Белый цемент: основные производители и преимущества

Из чего делают цемент: основное сырьё

Основу любого типа современного продукта составляет минимум компонентов. Все они создаются природой. В основе цемента:

• карбонатные породы;
• глина;
• корректирующие добавки.

Расскажем о каждом из них подробнее.

Карьер по добыче мела

Карбонатные породы − это мел, мергель, известняк и известняк-ракушечник, туф известковый, мрамор. Все они применяются в производстве цемента, исключение составляет только мрамор. Точное количество компонента определяется путём анализа его свойств и содержания. Порода может содержать гипс, кварц, доломит. Чем больше в её составе присутствует веществ с кристаллической структурой, тем тяжелее она плавится.

Глинистые породы, используемые в производстве цемента, − это глина, суглинок, лесс, монтмориллонит, глинистый сланец. Глина − порода осадочного происхождения с тонкодисперсной структурой. Её основное качество − пластичность при контакте с водой. Также она имеет свойство разбухать.

Глина − материал пластичный

Для корректировки состава производители вносят добавки, содержащие кремний, железо, глинозём. Для них чаще всего заказывают отходы с других производств, например, пыль из доменных печей или пиритные огарки.

Пирит под электронным микроскопом

Дополнительно в состав цемента могут входить минерализаторы, шлам белитовый, иные отходы с производств.

Немного истории

В поисках эффективного способа борьбы с низкой влагостойкости извести и гипса предки шли на самые смелые меры. Появление цемента произошло в результате смешивания разных минеральных веществ с водоотталкивающими характеристиками в известковые растворы. Зачастую в состав добавляли дробленные, битые кирпичи из обожженной глины и даже породу вулканического происхождения. К примеру, строители Древнего Рима делали цемент с добавками отложений пепла из вулкана Везувий.

В течение долгих лет проводились различные эксперименты, ведь спрос на доступное и надежное вяжущее вещество постоянно поднимался. Работа продолжалась до тех пор, пока строители не выработали адекватную технологию и не подобрали правильный химический состав цемента.

Значительный вклад в опыты внес военный техник из России Егор Челиев. Ему принадлежит научная работа о цементе для подводного строительства (1825 год). Также над появлением нынешнего рецепта цементного раствора трудился английских ученый Джон Аспдин, который запатентовал понятие «портландцемент». Название происходит от острова Портленд, размещенного в проливе Ла-Манш и состоящего из известковой породы.

В те времена, порода, добытая на этом острове, пользовалась большим почетом и считалась одним из наиболее престижных стройматериалов в Британии. Интересный факт: технология русского техника Челиева максимально приближена к той, что используется в современном портландцементе, а вариант Аспдина создавался без применения технологии спекания исходного сырья.

Производство цемента

Все разновидности цемента производятся по одной технологии. Могут отличаться составляющие и их пропорции, добавляться какие-то минеральные и другие вещества в конце, но само производство всегда предполагает определенные этапы и действия. Все современные смеси составляются на базе портландцемента.

Упрощенное описание технологии производства цемента:

1. Получение первичного сырья: перемолотый известняк и глина смешиваются в шлам в пропорции 4:1.
2. В процессе обжига шлама при температуре +1500 градусов по Цельсию сырье спекают в твердую массу, которая называется клинкер.
3. Клинкер очень мелко смалывается до состояния порошка.

К клинкерному порошку добавляют минеральные присадки, гипс, чтобы получить цемент с нужными свойствами.

Состав

В составе цемента работают несколько составляющих на молекулярном уровне. Материал представляет собой тонкий порошок серого цвета, а вот компоненты в его химической формуле есть разные и отвечают за те или иные процессы в бетоне.

Какие вещества содержит цемент:

• Кальциевый оксид – в объеме около 67%.
• Кремниевый оксид – в объеме до 22%.
• Алюминиевые окиси – до 5%.
• Оксид железа – в объеме до 3%.
• Разного типа модифицирующие компоненты – максимум 3%.

Материалы, составляющие основу цемента:

Клинкер из глины и извести – от его качества зависят прочность и другие свойства материала.

