Intekoufa.ru

Ремонт и стройка
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

М600; «шестисотый» цемент

М600 — «шестисотый» цемент

М600

Представить современный строительный рынок без цемента практически невозможно. Это самый широко используемый строительный материал. Такая «многофункциональность» объясняется, не в последнюю очередь, тем, что на рынке он представлен широким ассортиментом марок, каждая из которых предназначена для конкретных задач. Марка цемента говорит о прочности бетона, который будет из него изготовлен. Существует девять марок цемента от М100 до М900.

В статье будут рассмотрены: цемент марки ПЦ 600 и цемент М 600, их основные технические характеристики и область применения этих марок цемента.

Что такое цемент марки 600

Цемент с маркой 600 производится по той же технологии, что и другие марки цемента. Про марки М400 и М500 читайте в этой статье. Измельченное цементное сырье (глина, известняк и пр.) обжигается при температуре 1450-1550 градусов Цельсия. Полученный, в результате термообработки, клинкер повторно измельчается до порошкообразной консистенции с добавлениями активных минералов и гипса. Существует три метода (технологии) производства цемента:

  • мокрый;
  • сухой;
  • комбинированный.

Каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки. К примеру, мокрый способ позволяет снизить затраты энергии на измельчение, в то время как сухой способ выгодно отличается от мокрого тем, что не требует монтажа и обслуживания дополнительного оборудования (насосов, водоотводов и пр.).

Важно! М-600 — это марка цемента. Бетон, изготовленный из цемента данной марки, способен выдерживать нагрузки не менее 600 кг на куб. см. Рекомендуем ознакомится и узнать отличия цемента М500 И М600.

Технические характеристики цемента марки 600 и область его применения

Строительство

За свою высокую прочность, бетон, изготовленный из цемента данной марки, называют «военным». Такое название не случайно. Оно прямо указывает на основную область использования такого бетона. Чаще всего он используется при строительстве военных объектов и других сооружений специального назначения. Вы можете изучить цемент марки М700, узнать его характеристики и свойства.

Существует несколько разновидностей цемента М600, характеристики которых отражаются в маркировке каждой из групп:

  • «Б» – быстрозатвердевающий цемент, применяется на аварийных и других срочных работах;
  • «Н» – «нормированный». Для изготовления используется клинкер строго нормированного состава;
  • «ПЦ» – обычный цемент «портландцемент»;
  • «БЦ» – «белый цемент». Широко используется для отделки внутренних и наружных стен;
  • «ПЛ» – «пластификат». Характеризуется хорошей пластичностью и морозостойкостью;
  • «СС» – сульфатостойкий. Хорошо противостоит соленой воде и другим агрессивным средам с повышенным содержанием сульфатов;
  • «ГФ» – «гидрофобный». Морозостойкий и высокопластичный материал;
  • «ШПЦ» – Шлакопортландцемент. В такой цемент, кроме измельченного клинкера, добавляют доменный гранулированный шлак в количестве 30 – 65% от общей массы. Изделия из такого цемента хорошо противостоят высоким температурам, но очень медленно затвердевают (4-5 недель);
  • «ВРЦ» – Самый «аварийный» цемент. Благодаря своей способности к расширению и хорошей водопроницаемости используется для заделывания швов в строениях гидротехнического назначения. Может применяться для заделывания течи в корпусах судов. «Схватывание» этого материала происходит в течение 4-10 минут.

Где применяют цемент ПЦ 600

Цемент М600

Цемент этой марки используется для изготовления высокопрочного бетона класса В40.

Такой цемент практически не используется для производства ЖБИ общего назначения и на строительстве бетонных, монолитных конструкций.

Причина в том, что, как уже упоминалось, бетон, изготовленный из цемента этой марки, быстро застывает (твердеет) и обладает высокой прочностью.

Перечисленные особенности данной марки цемента «пришлись ко двору» в других отраслях. Так высокая прочность и быстрое твердение 600 цемента успешно используются при выполнении аварийных и восстановительных работ. Также такой цемент эффективен при выполнении реконструкционных работ. Ознакомится, зачем используют белый цемент можно здесь.

Заключение

На основании вышеизложенного, можно с уверенность утверждать, что M600 цемент не относится к числу самых продаваемых марок цемента. Цемент M600, производство которого, в силу некоторых технологических особенностей, имеет достаточно высокую себестоимость, относится к числу специальных строительных элементов.

