Все о цементе: состав, разновидности способы производства на заводе и дома

Химический состав цемента

Данная продукция используется одинаково широко по всему земному шару. Строители в Древнем Риме уже умели изготавливать растворы, которые обладали гидравлическими свойствами. Сегодня мировые разработки шагнули далеко вперёд. Человечество научилось создавать продукт, способный твердеть не только в сухих условиях на воздухе, но и во влажных.

Сегодня лидерами производства считаются такие страны, как Китай, США и Индия. Причём Китай производит в несколько раз больше продукции, чем два других лидера вместе взятые, темпы строительства в Поднебесной также крайне высоки. Заводы по производству продукции возводят в непосредственной близости к точкам добычи сырья, чтобы на его себестоимость не влияла цена доставки компонентов.

Так из чего делают цемент? Состав его может незначительно отличаться в зависимости от типа. Для примера возьмём наиболее популярный вид цемента − портландцемент, который более всего востребован в строительстве. В его состав входят:

• оксид кальция (CaO) −минимум 62%;
• диоксид кремния (SiO2) −минимум 20%;
• глинозём (Аl2O3) − минимум 4%;
• оксид железа (Fe2O3) −минимум 2%;
• магния оксид (MgO) −минимум 1%.

Цемент — идеальный материал для оформления парадных лестниц и фасадов зданий

Дополнительно к нему подмешиваются добавки. Химическая формула цемента не определена, поскольку существуют различные виды и марки продукта. Для производителя и потребителя гораздо более важную информацию дают показатели минералогического состава.

Этапы производства и нормативная документация

Пришло время узнать, как получают цемент. Нужно отметить, что данное производство относится к категории сложных. Технически оно представляет собой процесс смешивания клинкера и гипса.

Цементный завод в г. Спасск-Дальний Приморского края

Производственный процесс можно разделить на два основных этапа:

• получение клинкера;
• измельчение основного вещества и введение добавок.

Цемент получают одним из способов:

• сухим;
• мокрым;
• комбинированием обоих.

Выбор технологии напрямую зависит от качества сырья. На всех этапах производства лаборатория определяет характеристики будущей продукции, согласно установленным нормам. В России действует система ГОСТ. Для каждого типа цемента разработаны свои технические условия, которым он должен соответствовать. Большинство из стандартов были приняты ещё во времена существования Советского Союза. Чаще всего применяются:

• ГОСТ 969-91 (технические условия для глинозёмистой и высокоглинозёмистой продукции);
• ГОСТ 10178-85 (технические условия для портландцемента);
• ГОСТ 30515-97 (общие технические условия);
• ГОСТ 22266-94 (технические условия для сульфатостойкой продукции).

Виды и марки цемента

Применение цемента в строительстве.

По данным документа ГОСТ 10178-85, подразделение происходит следующим образом:

• портландцемент, не содержащий добавок;
• портландцемент, содержащий добавки;
• шлакопортландцемент с гранулированными шлаками.

По прочности сжатия, которая происходит в течение 28 суток, подразделяется:

• ПЦ 400, 500, 600;
• ШлакоПЦ 300, 400, 500;
• ПЦ быстротвердеющий 400, 500;
• ШлакоПЦ быстротвердеющий 400.

Использование белого цемента

Белый ПЦ используют как вяжущий элемент в бетоне декоративного характера, в таких же растворах и в качестве элемента цветного ПЦ. По составу белый ПЦ делится на:

• ПЦ белый без добавок минеральных;
• ПЦ белый с добавками.

По белизне он может быть первого, второго и третьего сорта. По прочности:

• марка 400 (М400);
• марка 500 (М500).

Применение цветного аналога

Соотношение между компонентами в бетонной смеси.

Цветной ПЦ производится тонким измельчением белого цементного клинкера, минеральных красителей и гипса. Также могут включаться различные органические добавки. Его применяют для получения цветных растворов и бетона, смесей для отделки и красок. По цвету он делится на:

• красный;
• желтый;
• розовый;
• голубой;
• черный;
• коричневый;
• зеленый.