• Минеральные компоненты – специальные добавки для улучшения характеристик, расширения сферы использования цемента. Это могут быть измельченные сланцевые материалы, гранулированные шлаки, пуццолановые ингредиенты, известь и т.д.
• Вспомогательные компоненты с сульфатом кальция – для регулирования особенностей прохождения процесса гидратации.
• Специальные присадки – синтетические компоненты, повышающие стойкость к кислотам, температурам, агрессивным средам, щелочам.

Портландцемент отличается по составу не только из-за добавления в него компонентов в процессе производства, но и из-за особенностей мест добычи сырья. Так, в каждом регионе цемент другой, хоть и отличия несущественные.
Варианты составов материала:

• Разные виды глины (включая глинистый сланец и лесс).
• Мергель, известняк, мел, другие карбонатные породы.
• Минеральные присадки: кремнеземы, глиноземы, апатит, флюорит, плавиковый шпат, гипс, фосфогипс и т.д.

Прочность

Прочность является одним из самых важных свойств цемента, которое определяет сферу применения, предполагаемые нагрузки, технические характеристики конструкции из бетонного монолита. Нормативную прочность на сжатие цемент приобретает по прошествии 28 дней с момента затворения.

Прочность можно посмотреть по марке (самые популярные марки цемента М300, М400 и М500, указывают на прочность в кг/см2) и классу (указанным маркам соответствуют примерные показатели В20, В30 и В40). Приготовленный раствор твердеть начинает в течение 1-2 часов, завершается процесс минимум через 12 часов после укладки.

Далее появляется гидратационное тепло и бетон набирает прочность в течение 28 суток. При низких наружных температурах тепло позволяет цементу набрать полный цикл прочности, при высоких – может спровоцировать ускорение прохождения реакции, в результате чего распространяются трещины из-за появления температурных напряжений.

Прочность цемента смотрят на упаковке и в специальных таблицах, для каждой сферы и типа конструкции, определенной нагрузки ищется оптимальный показатель. На прочность влияет также соблюдение технологии замешивания раствора, укладки, ухода после.

Немного истории

В поисках эффективного способа борьбы с низкой влагостойкости извести и гипса предки шли на самые смелые меры. Появление цемента произошло в результате смешивания разных минеральных веществ с водоотталкивающими характеристиками в известковые растворы. Зачастую в состав добавляли дробленные, битые кирпичи из обожженной глины и даже породу вулканического происхождения. К примеру, строители Древнего Рима делали цемент с добавками отложений пепла из вулкана Везувий.

В течение долгих лет проводились различные эксперименты, ведь спрос на доступное и надежное вяжущее вещество постоянно поднимался. Работа продолжалась до тех пор, пока строители не выработали адекватную технологию и не подобрали правильный химический состав цемента.

Значительный вклад в опыты внес военный техник из России Егор Челиев. Ему принадлежит научная работа о цементе для подводного строительства (1825 год). Также над появлением нынешнего рецепта цементного раствора трудился английских ученый Джон Аспдин, который запатентовал понятие «портландцемент». Название происходит от острова Портленд, размещенного в проливе Ла-Манш и состоящего из известковой породы.

В те времена, порода, добытая на этом острове, пользовалась большим почетом и считалась одним из наиболее престижных стройматериалов в Британии. Интересный факт: технология русского техника Челиева максимально приближена к той, что используется в современном портландцементе, а вариант Аспдина создавался без применения технологии спекания исходного сырья.

Как производят/изготавливают или добывают

На сегодняшний день производителями используется 3 технологии производства цемента. Выбор осуществляется в зависимости от тепловой мощности компании и качества используемого сырья. Сухую технологию предпочитают использовать зарубежные предприятия, в частности, производители из Египта, Китая и Турции. Мокрый способ популярен у российских заводов.