Его использование в коммерческом или частном строительстве позволит существенно увеличить срок службы возводимых строений, но приведет к неоправданному увеличению затрат на их постройку.

Дополнительные компоненты цемента

Здесь приведены материалы цементной сырьевой смеси, содержание которых в цементе ограничивается нормами или опытными данными.

Оксид магния.

Оксид магния. Оксид магния в количестве около 2% по массе находится в связанном состоянии в основных клинкерных фазах и, кроме того, содержится в клинкере в виде свободного MgO (периклаз). Перпклаз с водой образует Mg(ОН)2: Mg0+H2O=Mg(0H)2, однако эта реакция протекает очень медленно, когда остальные реакции твердения уже завершены. Поскольку Mg(OH)2 занимает больший объем, чем MgO, то возникает опасность разрушения цементного камня и появления усадочных трещин (магниевая усадка).

В основном MgO содержится в известняке в виде доломита (CaC03•MgC03). Иногда большое количество MgO содержится также в доменных шлаках. При использовании таких шлаков вместо глины в составе цементной сырьевой смеси необходимо следить за тем, чтобы содержание MgO в клинкере оставалось в допустимых пределах (см. пример 2.5 и табл. 2.5)

Щелочи.

Щелочи. Щелочи вносятся с обрабатываемым сырьем — глиной и мергелями, где K2O и Na2O содержатся в мелко­зернистом полевом шпате, включениях слюды и глинистом минерале иллите; небольшая часть щелочей образуется из угольной золы при сжигании твердого топлива. В Средней Европе в составе глин содержится значительно больше K2O, чем Na2O, а в других районах мира, например в США, в глинах содержится большее количество K2O.

Читайте так же:
Api стандарты для цемента

При обжиге цемента во вращающихся печах часть щелочей улетучивается в зоне спекания и возникает возможность щелочкой циркуляции.

Некоторые заполнители для бетона, применяющиеся, например, в ряде районов США и Европы, содержат компоненты, чувствительные к щелочам, например опал (водосодержащий кремнезем), которые вступают в реакцию со щелочами цемента, что при определенных неблагоприятных условиях может привести к неравномерному изменению объема (щелочному вспучиванию).

На основе опытных данных для предотвращения щелочного вспучивания в рассматриваемом случае рекомендуют применять цемент с низким содержанием щелочей, при котором общее количество щелочей в пересчете на Na2O(Na2O+0,659K2O, % по массе) не превышает 0,6% по массе. С учетом практики в ряде стран введено ограничение содержания щелочей, равное 0,6% по массе в пересчете на Na20, однако это ограничение распространяется только на портландцемент.

Было установлено, что для шлакопортландцементов можно увеличить предельное содержание щелочей, и поэтому для цементов с низкой эффективной щелочностью (цемент NA) при количестве шлака до 50% допускается предельное содержание щелочей, равное 0,9%, а при количестве шлака до 65%—2,0% по массе.

В тех случаях, когда требуется цемент NA, а щелочность клинкера, полученного из имеющегося в наличии сырья, превышает допустимые пределы, необходимо удалить часть летучих щелочей путем частичного отвода (байпаса) печных газов перед их поступлением в теплообменник.

Сера. Сера встречается в основном в виде сернистых соединений (пирит и марказит FeS2) почти во всех типах цементной сырьевой смеси. При обследовании более 90 месторождений известняка в Германии установлено, что максимальное содержание серы (сульфатные и сульфидные соединения) равно 0,16%, а при обследовании 67 месторождений глины оно составляет в среднем 0,22%. Сернистость топлива меняется в значительных пределах — от нуля для природного газа до 3,5% для тяжелого мазута. Уголь Рурского бассейна в среднем содержит 1,1% серы. При обследовании 21 цементной печи с предварительным подогревом сырья установлено, что с сырьевой смесью вносится от 0,5 до 11 г S03 на 1 кг клинкера, а с топливом — при использовании жидкого топлива с очень высоким содержанием серы максимум 6 г S03 на 1 кг клинкера.

При горении и газообразовании в зоне спекания печи сера, содержащаяся в топливе и сырьевой смеси, превращается в газообразный продукт SO2, который, вступая во взаимодействие с летучими щелочами печных газов и кислородом, образует парообразный сульфат щелочного металла, конденсирующийся на обжигаемом материале в более холодных зонах печи и подогревателе. Весь сульфат щелочного металла, за исключением небольшой части, остающейся в летучей пыли, возвращается с обжигаемым материалом в зону спекания и вследствие летучести серы разносится по клинкеру.

