Цемент (неорганич. вяжущие материалы)

Цемент (далее Ц) (нем. Zement, от лат. caementum - щебень, битый камень), собирательное название искусственных неорганических порошкообразных вяжущих материалов, преимущественно гидравлических, обладающих способностью при взаимодействии с водой, с водными растворами солей или др. жидкостями образовывать пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в прочное камневидное тело; один из главнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) сооружений, гидроизоляции и др.

В общем понимании этого термина Ц (неорганич. вяжущие материалы) известен с древнейших времен. Первыми искусственными вяжущими веществами были гипс и известь, применявшиеся древними египтянами и греками при возведении монументальных сооружений, частично сохранившихся до наших дней. Позднее в качестве вяжущих использовались известковые растворы с добавкой измельченных вулканических пород (в Древнем Риме) или слабообожженного кирпича-цемянки (в Киевской Руси), придававших им способность твердеть в воде. В 1796 Дж. Паркером был получен патент на гидравлическое вяжущее - романцемент - измельченный продукт обжига природных мергелей. В 1824 Дж. Аспдин в Англии и в 1825 Е. Г. Челиев в России независимо друг от друга создали портландцемент, получаемый обжигом до спекания искусственной смеси известняка и глины, взятых в определенных пропорциях.

Большое значение в развитии теории и практики цементного производства в России имели труды А. Р. Шуляченко, Н. А. Белелюбского, И. Г. Малюги, Н. Н. Лямина, В. И. Чарномского. В результате их работ были созданы высококачественные отечественные Ц (неорганич. вяжущие материалы), почти полностью вытеснившие из строительной практики Ц (неорганич. вяжущие материалы) иностранного производства. Однако в дореволюционной России количество цементных заводов, их мощность и технический уровень были недостаточными. Единственным научным учреждением, занимавшимся исследованиями по Ц (неорганич. вяжущие материалы), была механическая лаборатория Петербургского института инженерных путей сообщения.

Октябрьская революция 1917 открыла широкие возможности для развития цементной промышленности и науки о Ц (неорганич. вяжущие материалы) Трудами советских ученых А. А. Байкова, В. А. Кинда, В. Н. Юнга, П. П. Будникова, П. А. Ребиндера, Н. Я. Торопова, Ю. М. Бутта, А. В. Волженского и др, были созданы современные основы физикохимии. Ц (неорганич. вяжущие материалы), разработана теория его твердения, усовершенствована технология цементного производства, созданы новые высокоэффективные виды Ц (неорганич. вяжущие материалы) с особыми свойствами, удовлетворяющими потребности различных отраслей народного хозяйства. В СССР научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы, связанные с развитием цементной промышленности и повышением ее технического уровня, осуществляются рядом специализированных институтов (НИИЦ, Гипроцемент, НИИЦеммаш и др.), а также кафедрами некоторых вузов.

Современный процесс производства Ц (неорганич. вяжущие материалы) включает: добычу цементного сырья природного или использование в качестве такового некоторых промышленных отходов (металлургических шлаков, зол ТЭС, вскрышных пород и т.п.); дробление и тонкое его измельчение; приготовление однородной сырьевой смеси заданного состава; обжиг ее до спекания при температуре 1450-1550 °С; измельчение полученного клинкера в тонкий порошок вместе с небольшим количеством гипса и активных минеральных добавок или др. веществ, придающих Ц (неорганич. вяжущие материалы) нужные качества. В зависимости от способа приготовления сырьевой смеси различают сухой, мокрый и комбинированный способы производства Ц (неорганич. вяжущие материалы) Выбор способа обусловлен главным образом технико-экономическими показателями: возможной степенью концентрации производства, расходом топлива и электроэнергии, трудовыми затратами.

При сухом способе производства Ц (неорганич. вяжущие материалы) сырьевые материалы (известняк и глина) в процессе измельчения и помола в мельницах высушиваются и превращаются в сырьевую муку, состав которой корректируется в соответствии с заданным, после чего мука поступает на обжиг. Современные вращающиеся печи для обжига клинкера, как правило, оборудованы запечными теплообменниками, в которых осуществляется подогрев и частичная декарбонизация сырьевой смеси. Расход тепла на обжиг клинкера составляет 750-850 ккал/кг клинкера. При мокром способе размол сырьевых компонентов осуществляется в мельницах в присутствии воды, которая играет роль понизителя твердости, интенсифицирует процесс помола и снижает удельный расход энергии на помол. Полученная сметанообразная масса (шлам) корректируется до заданного состава и направляется на обжиг. За счет испарения воды шлама в печи расход тепла на обжиг увеличивается н в зависимости от размера и конструкции печи составляет 5,45-6,7 Мдж/кг (1300-1600 ккал/кг) клинкера. При комбинированном способе сырьевая смесь готовится по схеме мокрого способа, затем обезвоживается на вакуум-фильтрах или вакуум-прессах, формуется (обычно в виде гранул) и поступает на обжиг. Расход тепла при этом составляет около 4,19 Мдж/кг (1000 ккал/кг) клинкера.