Кроме традиционных способов производство может осуществляться по безклинкерному методу. В качестве сырья выступает доменный или гидравлический шлак, соединяющийся с дополнительными компонентами. В результате получается шлако-щелочная смесь, которая дробится и перетирается до необходимой фракции. Технология обладает некоторыми положительными качествами:

• готовый продукт обладает стойкостью к любым условиям окружающей среды;
• значительное сокращение энергозатрат;
• отходы металлургической промышленности находят применение в качестве исходного сырья для производства цемента;
• предоставляет возможность получать продукцию с различными свойствами без изменения способа изготовления.

Как получить сухим способом

Сухой способ подразумевает, чтобы обработка любого сырья выполняется без использования воды. В соответствии с данной технологией глина, известняк и другие компоненты дробятся, перемалываются до состояния пыли, смешиваются с помощью пневматического инструмента, подаются на обжиг. В печь на обжиг попадает готовое сырье, не имеющее водяных испарений. Полученный цементный клинкер измельчается до установленной фракции, фасуется в подготовленную тару и отправляется на склад. Использование данной технологии позволяет снизить расходы на производство. Но способ отличается капризностью к однородности сырья. К тому же является экологически опасным.

Как делается мокрым

Главным достоинством данного способа является возможность подобрать нужный состав шлама несмотря на степень однородности исходного сырья. Шлам представляет собой жидковатую массу, содержание воды в которой не превышает 40%. Состав шлама корректируется в специальных технологических бассейнах. После чего он обжигается во вращающихся печах при температуре свыше 1000 градусов и измельчается. Данная технология требует значительного расхода тепловой энергии для высушивания исходного сырья, что увеличивает себестоимость продукции. Но мокрый способ позволяет получить продукт высшего качества.

Как производится комбинированным

Комбинированный способ предполагает объединение сухой и мокрой технологий производства. В качестве основы может быть взят сухой способ, а мокрый выступать в качестве дополнения, и наоборот. Разные предприятия применяют неодинаковые технологии, т.к. выбор зависит от особенностей имеющегося оборудования, расстояния от места добычи сырья, потребностей на установленные марки цемента. Когда основным является мокрый способ, то технология выглядит следующим образом: после смешивания сырье обезвоживается в специальных сушилках и подается в печь практически сухим, что позволяет уменьшить затраты на тепловую энергию, т.к. сокращаются испарения во время обжига. Если в основе лежит сухая технология, то готовая смесь гранулируется с добавлением воды. В обоих случаях клинкер подается в печь с влажностью в 10-18%.

Виды цемента и область их применения

1. Портландцемент без добавок (Д0) выпускается марок М400, М500, М550 и М600. М400 и М500 имеют среднюю скорость набора прочности, атмосферостоек, марка по морозостойкости высокая. Сфера использования: производство сборных, монолитных бетонных и железобетонных конструкций. М550 и М600 обладает аналогичными характеристиками, но быстро набирает прочность.

2. Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) производится марками М400 и М500. Быстро набирает прочность, устойчив к морозам. Применяется для бетонных и железобетонных сооружений, а также для строительства монолитных и сборных систем.

3. Портландцемент с минеральными добавками выпускается марками М400-М600. ПЦ-Д5 марок М400 и М500 имеет среднюю скорость набора прочности. Область применения – изготовление бетонных и железобетонных сборных и монолитных конструкций. Портландцемент М550 и М600 используется для тех же целей, но имеет высокую скорость затвердевания.

4. Шлакопортландцемент изготавливается марок М300, М400 и М500. ШПЦ М300 имеет низкую скорость набора прочности и слабый показатель морозоустойчивости. Особенно эффективен с термовлажностной обработкой, благодаря которой может использоваться для строительства конструкций над и под землей, и в воде. ШПЦ М400 обладает средней скоростью набора прочности и морозостойкостью. ШПЦ М400 и М500 являются низкотермичными цементами.

5. Сульфатоский портландцемент применяется для сооружений, которые будут находиться в агрессивных средах. Выпускается марок М400 и М500.

6. Пуццолановый портландцемент имеет низкую скорость набора прочности, но устойчив к агрессивным средам. Используется для конструкций, которые будут находиться в воде и под землей. Бывает марок М300 и М400.

7. Гидрофобный портландцемент подходит для изготовления бетонных растворов, которые применяются при строительстве дорог и аэродромов, а также гидротехнических сооружений.