Если количество S02 недостаточно для связывания всей щелочи, то возникает циркуляция летучих карбонатов или хлоридов щелочных металлов. Углекислые соли щелочных металлов, не вошедшие в клинкерные фазы, могут снова испариться в зоне спекания.

При избытке S02 еще в подогревателе начинается его соединение с СаС03 и образование CaSO4, который возвращается в зону спекания. В зоне спекания снова происходит разложение CaSO4, что приводит к росту содержания S02 в циркулирующих печных газах. Однако часть неразложившегося CaSO4 попадает в клинкер.

Наличие в сырьевой смеси избыточного количества щелочей по сравнению с количеством, нейтрализуемым при взаимодействии с серой, имеет преимущество, связанное с возможностью применения топлива с высоким содержанием серы без выпуска из печи в атмосферу отработанных газов с заметным содержанием SO2. Сульфат щелочного металла, связанный в клинкере, оказывает благоприятное влияние на начальную прочность цемента.

В противоположность этому повышенное содержание серы может привести к возрастанию количества SO2 в отходящих газах, к засорению подогревателей сырьевой смеси и образованию колец привара во вращающихся печах.

Цемент требует добавления минимального количества сульфата кальция — чаще всего в форме молотого гипса — для регулирования сроков схватывания; с другой стороны, максимально допустимое суммарное содержание SO3, которое должно предотвратить сульфатное вспучивание цемента, регламентировано соответствующими нормами и составляет от 2,5 до 4%. В определенных условиях при минимальных нормативных значениях S03 отсутствует возможность глубокой сульфатизации щелочей.

Цемент с высоким содержание

Химический состав. В отличие от портландцемента, химический состав которого представлен в основном известью и кремнеземом, глиноземистый цемент, кроме оксидов кальция и алюминия, содержит в небольших количествах также оксиды железа, титана, магния и др. Содержание оксидов в глиноземистом цементе характеризуется большими колебаниями, чем в портландцементе, и определяется способом производства клинкера (шлака), а также качеством применяемого сырья. За рубежом путем спекания или плавления в электродуговых печах выпускаются цементы, содержащие Fe203 до 16 мас.

Химический состав цемента — важная характеристика, указывающая на его качество.

Оксид алюминия является основным оксидом, обеспечивающим образование алюминатов кальция. Для получения высокоглиноземистых цементов содержание AI2O3 в смеси должно быть не менее 60%. С увеличением количества оксида алюминия в цементе огнеупорность цемента повышается.

Оксид кальция входит в состав почти всех минералов цемента. Его количество наряду с содержанием AI2O3 обусловливает тот или иной минералогический состав цемента. В глиноземистом цементе содержание СаО составляет 38—42%, в высокоглиноземистом —16—35%. Снижение количества СаО менее 16% предопределяет низкую прочность цементного камня. Содержание СаО в высокоглиноземистом цементе свыше 35% обусловливает образование, наряду с низкоосновными минералами, высокоосновного алюмината кальция состава Ci2A7(12CaO • 7AI2O3).

Количество оксидов железа в цементе обусловливается их содержанием в исходном сырье. Присутствие в цементе 5—10% оксидов железа оказывает благоприятное влияние на процесс минералообразования и на свойства цемента. При количестве Fe203 более 15% качество цемента ухудшается. Предельное содержание Fe203 в глиноземистом цементе не должно превышать 25%.

Читайте так же:
Что такое одна часть цемента

Однако наличие оксидов железа в высокоглиноземистом цементе вообще нежелательно: в их присутствии снижается огнеупорность цемента, а также ухудшаются технические свойства цементного камня в процессе его службы в составе жаростойкого бетона.

В тепловых агрегатах химической промышленности огнеупорный слой футеровки, соприкасающийся с рабочей средой, должен обладать достаточной устойчивостью к химическому воздействию при высоких температурах газовой среды водорода и оксида углерода.

Восстановительная атмосфера оказывает отрицательное воздействие на футеровку тепловых агрегатов, что выражается в разрушении футеровочных материалов в результате отложения сажистого углерода и изменения в объеме соединений железа, образующихся в результате взаимодействия оксида углерода и водорода с Fe203.

