Способы производства цемента

Производство цемента

Цемент это — искусственное неорганическое гидравлическое вяжущее вещество, и является одним из основных строительных материалов. Взаимодействуя с водой, и другими жидкостями, цемент образует пластичную массу, которая после затвердевания превращается в камень высокой прочности. Данный строительный материал 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 — (гипса, воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.

Самый популярный в строительстве вид цемента - Портландцемент. Он производится из портландцементного клинкера, гипса и специальных добавок. Клинкер получают из известняка, глины и добавок путем обжига. Готовый портландцемент на 70-80% состоит из силикатов кальция, остальное приходится на гипс (регулирует скорость схватывания) и корректирующие добавки. Портландцемент производится марок М400-М600, используется для создания железобетонных конструкций, растворов, асбестоцементных и прочих материалов.

Портландцемент используют там, где нужно приготовить прочный и стойкий к различным воздействиям раствор. Это один из видов вяжущего, применяемый для замеса бетона.

Портландцемент – это сухой порошок, который необходимо затворять водой. Через некоторое время он схватывается, застывает и превращается в прочный и способный противодействовать немалым нагрузкам монолит. В зависимости от состава и их пропорций портландцемент бывает разных видов, демонстрируя соответствующие параметры.

В основе сухого порошка работает клинкер мелкого помола с добавлением гипса, призванного ускорить схватывание раствора. Марки и виды материала предполагают введение в состав различных добавок, примесей, присадок.

Чтобы получить состав, используют разные карбонатные породы горного происхождения (кремнезем, глинозем, мел, известняк) и мергелий (специальная смесь глины и карбонатных пород, представляющая собой переходную породу от известнякового типа к глинистому).

Процесс производства цемента:

  • Тщательное измельчение сырья, создание смеси из разных компонентов, взятых в определенных пропорциях.
  • Обжиг сырья в специальных печах при очень высокой температуре (около +1400 градусов) – получение клинкера.
  • Тщательное измельчение клинкера, смешивание его с гипсом.
  • Добавление различных элементов для повышения эксплуатационных характеристик и свойств, установленных ГОСТом и подтверждаемых соответствующими сертификатами.

Методы обжига сырья для портландцемента:

  • Сухой – смесь мелется и сушится одновременно, что существенно сокращает расходы производства и труда. Мельницы выдают готовый порошок.
  • Мокрый – сначала компоненты мелют, потом замачивают глину до повышения уровня влажности, равного 70%. Далее глину смешивают с известняком в мельнице.
  • Комбинированный – способы производства совмещены: сырье насыщают влагой до 14% и измельчают, сушат в мельницах.

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.

Сухой способ

Сухой способ производства цемента

Здесь нет необходимости использовать воду. Исходный материал (глину и известняк) дробят на специальном оборудовании. Сушат и перемалывают в мелкодисперсную муку, смешивают пневматическим способом и подают на обжиг.

Образовавшийся в результате обжига цементный клинкер измельчается до соответствующей степени фракции, фасуется в упаковку и отправляется на склад готовой продукции. Данный способ позволяет снизить затраты на производство, однако отличается «капризностью» к однородности исходных материалов и является экологически опасным вариантом.

Мокрый способ

Получение цемента мокрым методом

Неоспоримые достоинства данного метода заключается в возможности точного подбора состава исходного сырья при высокой неоднородности исходных компонентов: порода, вид породы и пр. Исходный материал (шлам) представляет собой жидкую субстанцию, содержащую до сорока процентов влаги.

Перед тем как сделать цемент, состав шлама корректируется в специальных технологических бассейнах. После выдержки сырья в бассейне, производится отжиг в специальных вращающихся печах и последующее измельчение.

Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии расходуемой на высушивание исходного сырья. Это существенно увеличивает себестоимость производства цемента, однако качество конечной продукции не страдает от возможной неоднородности клинкера, как при сухом варианте.

Комбинированные способы

Данная технология опирается на мокрый вид получения связующего. Промежуточную субстанцию обезвоживают по специальной технологии. Клинкер гранулируют с добавлением воды, после чего производят отжиг и последующее измельчение до той или иной марки цемента.

В числе достоинств комбинированного способа производства цемента: высокий выход «годного», возможность использования отходов металлургической промышленности.