Перед тем как приобрести цемент, нужно точно определить требуемую марку. Для этого необходимо учесть следующие факторы:

• температура эксплуатации;
• процент влажности;
• состав воды и грунта;
• нагрузка.

Технология приготовления в домашних условиях, как сделать самому, пропорции и так далее

Промышленное производство цемента возможно разделить на два этапа: изготовление клинкера и смешивание его с гипсом. Клинкер производится из карбонатных и осадочных пород, которые измельчаются и перемешиваются. Смесь нагревается при значительных температурах. Клинкер перемалывается и смешивается с гипсовым порошком. Правильное отношение — 5% от общей массы, что уменьшает время застывания цемента.

Необходимое оборудование

Для самостоятельного изготовления цемента потребуется мельница для измельчения клинкера и печь для обжига

Важно понимать, что в процессе работ исполнителю потребуется не только значительное количество трудовых ресурсов, но и достаточно много расходных материалов. Поэтому перед тем, как приступить к процессу по изготовлению цементу в домашних условиях, необходимо объективно оценить собственные технологичные возможности

Не стоит забывать и об экономическом аспекте. Необходимо определить целесообразность самостоятельного изготовления. Для мелких работ это нецелесообразно в любом случае, выгоднее купить готовую продукцию.

Подготовка

Первым этапом работ является подготовка. Данный этап является основополагающим. Исполнителю потребуется емкость для приготовления цемента

Важно помнить, что объем выбранной тары должен соответствовать объему, который исполнитель планирует получить. Кроме этого, рекомендуется выбирать устойчивую тару с прочными стенками

Не рекомендуется использовать емкость с тонкими и низкими стенками, т.к. они не позволяют приготовить материал высокого качества. Кроме этого, может потребоваться легкий и прочный инструмент для измельчения и смешивания.

Как приготовить

Для изготовления клинкера в домашних условиях возможно выбрать известняк и глину в пропорции 3 к 1. Материалы измельчают и тщательно перемешивают. Основная сложность состоит в нагреве смеси до нужной температуры. В соответствии с технологией она должна составлять 1400-1500 градусов по Цельсию. Поддерживать данный режим необходимо в течение 2-4 часа. У частных исполнителей нет подходящего оборудования для решения данной задачи. Неплохим вариантом является русская печка, в ней возможно выпекать клинкер. Если постараться, то в печи возможно поддерживать температуру примерно в 1000 градусов. Этого недостаточно, но за отсутствием лучшего решения подойдет и такой вариант. Для поддержания постоянной температура следует использовать дрова из бука или ясеня. Но необходимо выполнение и других условий: доступ кислорода и постоянное перемешивание. В промышленных условиях для этого используются барабанные печи.

Гипс. Фото Петрович

Для производства цемента на постоянной основе возможно приобрести лабораторную печь для обжига, которой по силам создать температуры до 1600 градусов. Для облегчения задачи возможно купить и мельницу для измельчения, в которой перемалывается клинкер. Оборудование не отличается доступной стоимостью, но даже его применение не обеспечивает получение цемента, качество которого возможно сравнить с продукцией промышленного выпуска. При нагреве образуются силикаты кальция (белит и алит), алюминатная и алюмоферритная фазы. Сделать цемент самостоятельно не слишком просто. В завершении необходимо перемолоть клинкер и добавить гипсовый порошок.

Из чего делают цемент: подробный состав

Основой любого вяжущего является цементный клинкер и всего 15−20% минеральных добавок. Именно от него зависит крепость будущего цемента и прочие его характеристики. Представляет собой продукт обжига сырья (в основном это известняк и глина), имеющего вид гранул от 1 до 6 см.

Клинкер

Весь процесс обжига происходит в специальных печах при высоких температурах − примерно +1500°C. Образуется вязкое вещество, надёжно скрепляющее все гранулы клинкера. Позже эти гранулы дополнительно обрабатывают и дробят. Есть несколько видов изготовления вяжущего, но производство клинкера практически всегда остаётся без изменений.