Процесс восстановления оксидов железа твердым углеродом осуществляется в две стадии:
С + С02 = 2СО; Fe203 + 2СО = 2Fe + 2C02.

Последующее взаимодействие Fe с С приводит к образованию РезС. Кристаллизация этого соединения сопровождается значительным увеличением в объеме, приводящем к разрушению структуры материала. Поэтому количественное содержание Fe203 в высокоглиноземистом цементе ограничивается 2%, а в особочистом высокоглиноземистом цементе — 0,2%.

Диоксид кремния также отрицательно влияет на качество цемента вследствие образования негидратирующегося цемента 2СаО • А12Оз • Si02. Более высокой прочностью обладает глиноземистый цемент, в котором содержание Si02 менее 10%. При этом количество СаО должно подбираться в зависимости от содержания SiQ2:

Если СаО в составе цемента меньше 31%, то даже при небольшом содержании Si02 (

6%) прочность цемента будет невысокой.

Отношение А^Оз/ЗЮг является важнейшей характеристикой состава глиноземистого цемента. При А120з/8Ю2 = 2 качество глиноземистого цемента низкое.

В восстановительной среде Si02 взаимодействует с оксидом углерода и углеродом с образованием SiO и Si. Оксид кремния может реагировать с парами воды с образованием гидратов Si(OH)4 или Si(OH)6. Выделение кремния и образование указанных гидратов приводит к внутренним напряжениям в бетоне и разрушению футеровки.

В связи со сказанным количество Si02 в составе высокоглиноземистых цементов ограничивается 5%, а в особочистом высокоглиноземистом цементе — 1%.
Оксид магния понижает температуру плавления и вязкость высокоглиноземистого расплава. По современным представлениям оксид магния в высокоглиноземистых цементах может присутствовать в виде периклаза MgO, акерманита 2СаО • MgO • Si02, или шпинели MgO • AI2O3. При небольшом содержании MgO (до 2—3%) он может войти в твердые растворы с другими минералами.

С увеличением содержания оксида магния в цементе свыше 2% образуется магнезиальная шпинель MgO • AI2O3, что отрицательно сказывается на активности цемента. Однако, ввиду высокой температуры плавления шпинели, равной 2135 °С, такое соединение повышает огнеупорность цемента. Это свойство MgO • AI2O3 используется для получения жаростойких алюми-натно-магнезиальных цементов с огнеупорностью до 1750 °С. В табл. 2.3 показаны свойства этих цементов, выпускаемых в Румынии.

Диоксид титана в высокоглииоземистых цементах присутствует в очень незначительном количестве (менее 0,2%) за исключением цементов, получаемых из шлаков ферротитанового производства.

Рис. 2.1. Диаграмма состояния системы СаО —А12Оз

Высокоглиноземистый цемент алюминотермиче-ского производства содержит 8—12% ТЮг- Диоксид титана в составе цемента образует перовскит СаО • ТЮг — соединение, не подвергающееся гидратации. Количество ТЮг в цементе не должно быть больше 2%.

Оксиды калия, натрия и содержание Р2О5 (более 1%) отрицательно влияют на качество глиноземистого цемента.

Знание химического состава алюминатного цемента само по себе недостаточно, чтобы судить о свойствах последнего. Важно знать, какие соединения (минералы) образуются из сырьевой смеси, имеющей определенный химический состав, под воздействием термического фактора, т. е. применяемой технологии производства.

Система СаО — АОз. Впервые была изучена Ранкиным и Райтом. В последующих работах предложенная ими фазовая диаграмма изменялась. На рис. 2.1 представлена диаграмма состояния системы СаО —AI2O3 с учетом последних опубликованных данных.

В зависимости от соотношения СаО/АОз в системе СаО — А1203 образуются минералы: ЗСаО • А1203 (С3А), 12СаО • 7А1203 (Ci2A7), СаО • А1203 (СА), СаО • 2А1203 (СА2) и СаО • 6А1203 (СА6).

Трехкалъциевый алюминат СзА является важной составляющей портландцемента, в глиноземистом цементе он не присутствует.