Необходимые свойства Ц (неорганич. вяжущие материалы) достигаются правильным проектированием сырьевой смеси и получением в процессе производства Ц (неорганич. вяжущие материалы) нужного состава - минералогического, гранулометрического и вещественного (под минералогическим составом Ц (неорганич. вяжущие материалы) понимается качественный и количественный перечень минералов, входящих в состав клинкера; под вещественным составом - качественный и количественный перечень веществ, входящих в состав готового Ц (неорганич. вяжущие материалы)). Правильное проектирование сырьевой смеси - одно из важнейших условий, обеспечивающих нормальное протекание и полное завершение процессов клинкерообразования при обжиге и высокие экономические показатели производства. Контроль качества готового Ц (неорганич. вяжущие материалы) осуществляется на основе требований соответствующих ГОСТов. Стандартизованы также методы физико-механических испытаний при определении свойств Ц (неорганич. вяжущие материалы)

По прочности Ц (неорганич. вяжущие материалы) делится на марки. Марка Ц (неорганич. вяжущие материалы) определяется пределом прочности при изгибе образцов-призм размером 40´40´160 мм и при сжатии их половинок, изготовленных из цементного раствора состава 1: 3 (по массе) с нормальным (кварцевым) песком (срок твердения образцов в воде 28 сут с момента изготовления). Для специального Ц (неорганич. вяжущие материалы) возможно изменение состава и методов изготовления и хранения образцов.

О составе, особых свойствах и областях применения главнейших видов Ц (неорганич. вяжущие материалы), выпускаемых в СССР, см. табл. За рубежом выпускаются примерно такие же, как и в СССР, виды Ц (неорганич. вяжущие материалы) По своим техническим качествам Ц (неорганич. вяжущие материалы) сов. производства принадлежат к числу лучших Ц (неорганич. вяжущие материалы) в мире.

Главнейшие виды цементов, выпускаемых в ССР

Название	Вещественный состав цемента (в % по массе)	Минералоги- ческий состав клинкера (в % по массе)	Марка цемента	Особые свойства	Основные области применения
Портланд- цемент	Портландцемент- ный клинкер (85); гипс (1,5-3,5) по ₃; активная минеральная добавка (до 15)	3·₂(37-72); 2·₂(6-47); 3СаО·₂₃ (2-20); 4СаО·₂₃·₂₃ (2-19)	300, 400, 500, 600		Монолитный бетон гражданских и промышленных зданий и сооружений, сборные конструкции, дорожное строительство, наружные части гидротехнических сооружений, строительные растворы