Гипс также является неотъемлемым компонентом любого вида цемента. Его долевое содержание не превышает 6%. Именно благодаря ему происходит регулирование времени схватывания цементного теста.

Гипс

Добавки – необходимый ингредиент для любого вяжущего. Именно они гарантируют вяжущему веществу определённые характеристики и увеличивают их показатели, например, морозостойкости, прочности и другое. В зависимости от того, какие именно добавки использовались, различаются цементы по химическому составу и, соответственно, области применения.

Таблица добавок

Химический состав цемента

«Химия» цемента – сложное направление работы с вяжущей смесью. Да и знать подробную химическую формулу всех составляющих строителям необязательно. Прежде всего, это необходимо инженерам и техникам, испытывающим новые комбинации состава скрепляющих смесей. Обычно цемент состоит из следующих компонентов.

• 67% − оксида кальция (СаО);
• 22% − диоксида кремния (SiO2);
• 5% − окиси алюминия (Al2О3);
• 3% − оксида железа (Fe2O3);
• 3% − прочие компоненты.

Как делают цемент – методы производства

Любое строительство или ремонтные работы невозможны без использования универсального строительного материала – цемента разных видов и марок. Мы настолько привыкли к этому продукту, что даже не задумываемся над проблемой, а как делают цемент. Можно ли его можно изготовить в домашних условиях и не переплачивать?

Сразу ответим на вопрос – можно ли сделать цемент своими руками? Имея необходимое оборудование и исходные материалы – получить цемент в домашних условиях можно. На данный момент времени в Российской Федерации большим спросом пользуются мини-заводы по производству цемента, мощностью порядка 120 000 тонн цемента в год. Производить же цемент для единичной стройки экономически невыгодно. Проще и дешевле купить этот необходимый строительный материал на заводе или в магазине.

Процесс изготовления

Цемент изготавливается в несколько этапов, к каждому из которых нужно относиться с должным вниманием. Специалисты производят следующие операции:

1. Заранее смешиваются известняк и глина (75% и 25% соответственно) для дальнейшего получения клинкера.
2. Глино-известняковая смесь подвергается температурному воздействию в районе полутора тысяч градусов по Цельсию. Полученная масса — это и есть клинкер.
3. Далее клинкер измельчается в шаровой мельнице. Это специальный горизонтальный барабан, внутри которого находятся стальные шары. Они перемалывают клинкер в порошок. Чем меньше получаются фракции клинкера, тем более качественным будет конечный продукт.

Этапы производства

В современных реалиях предусмотрены различные методы производства цемента, по-разному действующие на сырье. Выбор метода может быть обусловлен расположением конкретного завода, наличием нужного оборудования, а также спросом на определенные марки цемента.

Различные варианты технологий производства цемента отличаются друг от друга особенностями предварительной подготовки исходного сырья. Она может осуществляться:

• По мокрой технологии. При использовании такого метода вместо извести в состав вводят мел. Мел и другие составляющие перемешиваются с обязательным добавлением воды. Одновременно с перемешиванием происходит измельчение материалов в горизонтальном барабане. Влажность получившейся шихты будет на уровне 30-50%. Получившаяся масса обжигается в печи и превращается в шарообразный клинкер, который затем измельчается.
• Сухим методом. Данная технология обладает сниженной себестоимостью и сокращением времени производства. Этому способствует объединение технологических операций: перемалывание в шаровой мельнице и сушка компонентов горячими газами осуществляются одновременно. В результате получается шихта в виде порошка.
• Комбинированным методом. При использовании данного способа объединяются особенности двух предыдущих методов производства, хотя на разных производствах есть некоторые отличия. Например, один вариант предусматривает получение полусухого состава с содержанием воды до 18%. Этого можно достичь при просушивании шихты, произведенном мокрым методом. Другой вариант предполагает последовательную подготовку сухой смеси, затем её 14%-ое увлажнение, затем гранулирование и заключительный обжиг.