Двенадцатикалъциевый семиалюминат 12СаО • 7AI2O3 (в литературе часто представляется в виде 5СаО • 3AI2O3), по данным многих авторов, имеет две модификации: стабильную форму a = Ci2A7 и нестабильную форму a’ = Ci2A7. Стабильная форма С12А7 характеризуется симметрией, плотностью 2,7 г/см3, твердостью 5 (по шкале Мооса), выкристаллизовывается при 1455 °С. a’ = Ci2A7 отличается тем, что в его элементарной ячейке 2 из 66 атомов кислорода не имеют определенного положения, а распределены статистически.

С12А7 способен поглощать пары воды. Даже при 1400 °С содержание воды в нем составляет 1,4%. Поглощение воды сопровождается изменением параметров решетки, показателя светопреломления двенадцатикальциевого семиалюмината и изменением характера плавления (С12А7, содержащий небольшое количество влаги, принято записывать в виде С12А7Н). В сухом воздухе это соединение плавится инкогруэнтно, разлагаясь при 1374 °С на СА и расплав. В присутствии паров воды С12А7 плавится конгруэнтно при 1391,5 °С. Сложность изучения диаграммы состояния в области состава (мас. ) 50А12Оз + 50СаО обусловливает различное мнение авторов относительно температуры и характера плавления С12А7. Характер диаграммы состояния зависит от парционального давления кислорода. В окислительной атмосфере вплоть до 1460±5 °С С12А7 плавится конгруэнтно. В восстановительной атмосфере температура плавления его равна 1480±5 °С. Решетка С12А7 способна включать ионы фтора и хлора с образованием соединения С12А7САХ2, где X есть ОН, F, C1, при этом параметры элементарной ячейки увеличиваются в следующем порядке: фторид — гидрат — хлорид.

Читайте так же:
Экспорт россии по цементу

Однокальциевый алюминат СаО • AI2O3 относится к много-клинной сингонии. Его структура состоит из тетраэдров [АЮ4] и атомов кальция, нерегулярно координированных с шестью или семью атомами кислорода. Два атома кальция (Са2 и Саз) окружены шестью атомами кислорода, расположенными октаэд-рально с расстояниями Са—О от 0,231 до 0,271 нм. Третий атом кальция (Cai) окружен девятью атомами кислорода.

Особенность структуры СА состоит в том, что Cai расположен в конце вытянутого октаэдра и имеет связи с кислородом от 0,24 до 0,29 нм. С нерегулярной координацией атомов кальция связывают высокую гидратационную активность СА.

Диалюминат кальция СаО • 2AI2O3 (CA2) — соединение моноклинной сингонии, имеет двуосные положительные кристаллы с малым углом между оптическими осями (20 = 12°). В СА2 атомы алюминия тетраэдрально скоординированы кислородом, причем кислород расположен в углу, общем для трех тетраэдров.

Атомы кальция неправильно скоординированы четырьмя Са —О-связями, размер которых превышает 0,35 нм.

САз гидратируется медленно, при повышенной температуре реакция взаимодействия с водой ускоряется.

Гексаалюминат кальция СаО • 6AI2O3 (САб) имеет гексагональную симметрию. Структура аналогична структуре глинозема. Оптические свойства близки к свойствам корунда, кристаллизуется в виде однородных пластин с отрицательным удлинением. САб является инертным минералом, при взаимодействии с водой не гидратируется, поэтому его наличие в цементе снижает прочность цементного камня.

Минералогический состав глиноземистого цемента, содержащего примесные оксиды. В глиноземистом цементе наряду с основными оксидами СаО и AI2O3 всегда присутствуют оксиды железа, кремния, магния, количество которых зависит от состава применяемых сырьевых материалов, поэтому наряду с алюминатами кальция в цементе содержатся и другие фазы.

Кремнезем связывают оксиды алюминия AI2O3 и кальция СаО в геленит 2СаО • AI2O3 • Si02 (C2AS), может образовывать C2S или тройное соединение ЗСаО • 3AI2O3 • Si02, а оксиды Fe203 и СаО —в алюмоферриты кальция различного состава. Оксид магния с AI2O3 образует шпинель MgO • AI2O3. По данным Паркера, в системе СаО — AI2O3 — Si02 — MgO, составляющей глиноземистый цемент, могут присутствовать следующие минералы:
Са – C6A4MS – С12А7 – C2S, СА – C6A4MS – C2S — C2AS, СА – C6A4MS – C12A7 – MgO, C6A4MS – C12A7 – C2S – MgO, CA – C6A4MS – C?AS – MA, CA – C6A4MS – MA – MgO, C6A4MS – C2S – C2AS – MA, C4A4MS – C2S – MA – MgO.