Быстротвер- деющий портландце- мент	Портландцемент- ный клинкер (90); гипс (1,5-3,5) по ₃; активная минеральная добавка (до 10)	3·₂ + +3СаО·₂₃ (до65); 2·₂ + 4·₂₃· ₂₃ (33)	Не ниже 400; через 3 сут прочность не менее: 4 Мн/м² (при изгибе), 25 Мн/м² (при сжатии)	Более быстрое твердение и более тонкий помол, чем у обычного портландце- мента	Сборные конструкции, скоростное строительство
Сульфато- стойкий портландце- мент	Портландцемент- ный клинкер (100); гипс (до 3,5) по ₃	3СаО·₂ (до 50); 3·₂₃ (до 5); 3СаО·₂₃ + + 4СаО·₂₃₂₃ (до 22)	400	Повышенная стойкость к сульфатной агрессии, повышенная морозостой- кость	Для сооружений, находящихся в условиях сульфатной агрессии и в условиях переменного замораживания и оттаивания или увлажнения и высыхания
Пластифици- рованный портландце- мент	Портландцемент с пластифицирую- щей добавкой (0,15-0,25)	Тот же, что у портландце- мента	300, 400, 500	Повышенные пластичность и морозостой- кость	Те же, что и обычного портландцемента; для экономии цемента или бетонной смеси; для повышения морозостойкости бетона
Гидрофобный портландце- мент	Портландцемент с гидрофобной добавкой (0,06-0,3)		300, 400	Длительное сохранение активности, повышенные пластичность и морозостой- кость	Те же, что и обычного и пластифицированного портландцементов и в тех случаях, когда необходимо длительное хранение цемента
Тампонажный портландцемент: а) для "холодных" скважин; б) для "горячих" скважин	Портландцементный клинкер; допускается введение: а) активных (до 15%) или инертных (до 10%) минеральных добавок; б) шлака (до 15%) или песка (до 10%)			Быстрое твердение и медленное схватывание	Тампонирование нефтяных и газовых скважин
Декоративные Портландце- менты (белый и цветные)	Белый портландцемент- ный клинкер (80-84); диатомит (6); инертная минеральная добавка (10) или минеральный пигмент (15)	4СаО·₂₃·₂₃ (до 2)	300, 400, 500	Белый цемент по степени белизны делится на 3 сорта, цветные цементы имеют различную окраску	Отделка зданий и сооружений, скульптурные и покрасочные работы
Сульфато- стойкий пуццолановый портландце- мент	Портландцемент- ный клинкер (60); добавки вулканического (25-40) или осадочного (20-30) происхождения; гипс (до 3,5) по ₃	3СаО·₂₃ (до 8)	200, 300, 400	Повышенная стойкость к сульфатной агрессии	Подводные и подземные сооружения в условиях постоянного воздействия агрессивных (сульфатных) вод
Шлакопорт- ландцемент	Портландцемент- ный клинкер (40-70); доменный гранулированный шлак (30-60); гипс (до 3,5) по ₃	Тот же, что у портландце- мента	300, 400, 500	Замедленный рост прочности в начале период твердения, пониженные морозостой- кость и тепловыделе- ние, повышенная сульфатостой- кость	Те же, что у портландцемента. Эффективен для сборного изготовляемого с тепловлажностной обработкой
Шлакопорт- ландцемент	Глиноземистый шлак (100); допускается введение 1% добавок, не ухудшающих качество цемента	СаО·₂₂; 12СаО·7₂₃; СаО·2₃₃; 2СаО·₂₃· ₂;	400, 500, 600 (через 3 сут твердения)	Быстрое твердение при нормальной и пониженной температурах, высокая стойкость к действию минерализован- ных вод, потеря прочности (до 60%) через 15-20 лет	Срочные, аварийные и восстановительные работы, сооружения, подвергающиеся действию минерализованных вод или сернистого газа, жаростойкие бетоны и растворы. Неприменим в условиях повышенной температуры и влажности
Глиноземис- тый цемент






Гипсоглинозе- мистый расширяю- щийся цемент	Глиноземистый шлак (70); двуводный гипс (30)	Тот же, что у глиноземисто-го цемента	400, 500 (через 3 сут твердения)	Расширение при твердении в воде (через 1 сут 0,15%, через 28 сут 0,3-1%), быстрое твердение; высокие плотность, водонепрони- цаемость и сульфатостой- кость	Водонепроницаемые бетоны и растворы, заделка стыков, ремонтные работы, тампонирование нефтяных и газовых скважин
Кислотоупор- ный цемент	Кварцевый песок (90-96): кремнефторис- тый (4-8,5)	₂; ₂₆	Предел прочности при растяже- нии 2 Мн/м² (через 28 сут твердения)	Стоек к действию большинства минеральных и органических кислот. Нестоек к действию , ₂₆, кипящей воды и водяного пара. Токсичен	Кислотоупорные бетоны и растворы, обмазки и футеровки. Неприменим в аппаратах пищевой промышленности и при температуре ниже -20°С

Современные тенденции в производстве Ц (неорганич. вяжущие материалы): постоянное увеличение объема его выпуска (в СССР к 1980 достигнет 143-146 млн. т в год); расширение ассортимента специального Ц (неорганич. вяжущие материалы) и увеличение объема их производства (особенно высокопрочных, быстротвердеющих, декоративных и расширяющихся Ц (неорганич. вяжущие материалы)); повышение средней марочной прочности выпускаемых Ц (неорганич. вяжущие материалы) (в частности, увеличение производства Ц (неорганич. вяжущие материалы) марки 600 и освоение выпуска Ц (неорганич. вяжущие материалы) марки 700); интенсификация процесса твердения Ц (неорганич. вяжущие материалы) (достижение высокой прочности через 4-6 ч твердения); рациональное территориальное размещение цементных заводов с целью сокращения перевозок сырья и готового продукта; снижение себестоимости Ц (неорганич. вяжущие материалы); обеспечение высокой степени механизации и автоматизации цементного производства и дальнейшее улучшение условий труда на предприятиях цементной промышленности.

Лит.: Технология вяжущих веществ, М., 1965; Вяжущие материалы, заполнители для бетонов и нерудные материалы, М., 1973; Краткий справочник технолога цементного завода, М., 1974.

И. В. Кравченко.

		Новости 03.12.2024 20:28:16

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.