более точный, обеспечивающий 95-процентную гарантию соответствия указанным данным.

Маркировка цемента

Маркировка регламентируется ГОСТ 30515-2013"Цементы. Общие технические условия". Она включает следующие обозначения:

1. Тип цемента.

1. ЦЕМ 0 — цемент без добавок;
2. ЦЕМ 1 — минимальное содержание примесей;
3. ЦЕМ 2 — минеральные примеси;
4. ЦЕМ 3 — шлакопортландцемент;
5. ЦЕМ 4 — пуццолановый;
6. ЦЕМ 5 — композиционный.

2. Процентное содержание добавок.

Все типы цементов, кроме ЦЕМ 0 и ЦЕМ 1 (не имеющих примесей), маркируются буквами, обозначающими процент содержания примесей.

ЦЕМ 3:

1. А — 36-65%;
2. В — 66-80%;
3. C — 81-95%.

ЦЕМ 4:

1. А —11-35%;
2. В — 35-55%.

ЦЕМ 5:

1. А — 36-60%;
2. В — 61-80%.

3. Вид добавок:

1. И — известняк;
2. П — зола;
3. Ш — шлак;
4. З — пуццоланы;
5. М — микрокремнезем.

4. Скорость твердения:

1. Н — нормально твердеющий;
2. Б — быстротвердеющий.

После обозначения марки и процентного содержания добавок могут находиться различные аббревиатуры, указывающие на тип цемента: ПЦ — портларндцемент, БЦ — белый, ГФ — гидрофобный и пр.

Например: маркировкой ЦЕМ III/А-Ш 32,5Б обозначается быстротвердеющий портландцемент с содержанием шлаковых добавок от 6 до 20%; класс прочности на сжатие 32,5 МПа.

Твердение цементного раствора

Свежеприготовленный раствор имеет мягкую пластичную консистенцию. Это позволяет создавать конструкции различных форм путем заливки смеси в опалубку.

В течение нескольких дней после взаимодействия бетона с водой происходит химическая реакция, сопровождаемая выделением тепла. В ходе гидратации меняется структура цемента, повышается плотность и прочность получаемого раствора или бетона.

По истечении определенного времени цементный раствор достигает своей максимальной прочности, становится крепким и может заменить собой камень.

Прочность и качество монолитных конструкций зависит от правильного ухода за бетоном в процессе твердения.

В обычных условиях 75-80% проектной прочности бетонные конструкции достигают в течение 28 суток.

Изготовление цементного раствора.

Сферы применения

Цемент широко используется в строительстве для создания бетона, кладочных и штукатурных растворов, производства железобетонных изделий и конструкций.

С помощью вяжущего строят здания, мосты, дороги, туннели, гидротехнические сооружения, другие инфраструктурные объекты.

Материал используется для заливки фундаментов, создания подземных сооружений, таких как шахты, скважины, тоннели, метро.

Различные типы цемента имеют особенности, адаптированные для выполнения определенных задач:

1. Портландцемент — самый универсальный материал, используемый в гражданском и промышленном строительстве. Его применяют для заливки фундаментов, устройства ограждающих конструкций стен, перекрытий, изготовления кладочных и штукатурных растворов.
2. Белый цемент используют для отделки помещений, создания лепнины, скульптурных композиций, прочих декоративных элементов.
3. Водонепроницаемый — применяют для изготовления фундаментов и стен подвала в водонасыщенных грунтах, строительства гидротехнических сооружений, изоляции конструкций от воды.
4. Глиноземный — востребован при срочных и аварийных работах. Он быстро схватывается в воздушной и водной среде. Не подвержен воздействию кислот и солей. Может применяться при заделке пробоин в судах, гидроизоляции интервалов газовых и нефтяных скважин, оперативной изоляции порывов, сопровождающихся обильным расходом воды.
5. Кислотоупорный — используют при изготовлении резервуаров, травильных ванн, водонапорных башен, других конструкций, подвергающихся воздействию кислот, а также для кислотостойкой изоляции, покраски и обмазки.
6. Магнезиальный — характеризуется стойкостью к износу, безусадочностью, долговечностью, стойкостью к агрессивным средам. Незаменим при производстве бесшовных магнезиальных полов и стяжек для промышленных предприятий. Малые архитектурные формы и декоративные элементы - одно из применений этого типа цемента.

Существуют и другие узко-специализированные цементы, например, тампонажный — предназначенный для герметизации газовых или нефтяных скважин; пуццолановый — для использования в среде агрессивных подземных вод и пр.

Тип цемента подбирается в зависимости от поставленных задач, климата конкретного региона, непосредственного места проведения строительных работ, планируемых условий эксплуатации возводимых сооружений и конструкций.

Рекомендации по хранению

Место хранения цемента - важный фактор, влияющий на качество материала.

Под воздействием влаги меняются характеристики, уменьшается эффективность вяжущего. Намокший цемент затвердевает, использовать по назначению его нельзя.

Он должен храниться в чистых сухих помещениях, на поддонах или в плотно закрытых контейнерах.

Для складирования на заводах используются специальные силосные башни. В таких силосах цемент искусственно насыщается воздухом, что позволяет ему храниться длительное время, не слёживаясь.

Более тщательного ухода требуют цементы высоких марок, так как они наиболее подвержены комкованию.

Длительное хранение цемента даже в благоприятных условиях ведет к потере его активности. Через три месяца его активность может снизиться на 20%, а спустя год — на 40-50%.

Хранение цемента в мешках.

Выбор цемента

Для выбора качественного цемента следуйте ряду правил:

1. Исследуйте упаковку на предмет целостности, отсутствия посторонних пятен и следов намокания - это убережет от приобретения некачественного товара.
2. Вес, марка, состав, название и адрес производителя, дата выпуска - вся эта информация должна быть указана на упаковке. Желательно приобретать цемент, выпущенный не более трех месяцев назад.
3. Оцените качество визуально, зажав цемент в кулак. Недавно изготовленный материал просочится сквозь пальцы, а старый спрессуется в комок.
4. Цвет качественного цемента — светло-серый. Темные и болотные тона свидетельствуют о длительном или неправильном хранении.
5. Перед покупкой ознакомьтесь с отзывами на продукцию компании–изготовителя. Серьезные производители сертифицируют свои товары - это гарантия соответствия всем стандартам.

Покупать цемент лучше в мешках, изготовленных из двух слоев влагостойкой бумаги - он больше защищен от воздействий извне, дольше сохраняет эксплуатационные и технические свойства.

Отсутствие информации на упаковке может указывать на то, что перед вами некачественный товар, изготовленный в кустарных условиях.

Советы эксперта

В чем разница между классом цемента от его маркой?

И класс и марка указывают на прочность цемента. Класс с точностью до 95% гарантирует соответствие прочности указанным данным, тогда как марка выдает усредненный показатель. Класс цемента определяется в МПа, марка — в кг/см3.