Присутствующие в глиноземистом цементе в небольшом количестве РегОз и FeO образуют соединения C2F, C6A2F или твердые растворы с СА, С12А7 и СА2-
Геленит 2СаО • AI2O3 • Si02 характеризуется мелилитовой структурой и склонен образовывать многочисленные твердые растворы, плавится при 1590 °С. Он не обладает гидратацион-ной активностью. Однако его твердые растворы проявляют это свойство, что и объясняет противоречивость мнений относительно его скрытой вяжущей способности.

Соединение ЗСаО • 3AI2O3 • Si02 разлагается при 1315 °С на геленит, анорит и шестиалюминат кальция САб, соединения гидратационно неактивные.

Шпинель MgOA^Os — кристаллы кубической сингонии с высоким светопреломлением (N= 1,718), гидратационной активностью не обладает.
Феррит кальция C2F характеризуется орторомбической псевдотригональной структурой. Атомы кальция координированы нерегулярно десятью атомами кислорода, что обусловливает гид-ратационную активность C2F.

Алюмоферриты кальция — это твердые растворы в ряду C2F — C8A3F. В составе глиноземистого цемента присутствует C6A2F. Алюмоферриты кальция обладают более слабой гидратационной активностью, чем алюминаты кальция.

В составе высокоглиноземистого цемента указанные выше оксиды находятся в небольшом количестве (до 2—3 ) в виде твердых растворов с алюминатами кальция, обусловливающих изменение гидратационной активности алюминатов кальция.

С12А7 характеризуется быстрым схватыванием, но невысокой прочностью. Внедрение в его решетку ионов Fe3 + , Ti4+ удлиняет период схватывания и повышает прочность цементного камня.

СА обладает высокой гидратационной активностью. Он способен образовывать твердые растворы с моноферритом и монохромитом кальция. Внедрение Si и Fe в решетку СА повышает его гидратационную активность, однако неясно: является ли это обстоятельство положительным фактором для СА. Исходя из анализа сведений по быстрогидратирующимся, но обусловливающим низкую прочность цементного камня минералами С12А7 и СзА, можно ожидать, что увеличение гидратационной активности СА приведет к напряжениям в структуре цементного камня. Следовательно, общепринятое мнение о необходимости повышения гидратационной активности портландцементных клинкерных минералов путем их модифицирования применительно к моноалюминату кальция может оказаться неверным.

Внедрение в решетку медленно гидратирующегося минерала СА2 трехвалентных ионов (Cr3 + , Mn3 + , Fe3 + ) увеличивает скорость гидратации. При этом СА.2 приобретает высокую прочность и в ранние сроки твердения. Ускоряет скорость гидратации СА2 также наличие в его решетке ионов щелочных металлов.

Цемент

Цемент (лат.  caementum  — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое гидравлическое вяжущее вещество. Один из основных строительных материалов. При взаимодействии с 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 — (воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.

Читайте так же:
Фильтры wam для цемента

Марка цемента — условная величина, которая обозначает, что прочность при сжатии будет не ниже обозначенной марки (200, 300, 400, 500, 600)

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

Содержание

Исторические сведения [ править | править код ]

Римляне подмешивали к извести определённые материалы для придания ей гидравлических свойств. Это были:

  • пуццоланы (отложения вулканического пепла Везувия);
  • дроблёные или измельчённые кирпичи; , 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.

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

Портландцемент получается при нагревании известняка и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры +1450…+1480 °С. Происходит частичное плавление и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер размалывают совместно примерно с 5% гипсового камня. Гипсовый камень 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, 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 трёхкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счёт размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg 2+ , Al 3+ и Fe 3+ . 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 сокращенно обозначаемый 3СaAS (состав — 3CaO*Al2O3*SiO2), существенно изменённый по составу, а иногда и по структуре, за счёт инородных ионов, особенно Si 4+ , Fe 3+ , 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 — четырёхкальциевый алюмоферрит, сокр. 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 А. Р. Шуляченко считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Антонова для обжига и производства клинкера. По вопросам цементной технологии и твердения гидравлических вяжущих много работ провели Ю. М. Бутт, С. М. Рояк, И. Ф. Пономарев, Н. А. Торопов и другие.