Таким образом, становится понятно, какое сырьё применяется при изготовлении цемента, как именно он производится, какие технологические особенности присутствуют на каждом из этапов его производства. От сбора сырья до конечного этапа имеется множество тончайших нюансов изготовления, которые стоит доверить профессионалам, занимающимся изготовлением цемента.

Карбонатные породы

Главными представителями семейства карбонатных пород считаются:

Мел — мягкая горная порода, которая легко крошится и перетирается до пылеобразного состояния. В составе цемента может содержаться до 20-25 процентов мела. Эта добавка улучшает сцепление цемента с песком в процессе приготовления раствора;

Мергелистый известняк или мергель является переходным звеном между известняком и глинистыми породами. На вид это слоистый или монолитный камень, твердость которого зависит от того, какой процент глины в нем содержится;

Известняки, не содержащие кремний. Чаще всего они представлены в виде ракушечника, пористого и легко разрушающегося при нажатии;

Доломитовые породы, обладающие исключительной прочностью. Доломитовый цемент — это продукт высокого класса, экологически чистый, быстро твердеющий.

Содержание карбонатных пород в цементе обычно ограничивается 30%, но в отдельных случаях может достигать 60%.

Производство

Исходным сырьем для изготовления портландцемента являются природные минералы, такие как:

• известняк,
• мел,
• мергель,
• сланец,
• глинистые минералы.

Получают сырье в карьерах, расположенных, как правило, рядом с цементным заводом. Далее, добытый материал транспортируется, измельчается в дробильных агрегатах и поступает в высокотемпературные печи для отжига. В результате получается цементный клинкер – продукт в виде гранул, получаемый путем обжига при температурах спекания в 1700 градусов и выше.

На заключительной стадии клинкер тщательно измельчают в порошок, который и является конечным продуктом – цементом.

Виды

Самым популярным цементом в настоящее время является портландцемент. Обычно эта смесь имеет зеленовато-серый цвет.

Портландцемент

Его изготавливают с модифицированными добавками, чтобы добиться нужных свойств, например, существует такие виды:

• быстро затвердевающий;
• гидрофобный;
• пластифицированный;
• сульфатостойкий — противостоит атмосферным осадкам с большим содержанием сульфатов.

Пластификаторы, добавляемые в состав цемента, тоже подразделяются на различные виды, и с их помощью можно добиться:

• повышенной устойчивости к влаге;
• повышенной пластичности бетонного раствора;
• улучшения декоративных качеств;
• желаемой плотности раствора;
• появления пористости в структуре бетоне;
• улучшения адгезии;
• улучшение плотности.

Пластификатор

Таким образом процесс строительства с помощью раствора цемента может упрощаться. За счет правильного применения уже готового модифицированного раствора или сочетания добавок происходит экономия на трудо- и энергозатратах, существенно повышается качество строительных и отделочных работ.

Кроме широко известного строителям портландцемента существуют еще и такие виды:

• шлакопортландцемент;
• глиноземистый ;
• безусадочный ;
• цветной и белый;
• расширяющийся.

Шлакопортландцемент используют для создания монолитных ЖБИ подводных и подземных, на которые действуют пресные или соленые воды.

Шлакопортландцемент

Глиноземистый вид — это смесь, которая быстро затвердевает и имеет повышенную жаростойкость, она предназначена для аварийных работ, используется для тонкостенных сооружений.

Глиноземистый

Цветной и белый цемент идет на изготовление штукатурок и прочих смесей для отделочных, реставрационных работ.

Белый

Недостатком цемента можно было бы назвать усадку — уменьшение размера изделий из бетона под воздействием воздуха. Но современные составы смесей, способных расширяться, позволяют устранять этот недостаток. Такая смесь находит применение там, где необходимо плотное прилегание частей изделий в конструкции

Также гипс способен увеличить прочность раствора.

Гипс

Кроме этого на прочностные характеристики будущего бетонного раствора влияют пропорции компонентов при изготовлении, качество обжига промежуточного клинкера и его измельчения.

Клинкер

Для того, чтобы бетон не затвердевал слишком быстро можно добавить большее количество воды, но из-за этого он теряет в прочности, поэтому в цемент добавляют различные пластификаторы.