Бывает следующих марок:

• М300;
• М400;
• М500.

Использование тампонажного материала

Тампонажный ПЦ производят из портландцементного клинкера. Этот вид материала необходим для цементирования газовых и нефтяных скважин. По составу он делится на:

• бездобавочный;
• с добавками;
• песчаный;
• с облегченными или утяжеленными добавками.

Марки применяются следующие:

• при низкой температуре – М50;
• при нормальной – М100;
• при высокой – М150.

Основные характеристики продукта

Технические характеристики определяются согласно марке продукции. Она обозначается на упаковке в виде цифр с буквой «М» впереди. Фактически число означает прочность при сжатии и является величиной условной.

Цемент марки М400 производства ЗАО «Евроцемент Групп»

Обсудим основные характеристики продукта.

Конструкция с использованием цемента должна выдерживать серьёзные нагрузки

Маркировка по ГОСТ

На сегодняшний день в нашей стране цемент маркируется по требованиям нового ГОСТа 31108, разработанного в 2003 году и отредактированного в 2021 году. Обе версии этого нормативного документа действительны, не противоречат друг другу и согласуются с требованиями к маркировке, принятыми в европейских странах.

Тем не менее, до сих пор и в строительной документации, и на упаковках с цементом встречается старая маркировка по ГОСТ 10178-85. Для обывателя она более понятна и привычна, но не отражает многие важные характеристики, такие как состав материала, вид и количество добавок. Что часто приводит к покупке «вслепую», без учета многих нюансов, которые могут отразиться на качестве возводимых сооружений.

Пример маркировки по новому стандарту Источник stroyportal.ru

А значит тем, кто затевает строительство, необходимо изучить новые марки цемента, их применение и расшифровку. Таблицы и фото-примеры облегчат эту задачу.

Старая маркировка

По прежним требованиям цемент маркировался коротко, с указанием состава материала, его прочности, процентного содержания добавок и особых свойств.

Состав цемента сообщается группой заглавных букв. Например, портландцемент – ПЦ, белый портландцемент – ПЦБ, шлакопортландцемент – ШПЦ.

Сразу за ними следуют цифры, указывающие на прочность готового бетона на сжатие (в кг/см²), которого он достигает спустя 28 дней после изготовления: 300, 400 или 500. Часто маркировка цемента, поступающего в розничную продажу, выглядит ещё проще: на мешке указывают полное название вида связующего и марку прочности.

Марка прочности – основной критерий выбора цемента Источник posudachimodache.ru

Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на отделочных материалах и сопутствующих работах

Следующая за прочностью литера Д с цифрами обозначает, что в материале содержится определенное количество добавок – от 0 до 20%. И последние буквы указывают на его особые свойства:

• Н – нормально твердеющий;
• Б – быстротвердеющий;
• ПЛ – пластичный;
• ГФ – обладающий гидрофобизирующими свойствами.

Маркировка по старому ГОСТу Источник skachat-kartinki.ru
К примеру, ССПЦ 400-Д0 Б расшифровывается как сульфатостойкий портландцемент с маркой прочности М400, быстротвердеющий, с нулевым содержанием добавок.

Новая маркировка

Основное изменение, способное ввести рядового покупателя в заблуждение, касается марки цемента по прочности. Теперь указывается не марка, а класс прочности в МПа, поэтому мы видим другие значения. Чтобы не путаться, нужно запомнить, что:

• 22,5 соответствует М300;
• 32,5 – М400;
• 42,5 – М500;
• 52,5 – М600.

Первыми в маркировке идут буквы ЦЕМ, а следующие за ними римские цифры указывают на тип материала:

• I – чистый портландцемент без минеральных добавок;
• II – портландцемент с присадками;
• III – шлакопортландцемент;
• IV – пуццолановый портландцемент;
• V – композитный портландцемент.

Вид и количество присадок также указываются в маркировке цемента, расшифровка этих сведений не так сложна, как кажется.

Пример новой маркировки Источник 24aul.ru

Типы продукции по сфере использования

Прежде чем подойти к вопросу о том, как сделать стандарт цемента, поговорим о тех типах, которые сегодня производятся и используются повсеместно.

Сегодня производится несколько типов цемента

Многие ошибочно полагают, что бетонная конструкция сама по себе − изделие довольно прочное. Это не так. При воздействии агрессивных сред цементные связи разрушаются, поэтому в строительстве очень важно правильно подобрать тип и марку продукции.

Важно! В подавляющем большинстве случаев под цементом понимают именно портландцементы и другие типы, изготовленные на основе клинкера.

Так выглядит клинкер

Использование для строительных смесей

Если данный материал получен из ПЦ клинкера, значит, он предназначен для строительных смесей, которые применяются при кладке, облицовке и штукатурке. ПЦ для строительных растворов получается путем измельчения клинкера, гипса и минеральных добавок.

Использование сульфатостойких цементов

Они необходимы для приготовления ж/б конструкций, обладающих стойкостью к коррозии. Виды:

• ПЦ сульфатостойкий;
• с минеральными добавками;
• шлакоПЦ;
• пуццолановый ПЦ.

Делится на марки:

• М300;
• М400;
• М500.

Использование материала для кислостойких покрытий

Его применяют для связывания поштучных химически устойчивых материалов, которые работают в агрессивных кислотных средах для производства кислостойких покрытий по железобетону и металлу. Тонкоизмельченный раствор песка и натрия может позволить получить цемент, который будет устойчив к различным воздействиям кислот.

Маркировка и качество ПЦ зависят от подготовительного этапа обработки сырья. Разрешается обработка водой, сухими добавками и т.д.

Метод обработки должен выбрать производитель, основываясь на технико-экономических показателях. Также на выбор влияет содержание воды, структура сырья и территория проживания.

Что такое цементный клинкер

Прежде чем подробно описать технологический процесс, коснёмся основного компонента цемента − клинкера. Этот гранулированный промежуточный продукт получается путём обжига в печи смеси глины и известняка при температуре +1450°C. Известняка требуется 3/4, а глины − 1/4 часть. Их можно заменить схожими по качеству материалами. Известняк − это мел, мергель или другие породы.

Мергель − один из известняков

В процессе обжига происходит плавление, в результате чего образуются разные по величине гранулы − клинкер. При его помоле и соединении с добавками, преимущественно с гипсом, и получается цемент.

Состав

Изготавливают цемент на специализированных предприятиях. Цементные заводы строят в непосредственной близости к местам добывания исходных материалов.
Сырье для его производства получают из естественных горных пород:

• ископаемых карбонатного типа;
• глинистых материалов.

Карбонаты имеют аморфную или кристаллическую структуру, от которой зависит эффективность взаимодействия материала с другими составляющими в процессе обжига.

К карбонатным породам относятся:

• мел;
• мергель (мергелистый известняк);
• известняки, в том числе ракушечники;
• породы доломитового типа.

Глинистые материалы – это осадочные горные породы. Обладая минеральной основой, они наделены пластичностью, а при избыточном увлажнении способны увеличиваться в объеме. Глинистые материалы используются при сухом методе изготовления.

К глинистым породам относятся:

• глина;
• суглинки;
• сланцы на основе глины;
• лесс.

Кроме сырья, при производстве цемента используют корректирующие добавки.

Их получают из ископаемых, в состав которых входят:

• апатиты;
• глинозем;
• плавиковый шпат;
• кремнезем.

Вводимые по определенной технологии добавки улучшают качество описываемого материала.

Состав цемента зависит от требуемых характеристик, которые определяет присвоенная материалу марка.

Самый популярный портландцемент состоит из:

• 60% извести;
• 25% кремниевого диоксида;
• 10% оксидов железа и гипса;
• 5% алюминия (глинозема).

В различных марках процентное соотношение исходных материалов отличается, как и сам состав. К примеру, шлакопортландцемент имеет в своем составе шлак. Количественные пропорции могут меняться и с особенностями выбранной технологии изготовления строительного материала.

Для любых марок цемента и при любых способах его получения неизменными составляющим остаются известняк и глина. Причем известняка всегда втрое больше глины. Такое соотношение способствует получению качественного клинкера, из которого и делают цемент.

В промышленности для выпуска цемента используют следующие компоненты:

• клинкер;
• гипс;
• специальные добавки.

Клинкер – самая весомая составляющая цемента. Он определяет прочностные качества конечного материала. Клинкер вступает в процесс производства в виде гранул. Диаметр гранул варьируется в пределах 10-60 мм. Термообработка составляющей производится при температуре около полутора тысяч градусов.

Количество гипса определяется установленным периодом твердения. В базовом варианте гипс в виде порошка входит в цемент в объеме 6%.

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.

Как делают цемент на производстве: три основных способа

Как мы говорили ранее, существует несколько способов изготовить цемент в условиях промышленного предприятия. Три основных метода:

• сухой;
• мокрый;
• комбинированный.

Сухой способ

В зависимости от свойств исходного сырья выбирают схему производства. Сухой способ делится на следующие этапы:

• дробление сырья;
• просушка до определённой влажности;
• помол компонентов после их соединения до получения муки;
• обжиг муки во вращающейся печи;
• охлаждение и отправка на склад.

Так выглядит вращающаяся печь цементного завода

Такой способ производства считается наиболее выгодным и менее энергозатратным.

Мокрый способ

Данный метод предполагает измельчение компонентов и добавление к ним воды. В итоге получается не мука, а сырьевой шлам. Он попадает в печь на обжиг, а затем − в холодильник. Охлаждённый клинкер перемалывается, и при необходимости вносятся добавки.

Отличия сухого и мокрого способов

Комбинированный способ

В данном случае сначала мокрым способом получают сырьевой шлам, затем он обезвоживается, и получаются гранулы. Они проходят печь, используемую при сухом способе производства. Как правило, целесообразность данного способа исходит из качества исходного сырья и снижения себестоимости конечного продукта.

Любой из методов требует максимально тщательного смешивания сырья и тончайшего помола. Продукт должен получиться однородным. Готовая продукция складируется в цементных силосах, которые представляют собой башни. В них цемент аэрируется, что позволяет ему не слёживаться. Пакуется продукция в бумажные пакеты или не упаковывается, а отправляется навалом.

Цементные силосы ELKON

Как и из чего делают цемент: видео

Предлагаем ознакомиться с видео об этапах производства цемента:

Как сделать цемент в домашних условиях

Можно изготовить цемент своими руками. Однако для этого понадобятся два типа оборудования:

• мельница для измельчения клинкера;
• высокотемпературная печь для обжига.

На выходе получится цемент марок с низкой степенью прочности (не выше М200), в итоге такой продукт можно будет применять только для лёгких бетонных конструкций. Ещё одна проблема: сложность возникнет с выполнением анализов, поэтому качество цемента будет хромать.

Цемент, изготовленный на заводе

Вам понадобится мел и каолин в пропорции 75% и 25%, соответственно. Сырьё измельчается в мельнице до однородного порошка. Оно должно хорошо перемешаться перед тем, как попасть в печь. После обжига вновь производится помол, затем необходимо добавить 5% гипса к полученной смеси. Продукт готов! Вне зависимости от того, купили вы продукт или самостоятельно его произвели, вам понадобится информация о том, как сделать цементный раствор.

Цементный раствор

Как приготовить цементный раствор

Чтобы начать строительные работы, потребуется приготовить цементный раствор. Каждый мужчина должен знать, как изготавливается смесь. Растворы на основе цемента бывают различного типа, но все они имеют один и тот же основной состав.

Раствор для кирпичной кладки

Состав цементного раствора

Стандартно для приготовления цементной смеси необходимо три компонента:

• цемент для связки;
• вода;
• наполнитель.

В качестве наполнителя используют песок, гравий, щебень и другие компоненты. Важнейшим правилом при получении является соблюдение пропорций.

Раствор для штукатурки

Пропорции цементного раствора

Пропорции рассчитываются в зависимости от вида работ и типа цемента. Например, раствор из цемента и песка используется для стяжки пола.

Точка зрения эксперта

Дмитрий Холодок

Технический директор ремонтно-строительной

Задать вопрос

«Чем больше добавок в растворе, тем медленнее будет схватываться раствор».

Чтобы изготовить раствор для кирпичной кладки, потребуется следовать пропорциям цемента и песка согласно таблице:

Статья по теме:

Таблица пропорции бетона на 1м3. Как приготовить качественные бетонные смеси для различных целей. Подробнее читайте в отдельной публикации нашего портала.

Экономия на цементе приведёт к снижению марки готового раствора. Для приготовления трёхкомпонентного раствора из песка, щебня и цемента используют продукцию марок М400 и М500.

Таблица пропорций для раствора под фундамент

Особенности

При смешивании с водой этот популярный материал порошкового вида твердеет, превращаясь в окаменевшую глыбу. Отвердевание происходит при излишней влажности воздушной среды или наличии жидкости

Присутствие воды – важное условие затвердевания готового продукта

В зависимости от состава выделяют несколько видов цемента. Каждый из них обладает свойственной только ему степенью твердости, по ней и определяется марка, качество продукции. Цемент, который сделан из горных пород, достаточно надежен. Его изготавливают только из качественных материалов.

Портландцемент – самый широко используемый вид минерального состава, который также называют силикатным. Он затвердевает в водной среде и в соседстве с влажным воздухом. Порошкообразное вещество серо-зеленого цвета легко растворяется в воде при замешивании. Как только смесь начинает схватываться, начинается медленное отвердевание.

Портландцемент входит в рецептуру практически всех групп цементных смесей. Применение этой марки в чистом виде – очень редкое явление. В основном, он входит в состав смесей, строительных бетонов, растворов.

Пластифицированный цемент обладает большими преимуществами перед другими видами. Его применение помогает понизить траты и время на замешивание сухой смеси. Состав не подвергается воздействию низких температур, излишней влажности, испарению и прочим негативным влияниям внешней среды.

Шлаковый цемент в составе имеет доменный шлак и измельченный клинкер. В эту марку внесены дополнительные вещества в виде известкового порошка и гипса. Такой цемент необходим при соединении строительных смесей.

Глиноземистый высокоактивный цемент имеет уникальный состав. Время до начала затвердевания – всего 45 минут. А до полного застывания раствора необходимо около 10 часов. Основное преимущество этого состава перед другими состоит в том, что независимо от насыщенности воздуха влагой, он быстро схватывается. При добавлении этого типа цемента в бетон в нем проявляются новые качественные признаки: устойчивость перед сыростью, коррозией, большими перепадами температур.

Основными составляющими цементного состава кислотоупорного типа являются кремнефтористый натрий и кварцевый песок. В обыкновенной воде раствор из такого вещества не получить. Для приготовления смеси из этого порошка применяется жидкое стекло, в основе которого использован натрий. Плюсы кислотоупорного цемента в том, что он очень устойчив к минеральным и органическим кислотам. Но при их наличии и применении срок эксплуатации снижается очень быстро.

Цветной цемент в составе имеет простой портландцемент, в который добавлены пигменты. Используется данная марка для декорирования зданий и является частью составов, которые применяются при строительстве шоссе на основе бетонных смесей. При смешивании с водой портландцемент образует материал пластичной структуры. В процессе высыхания он превращается в камень.

Плюсы такого вещества:

• затвердевание без посторонних усилий;
• высокопрочное и твердое вещество, получаемое после затвердения;
• повышенная химическая безопасность;
• это экологически чистый продукт;
• пожаробезопасность;
• низкая стоимость;
• универсальность.

Белый цемент – это порошок, который приобретает свой светлый цвет при специализированной технологии выработки и определенном составе. В его рецептуре имеется клинкер с малым содержанием железа, содержатся минеральные добавки известняка, хлористых соединений, гипса. Такой состав придает смеси светлые оттенки.