Виды цемента

По наличию основного минерала цементы подразделяются:

  • Романцемент — преобладание белита, в настоящее время не производится;
  • Портландцемент — преобладание алита, наиболее широко распространён в строительстве;
  • Глинозёмистый цемент — преобладание алюминатной фазы;
  • Магнезиальный цемент (цемент Сореля, альболит) — на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
  • Кислотоупорный цемент — на основе гидросиликата натрия, 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.

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.

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 белого цемента

Производство белого цемента нуждается в отдельном рассмотрении. Материал широко используется в отделке поверхностей. После высыхания приобретает белый цвет.

Белый цемент, производство белого цемента

В соединение смеси входят мергель, известняк, мрамор, песок и глина, но в меньшей степени в сравнении с серым цементом. Большую часть смеси занимает мраморная крошка. В смеси также допускается присутствие красящих окислительных элементов: железа, хрома, марганца, титана и других. Мел и каолин придают раствору белесый оттенок. К чистоте используемой воды предъявляются высокие требования, ее процент в общей массе не более 45%. Материал проходит несколько уровней очистки, поэтому на исходе получается цемент высокого качества. Обрабатываемая раствором из белого цемента поверхность не имеет изъянов.

Измельчение клинкера продолжается в мельничном агрегате, в котором установлена специфическая облицовка. Деликатность измельчения белого цемента гораздо выше, чем обычного серого. Поэтому смесь производится двух марок М400 и М500. Изделия из белого цемента не осыпаются, не разрушаются, за ними легко ухаживать. Поэтому материал применяется в создании разнообразных архитектурных строений и форм.

Важно отметить, что белоснежный цвет материала позволяет создавать другие оттенки. На заключительном этапе производства в смесь вносится определенный процент пигментных добавок.

Для производства каждого вида цемента используется особое оборудование, а производители придерживаются определенной последовательности действий. Поэтому рекомендуется приобретать цемент у производителей, которые уже зарекомендовали себя на строительном рынке, сопровождают свою продукцию сертификатами качества.

Специальные цементы:

Для того, чтобы ускорить производство, цемент должен быстро затвердевать, поэтому есть разновидность, в состав которой входят минеральные добавки, ускоряющие затвердевание бетона. Чаще всего такой цемент применяют для создания железобетонных конструкций или постройках, для которых сильно ограниченны временные сроки.

Тампонажный цемент

Для специализированных предприятий по добыче и переработке газа или нефти применяется тампонажный цемент. Исходя из названия можно понять, что он применяется для закрытия отверстий. Чаще всего с его помощью герметизируют скважины, так как он начинает твердеть и набирать прочность в начале процесса сушки.

Пластифицированный цемент

Чтобы сделать конструкции загнутой формы или изгибающиеся под определённым углом требуется пластифицированный цемент. Эта разновидность укрепляющего вещества содержит добавки, которые делают замешанный цемент мягким, гибким и пластичным.

Пластифицированный цемент - гидравлическое вяжущее вещество, которое получают при измельчении и смешивании портландцементного клинкера с гидрофильной поверхностно-активной добавкой, используя обычную дозировку гипса.

Для среды с повышенной кислотностью используется вид цемента, который содержит в составе камнефтористый натрий и кварцевый песок. Эти вещества увеличивают защиту бетона от внешнего воздействия. Из-за особенностей использования и состава кислотоупорного цемента, его требуется разбавлять не водой, как остальные виды, а жидким кварцевым стеклом.

Бетон, в раствор которого входит цемент, является крепким только, если состав укрепляющего вещества подобран правильно. Следует знать, как и из чего делают цемент, так как при использовании неправильной смеси, конструкция будет подвержена разрушению. Агрессивная внешняя среда быстро разрушает связи между веществом, что сильно уменьшает прочность.

Цемент – это связующее вещество, которое при застывании становиться крепким и может заменить собой камень. Чаще всего его используют для создания фундамента, соединения кирпичей или блоков, а также изготовления плитки или облицовочных материалов.

В зависимости от вида цемента отличается его состав. Поэтому следует знать какие есть разновидности этого вещества, так как некоторые их них используются только в узконаправленных предприятиях. Например, тампонажный цемент применяется только при герметизации газовых или нефтяных скважин, а сульфатостойкий – при сложных географических и погодных условиях.