Виды цемента [ править | править код ]

По наличию основного минерала цементы подразделяются [1] :

    — преобладание белита, в настоящее время не производится;  — преобладание алита, наиболее широко распространён в строительстве;  — преобладание алюминатной фазы; (цемент Сореля, альболит) — на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
  • кислотоупорный цемент — на основе гидросиликата натрия (Na2mSiO2·nH2O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяется водным раствором жидкого стекла.

Также известен биоцемент, отличающийся от обычного цемента тем, что производится при помощи биотехнологий.

В подавляющем большинстве случаев под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера. В конце XX 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 1:3 с кварцевым песком. Марки выражаются в числах М200 — М600 (как правило с шагом 100 или 50) обозначающим прочность при сжатии соответственно в 100—600 кг/см² (10—60 МПа). 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 так далее.

Читайте так же:
Расход цемента для приготовления растворов м150

В настоящее время цемент делится на классы по прочности. 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 [ править | править код ]

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) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре +1450…+1480 °C в течение 2—4 часов в длинных вращающихся печах (3,6×127 м, 4×150 м и 4,5×170 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 твёрдофазового 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) завершается 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 → +1480 → +1300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который, взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО, образует минерал алит3S — твёрдый раствор трёхкальциевого силиката и небольшого количества (2—4 %) MgO, Al2O3, P2O5, Cr2О3 и других);
  • 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 [ править | править код ]

В 2010 году мировое производство цемента достигло 3,325 млрд тонн. В тройку крупнейших производителей вошли Китай (1,8 млрд тонн), Индия (220 млн тонн), и США (63,5 млн тонн). По данным Росстата, производство в России портландцемента, цемента глинозёмистого, цемента шлакового и аналогичных гидравлических цементов в 2012 году составило 61,5 млн тонн.

Крупнейшие производители цемента в мире на 2011 год [2] :

     — Швейцария — 136,7 млн т  — Франция — 150,6 млн т — Германия —176 млн т (на 1 июля 2016 г)  — Мексика — 74,0 млн т  — Италия — 54,4 млн т — Китай — 41,5 млн т  — Япония — 38,0 млн т — Бразилия — 31.8 млн т  — Италия-Германия — 26,6 млн т  — Португалия — 28,3 млн т  — Франция — 19,8 млн т [3]  — Россия — 18,4 млн т

Производство цемента в России [ править | править код ]

Десять ведущих производителей цемента в России на 2013 год (объём в млн тонн / доля на рынке в %) [4] :

  1. «Евроцемент груп» — 21,649 / 32,6
  2. «Новоросцемент» — 5,772 / 8,7
  3. «Мордовцемент» — 4,717 / 7,1
  4. «Сибирский цемент» — 4,307 / 6,5  — 3,654 / 5,5  — 3,658 / 5,5  — 3,257 / 4,9
  5. «Себряковцемент» — 3,167 / 4,8  — 2,416 / 3,6
  6. «Востокцемент» — 2,037 / 3,1

Проектная мощность заводов по итогам 2014 года (млн тонн в год):

  1. «Евроцемент груп» — 33,1
  2. «Мордовцемент» — 7,2
  3. «Новоросцемент» — 6,9
  4. «Сибирский цемент» — 6,7  — 4,9  — 4,6
  5. «Востокцемент» — 4,3  — 3,7
  6. «Себряковцемент» — 3,4
  7. «Базэлцемент» — 3,2

В декабре 2014 года предприятия «Мордовцемента» перешли под контроль «Евроцемент групп» [5] .

Источники [ править | править код ]

  • Райхель В., Конрад Д. Бетон. В 2 ч. Ч. 1. Свойства. Проектирование. Испытание. — 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 [ править | править код ]

Примечания [ править | править код ]

  1. 12 Строительное материаловедение: Учебное пособие для строительных спец. вузов / И. А. Рыбьев. — М.: Высш. шк., 2003. — 701 с.
  2. Владимир Кондратьев — [Мировая цементная промышленность], Портал «Перспективы», 2011
  3. ↑Vicat Group by the numbers.
  4. ↑Топ-10 крупнейших производителей цемента в России, «Коммерсантъ», 8 апреля 2014.
  5. ↑Независимый строительный портал. Топ-10 производителей цемента в России. 25.02.2015

Литература [ править | править код ]

  • Егоров, К. Н., Менделеев Д. И. Цементы // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.

Ссылки [ править | править код ]

  • Значения в Викисловаре
  • Медиафайлы на Викискладе
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector