Из чего делают цемент состав

Из чего и как делают цемент?

Цемент – широко распространенный материал, который применяют при любых видах работ, связанных с ремонтом, реставрацией, строительством. Цементная основа – вяжущие компоненты неорганического происхождения. Из цемента производятся бетонные, кладочные, штукатурные растворы, железобетонные изделия, используемые при строительстве промышленных объектов и частных построек.

Особенностью порошкообразной цементной массы, смешанной с водой, является способность постепенно твердеть, превращаясь в каменный массив. Процесс приобретения эксплуатационной прочности происходит как в воздушной среде, так и в воде. Главное условие твердения – избыточная влажность.

Все сталкивались с цементом, однако мало кто знает, из чего делают этот универсальный строительный материал, как его производят. Его основа – клинкер, специальные минеральные добавки и гипс. Рассмотрим подробно, как делают цемент, какое сырье для этого используется.

По-прежнему клинкер – это основной компонент, входящий в состав цемента

Сырьевые материалы

Производство цемента осуществляется на специальных заводах, расположенных близко к местам добычи исходного сырья для его изготовления. Главным исходным сырьем для цементного производства являются следующие естественные породы:

• ископаемые карбонатного типа. Это ценное природное сырье, отличающееся особенностями кристаллической структуры, физическими характеристиками. Материал может иметь кристаллическую или аморфную структуру, определяющую эффективность его взаимодействия при обжиге с другими компонентами;
• глинистые материалы, горные породы осадочного характера. Они имеют минеральную основу, становятся пластичными, объемно увеличиваются при избыточном увлажнении. Сырье характеризуется вязкостью, применяется при сухом методе производства.

Карбонатные породы

Остановимся на карбонатных породах, характерными представителями которых являются:

• Мел, являющийся горной породой осадочного характера, которая легко перетирается, относится к разновидностям мажущего известняка. Он популярен при изготовлении цемента.
• Мергель или мергелистый известняк – ископаемые осадочного типа, которые добываются в рыхлом или твердом состоянии, отличаются удельным весом, концентрацией влаги. Содержат примеси глины, что позволяет относить их к переходному сырью, имеющему много общего с известняковыми породами и ископаемыми на основе глины.

В состав входят активные минеральные добавки (15%) в соответствии со стандартами производства

Глинистое сырье

К глинистым породам относятся:

• глина, содержащая минеральные включения, разбухающие при добавлении воды;
• суглинки, являющиеся разновидностью глины, с повышенной концентрацией песчаной фракции и пылеобразных частиц;
• сланцы на глинистой основе, относящиеся к горным породам с повышенной прочностью, которые при измельчении расслаиваются на пластинчатые частицы. Сырье характеризуется стабильным гранулометрическим составом, низкой концентрацией влаги.
• лесс, представляющий рыхлую горную, непластичную породу, отличающуюся пористостью, мелкозернистостью. Содержит включения силиката, кварца.

Возможно применение отходов промышленного производства, других видов природных материалов и шлаков.

Корректирующие добавки

Цементный состав делают из минерального сырья с применением специальных пластификаторов, добавляемых при производстве.

Если увеличить количество добавок до 20%, то свойства цемента будут несколько изменены

Технология предусматривает использование добавок на базе ископаемых, содержащих:

• Глинозем.
• Кремнезем.
• Глину.
• Плавиковый шпат.
• Апатиты.

Введение корректирующих добавок, с помощью которых делают цемент и улучшают его характеристики, предусмотрено технологией. Пластификаторы позволяют улучшить следующие свойства цементного состава:

• стойкость к воздействию коррозионных процессов;
• устойчивость к воздействию перепадов температуры, глубоким циклам замораживания;
• прочностные характеристики;
• продолжительность твердения;
• подвижность цементного раствора, его эластичность;
• степень проницаемости водой.

Состав

Задумывались ли вы, из чего сделан цемент? Его состав обусловлен особенностями сырья и конкретной маркой продукции. Так, пользующийся широкой популярностью портландцемент имеет следующий состав:

• Кремниевый диоксид (кремниевая кислота или кварц) – 25 %.
• Известь – 60 %.
• Алюминий (глинозем) – 5 %.
• Оксиды железа и гипс – 10 %.

Сегодня производится множество видов цемента

Процентное соотношение ингредиентов может изменяться, согласно особенностям технологии и марки цементной продукции. Отдельные виды цементов, в частности шлакопортландцемент, включают в свой состав шлак, представляющий уголь, полученный в результате обжига клинкера.

Независимо от рецептуры, основные ингредиенты при изготовлении цементного состава – глина и известняк. Концентрация известняка трехкратно превышает содержание глины, что обеспечивает необходимое качество клинкера для производства цементной продукции.

Основными компонентами, из которых производят цемент, являются:

• клинкер, определяющий прочностные характеристики, получаемый при обжиге исходного сырья (известняка, глины). Клинкер является основой конечной продукции, используется в гранулированном виде диаметром 10-60 мм. Клинкер термообрабатывается при температуре порядка полторы тысячи градусов Цельсия. Он плавится с образованием массы с высоким содержанием кальциевого диоксида и кремнезема, которые определяют эксплуатационные характеристики цементных составов. Гранулы дробятся до пылеобразного состояния с последующим обжигом;
• гипс, процентное содержание которого определяет период твердения. Базовая рецептура предусматривает использование до 6% чистого порошкообразного гипса или гипсового камня, содержащего примеси;
• специальные добавки, вводимые для усиления имеющихся свойств или придания составу специальных характеристик, расширяющих сферу применения.

Очень часто цемент применяют в строительстве для создания бетона и армированных конструкций

Процесс изготовления

Производство цемента осуществляется поэтапно, предусматривает следующее технологические операции:

• Предварительное смешивание ингредиентов для изготовления клинкера, который делают из известняка, вводимого в количестве 75%, и из глины, доля которой составляет 25%.
• Высокотемпературный обжиг, после которого образуется клинкер. Он – результат процесса соединения глины и извести под воздействием повышенной до 1450 градусов Цельсия температуры.
• Измельчение, осуществляемое с помощью шаровых мельниц. Они представляют горизонтально расположенные барабаны с находящимися внутри стальными шарами, обеспечивающими измельчение клинкера до порошкообразного состояния. С уменьшением фракции помола возрастают эксплуатационные характеристики и марка цементного состава.

Этапы производства

Особенности производства предусматривают изготовление цемента различными методами, что сказывается на особенностях применяемого сырья. Это обусловлено расположением цементного производства, спецификой применяемого оборудования, спросом на определённые марки продукции.

Все варианты технологий отличаются только особенностями подготовки исходного сырья, которые осуществляются:

• мокрым путем. Мокрая технология предусматривает использование вместо извести мела, смешивание которого с необходимыми ингредиентами происходит одновременно с измельчением в горизонтальном барабане с обязательным добавлением воды. При этом образуется шихта с концентрацией влаги 30-50%. Шихтовый материал обжигается в печи, превращаясь в шарообразный клинкер, который затем измельчается;
• сухим методом. Сухая технология характеризуется уменьшенной себестоимостью производства цемента, сокращением технологического цикла. Это связано с объединением технологических операций, позволяющих одновременно осуществлять помол и сушку компонентов в шаровой мельнице под воздействием поступающих горячих газов. Полученная шихта имеет порошкообразную консистенцию;
• комбинированным способом. Комбинированный вариант объединяет особенности мокрого и сухого способа производства, но на разных предприятиях имеет определенные отличия. Один из вариантов обеспечивает возможность получение полусухого состава с влажностью до 18%, произведенного путем высушивания шихты, полученной по мокрой технологии. Второй метод предусматривает подготовку сухой смеси с последующим ею увлажнением до 14%, гранулированием, заключительным отжигом.

Заключение

Материал статьи предоставляет информацию о том, как делают цемент, какое сырье применяют, какие технологические особенности используют в процессе производства. Имеется множество технологических нюансов, которыми в совершенстве владеют специалисты, занимающиеся изготовление цемента.

Вся правда о связующем звене: как и из чего делают цемент

Черновые материалы

Цемент − один из самых распространённых строительных материалов. Он используется как в качестве компонента для приготовления растворов, так и в виде самостоятельного продукта. Используется как связующий материал, который при взаимодействии с водой образует пластичную массу, а затем при высыхании становится твёрдым камневидным. Поговорим о том, из чего делают цемент на производстве.

Цемент − самый востребованный продукт, используемый в строительстве

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%.

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).

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.

Характеристика	Описание
Прочность	Именно это число фигурирует в марке цемента. Испытываемый образец сжимают в течение 28 дней, после чего данные вычислений заносят в документацию. Измеряется прочность в МПа.
Зависимость цемента от воды	Плотность самого продукта превосходит плотность воды, отчего различные марки впитывают разное количество жидкости. Очень важно при производстве цементных растворов, какое количество воды требуется для определённой части продукта. Её избыток сделает верхний слой конструкции из цемента непрочной.
Фракция готовой продукции	Чем тоньше помол цементных частиц, тем дороже он будет стоить. На производстве тонкость помола определяется путём просеивания частиц через мелкие сита, данная характеристика указывается на упаковке. Однако стоит учитывать при работе, что слишком мелкие частицы (40 мкм) потребуют больше воды при создании раствора. Многие производители смешивают мелкие и крупные фракции для создания идеального продукта.
Устойчивость к низким температурам	Погодные условия в некоторых странах довольно суровые. К цементу предъявляются требования устойчивости при многократном замораживании и размораживании. Если строительная конструкция состоит только из цемента и не имеет добавок, после замораживания вода внутри увеличивается в объёме, что постепенно приводит к растрескиванию.
Устойчивость к коррозии	Окружающая среда негативно влияет на конструкцию из цемента. Чтобы обеспечить его стойкость к коррозии, вносят в состав полимерные добавки или корректируют минералогический состав путём замены одних компонентов на гидроактивные.
Скорость затвердевания	Этот показатель также важен. Производители учитывают его так, чтобы скорость не была стремительной или медленной. Регулируют показатель путём добавления гипса.

Конструкция с использованием цемента должна выдерживать серьёзные нагрузки

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.

Наименование цемента	Описание	Сфера использования
Сульфатостойкий	Стоек к химическому воздействию агрессивных сред, изготавливается из дроблёного клинкера, имеет малую степень затвердевания.	Бетонирование подземных, подводных конструкций, массивов, при создании изделий, которые будут эксплуатироваться в сложных погодных условиях.
Портландцемент (в том числе и белый)	Не содержит в составе минеральных добавок, застывает как на воздухе, так и в воде.	Для создания монолитных конструкций, декорирования, считается самым популярным типом продукции.
Глинозёмный	В состав входит глинозёмистый шлак и гипс, отлично работает в условиях высокой влажности, имеет высокую скорость затвердевания.	Для создания водонепроницаемых конструкций, требующих цемент, стойкий к коррозии.
Пуццолановый	Содержит клинкер и активные минеральные добавки.	Используется для создания конструкций подводных и на Крайнем Севере.
Пластифицированный	Содержит добавки, делающие цементный раствор мягким и пластичным.	Для создания конструкций с изгибами.
Кислотоупорный	Содержит кремнефтористый натрий и кварцевый песок, растворяется жидким кварцевым стеклом, а не водой.	Стоек к агрессивному воздействию кислот.
Шлакопортландцемент	На четверть состоит из гранул шлака.	Применяется для создания массивных конструкций в большом строительстве.

Сегодня производится несколько типов цемента

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

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

Так выглядит клинкер

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.

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.

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.

Из чего и как делают цемент

Цемент –незаменимый материал, без которого нельзя представить ни один строительный объект. Уникальность материала неоспорима, ведь так или иначе он участвует практически во всех строительных этапах. Современные комбинаты используют три базовых метода изготовления цемента, которые зависят от метода подготовки сырьевого материала к обжигу: мокрая технология, сухая и полумокрая (комбинированная). Как устроить производственную базу, зависит от возможностей каждой компании: технологических, технико-экономических.

Технология изготовления портландцемента делится на три ключевые стадии:

Механическая — отвечает за добычу, подготовку и переработку сырья, цель которой получить необходимую смесь для последующей термической обработки путём обжига. К таким операциям относятся измельчение, перемешивание и корректировка.

Стадия термической обработки отвечает за обжиг сырья в высокотемпературных печах, целью которой станет получение клинкера – базовой составляющей цемента.

Стадия помола и смешивания компонентов для получения сухой смеси, состоящей из нескольких компонентов: клинкера, гипсовых вяжущих веществ и активных минеральных добавок, которые будут влиять на тип цемента.

Первая стадия. Добыча и подготовка сырьевой смеси.

Основные компоненты портландцемента — это натуральное сырье: глина, известняк, мел. Из экономических соображений производственные узлы по возможности устанавливают недалеко от карьеров добычи этих материалов. Наряду с поставками из карьеров нередко приходится дополнительно обеспечивать производство сырьевыми компонентами от партнёров, чтобы гарантировать требуемое качество сырья по химическому составу. Так же дополнительные закупки проводят для обеспечения производства недостающими материалами, такими как гипс, зола, пирит, боксит и так далее.

Составляющие цемента можно разделить на 4 группы оксидов, каждая из которых по составу является соединением химического элемента с кислородом:

• оксид кальция (СаО), в эту группу входят глинисто-карбонатные горные породы, такие как известняк, мел или мергель;
• оксид кремния (Si₂O3), к ней относятся мелкозернистые осадочные горные породы, например, песок, глина, шлак, сланцы;
• оксид алюминия(Al₂O3) – бокситы;
• оксид железа(Fe₂O3) – железная руда.

Первая вторая. Сырьевая смесь и ее подготовка

Месторождения природного известняка разрабатывают открытым способом. Применяемый технологический метод зависит от оснащения карьера и типа известняковой породы. Для добычи горных пород используют взрывной, экскаваторный, комбайновый способы. Там же, в карьере на производственных узлах измельчают известняк, используя стационарные дробильные установки. Далее по ленточному конвейеру, протяжённость которого доходит до 7 км, материал доставляют до производственной площадки, где его укладывают штабелями в разных направлениях. На этапе дробления необходимо провести анализ твёрдой породы, для этого над конвейерным транспортёром устанавливают анализатор РФА. Установка определяет химический состав известняка для последующей корректировки.

Современные производственные площадки оснащены специальными дозаторами, чтобы с точностью вымерять весовое соотношение всех компонентов.

На устаревших цементных заводах процесс не настолько технологичный, что в результате приводит к повышению издержек. На таких заводах карьерный материал доставляют до производственных площадок на автомобильном или железнодорожном транспорте. Что в целом ухудшает экономические показатели производственного процесса. Вместо ленточных конвейеров применяют грейферные краны. Трудозатраты и время на производственный цикл увеличиваются, повышая себестоимость.

На этапе подготовки сырьё проходит еще одну стадию — помол. В зависимости от оснащённости производственной линии, используется технология сухого, мокрого или полумокрого помола. В первом случае технологическая линия оснащена мощными мельницами. Нижняя часть оборудования измельчает известняк, в верхней части происходит сепарирование на фракции. Грубую фракцию оставляют для вторичного измельчения, мелкую отправляют на следующую производственную стадию. В процессе помола сырьевая мука просушивается до состояния влажности — 0,5%.

До термической обработки сырьевую смесь хранят в специальных складах сыпучих материалов, где для усреднения концентрации сыпучих компонентов через люки аэрации подаётся сжатый воздух.

Для метода мокрого и комбинированного помола сырьевую смесь подготавливают в виде шлама, увлажняя его до 40%. Сырьевую муку перемалывают в мельницах, работающих по принципу самоизмельчения, типа гидрофол. Погруженный в барабанный отсек печи, шлам разрушается под действием вращательных движений посредством ударов друг о друга. Таким образом происходит одновременное дробление и помол известняка. Состав сырьевой смеси доводят до нужной формулы в специальных бассейнах. При такой технологии производства, как и при сухом методе, шлам усредняют путём воздействия сжатого воздуха, только делают это в шламовом бассейне. Полумокрый метод отличается от мокрого тем, что перед обжигом смесь пропускают через пресс-фильтр для её обезвоживания.

Чтобы получить клинкер высокого качества, используют первосортное сырьё, которое в дальнейшем определит качество цемента. При анализе сырьевой муки исследуют следующие модульные показатели:

Силикатный модуль – отношение грамм-молекул оксида кремния к числу грамм-молекул оксидов алюминия и железа. Чем выше силикатный модуль, тем хуже способность к обжигу у сырьевой смеси. Оптимальное соотношение измеряется в процентах и варьируется в пределах 2.2-2.8.

Глиноземный (алюминатный) модуль – соотношение грамм-молекул двух оксидов — алюминия и железа, для контроля состояния жидкой фазы клинкера на этапе обжига, также говорит о взаимосвязи минералов в материале, нормальный показатель 1.5-2.5%.

Говоря о влиянии модулей друг на друга, можно отметить, что если показатель алюминатного модуля высокий, а силикатного, наоборот, низкий, то цемент будет слишком быстро схватываться. Добавление гипса корректирует сроки твердения.

Коэффициент насыщения кремнезема известью (КН) – показывает неполноту насыщения кремнезёма оксидом кальция в процессе образования клинкера. Нормативный показатель находится в интервале от 0.92 до 1 %.

Коэффициент однородности сырьевой смеси – говорит о химическом составе и его стабильности. Для производства сухим способом показатель должен быть не больше 14, применение мокрого или комбинированного способов должно обеспечивать показатель не больше 10 %.

Третья стадия. Обжиг

Обжиг смеси и получение клинкера — самая важная стадия производственных процессов.

Эксплуатационные свойства цемента напрямую зависят от качества клинкера, температуры и времени обжигания. Дело в том, что в естественных условиях основные компоненты сырьевой смеси не вступают в химическую реакцию друг с другом, но процесс взаимодействия между глиной, известняком и другими компонентами запускается при нагревании.

Чаще всего промышленные предприятия оснащены печными агрегатами вращающегося типа. Основные составляющие агрегата – это печь, холодильник, топочные устройства, вентиляторы, дымососы, пылеулавливатели. Вращающиеся печи делятся на два типа – для сухого и мокрого способов производства.

Вращающийся барабан сварен из стальных обечаек, зона обжига барабанной печи облицована внутри огнеупорной футеровкой, за счет чего снижается температура воздействия на металлические сварные кольца. Барабан печи расположен под небольшим уклоном и совершает вращательные движения вокруг продольной оси с частотой от 0,5 до 4 оборотов в минуту, с учётом производительности агрегата.

Если сухой метод производства цемента сравнивать с мокрым, то он считается более технологичным, современным и экономичным. Печное оборудование потребляют энергии на 30-40% меньше за счет того, что отсутствует одна из рабочих фаз — необходимость в испарении влаги клинкера.

Печную установку можно поделить на температурные зоны с разной функциональностью:

В зоне сушки поддерживается температура до 200°С, здесь из шлама испаряется излишняя влага.

В зоне подогрева, где температура варьируется в пределах 200 — 650°С происходит процесс дегидратации, в результате чего глинистый компонент обезвоживается, выгорают органические примеси.

В зоне декарбонизации поддерживается температурный режим от 650 до 1000°С. Здесь из вещества удаляется углерод путём разложения карбонатов кальция и магния, которые под воздействием температур переходят в оксиды этих химических элементов — СаО и МgO.

В зоне спекания клинкера при диапазоне температур 1300-1450°С активируется движение молекул в сырьевых компонентах и в веществе формируются минералы, которые влияют на конечные эксплуатационные свойства цемента. Повышение температуры обжига повышает интенсивность всех физико-химических процессов, которые претерпевают компоненты клинкера.

• Клинкерные минералы, образовавшиеся при обжиге, определяют свойства будущего портландцемента и оказывают следующее влияние:
• Алит или трехкальциевый силикат (С₃S) – основной минерал портландцемента отвечает за ускоренный набор начальной и марочной прочности;
• Белит или двухкальциевый силиката (С₂S) – отвечает за медленный набор прочности, в течение длительных сроков затвердевания;
• трехкальциевый алюминат (С₃А) – наиболее активный минерал, не обладает высокой прочностью, но в значительной степени влияет на ускорение набора начальной прочности;
• четырехкальциевый алюмоферрит (С₄АF) – отличается умеренной скоростью твердения и средним тепловыделением, его влияние на физико-химические свойства портландцемента не столь значительны, но минерал определяет цвет цемента. Чем выше содержание, тем интенсивнее цвет.

Вместе с полезными минералами при нагревании в клинкере образуются нежелательные компоненты, в основном оксиды: магния, калия, натрия. Побочные продукты попадают в клинкер и в результате сгорания топлива, допустимое количество неблагоприятных веществ может отразиться на свойствах цемента и экологической атмосфере на предприятии, поэтому содержание таких элементов нормируется и контролируется.

Далее клинкерную массу охлаждают в холодильном отделении до 100°С. После охлаждения клинкер поступает в крытые хранилища для сыпучих веществ, ожидая дальнейшей переработки.

Четвертая стадия. Помол клинкера и добавок

Заключительная рабочая стадия получения готового цемента — размол клинкера совместно с добавками или по отдельности с последующим смешиванием. Процесс полностью механический, его проводят в мельничных установках закрытого или открытого типа. От помола сырьевых компонентов на стадии подготовки, этот процесс отличается тем, что клинкер значительно твёрже, к тому же конечная фракция цементного зерна должна иметь заданные критерии по составу и размеру. Конструкции клинкерных мельниц аналогичны тем, что применяют на стадии подготовки сырья.

Принцип работы помольного агрегата сводится к следующему:

• Клинкерный материал, обогащённый добавками транспортируется по ленте конвейера из силосов в мельницу.
• После помола материал высыпается в разгрузочную цапфу, затем поступает на элеватор. Цементную муку просеивают через сито с размером ячейки 0,08 мм, по процентному остатку определяют тонкость помола, остаток непросеянного цемента должен быть не более 15%.
• Элеватор переносит перемолотый клинкер в сепаратор центробежной силы, где разделяется на муку и крупу по размеру фракций. Тонкий помол считается готовым продуктом, крупу отправляют на вторичный помол в мельницу.
• Двухкамерные пневматические насосы переносят готовый цемент по трубопроводу на склад сыпучих материалов. Камеры работают попеременно. Если в правую поступает цемент, то из левой сжатым воздухом выталкивается пылевоздушная смесь. Для улучшения аэрации цементной муки в части усечённого конуса установлены пористые перегородки, через которые подается сжатый воздух. Камеры оснащены манометрами, что позволяет контролировать давление сжатого воздуха.

На современных технологических линиях помол осуществляют методом замкнутого цикла, что позволяет добиться высокого качества портландцемента со стабильными физико-химическими свойствами. При использовании такой схемы после сепаратора выходит цементная мука с заданными характеристиками. Это положительно влияет на энергосберегающий ресурс промышленного производства. Высокотехнологичные помольные агрегаты с автоматическим управлением оснащены контрольными измерителями.

Размолоспособность клинкера зависит не только от способа обжига, но и от состава клинкерных минералов. Клинкер, полученный в шахтной печи, имеет более пористую структуру и легче перемалывается. Коэффициент размолоспособности у такого клинкера 1,25. Коэффициент у клинкера, полученного во вращающейся печи равен 1. Чем выше этот показатель, тем выше КПД мельничного агрегата и ниже энергозатраты.

Некоторые производственные линии c мельницами открытого цикла не используют в схеме сепаратор. На таких линиях цемент отправляется в хранилище сразу после мельничного агрегата. Качество такого цемента ниже.

До отгрузки потребителю готовый цемент хранится на силосных складах. Конструктивно современные силосы устроены в виде обратного усечённого конуса из железобетона или металла.

Анализ применяемых технологий позволяет сделать вывод, что наиболее технологичным и современным считается сухой метод. Именно такие технологии использует LafargeHolcim на своих цементных заводах. Помимо получения продукции с высокими эксплуатационными характеристиками и физико-химическими свойствам, данный метод позволяет значительно снизить расходы потребляемого топлива, сократить не менее 40 % объема газовых выбросов печной переработки, сократить потребление пресной воды и при этом с 1 м³ печи получить большее количество клинкера.

Из чего делают цемент: его состав и свойства

Цемент – распространенный строительный материал, используемый чаще всего в качестве вяжущего в строительных смесях и растворах. Представляет собой мелкодисперсный порошок серого цвета с зеленоватым или другим оттенком. После взаимодействия с водой цемент и продукты на его основе образуют пластичную массу, которая при твердении трансформируется в искусственный камень.

Сырье для изготовления цемента

Сырьем для производства цемента являются горные породы, добываемые открытым способом:

• Карбонатные – мел, известняки, известняки-ракушечники, доломит, мергель, туф. В промышленном производстве используются в основном известняки. Точное количество компонента зависит от его свойств и минерального состава. Чем больше в составе породы веществ с кристаллической структурой, тем выше температура плавления.
• Глинистые – глина, глинистые сланцы, лесс, суглинки, монтмориллонит. Этот компонент осадочного происхождения разбухает при контакте с водой. Цель применения глинистых веществ – повышение пластичности смесей и растворов на базе цементного вяжущего.
• Добавки. Их перечень определяется в зависимости от свойств, которые необходимо получить. Обычно добавки содержать глинозем, железо, кремний. Для их изготовления используют различные производственные отходы – доменную пыль и другие.

Единой формулы химического состава цемента не существует, так как производители предлагают большое количество разновидностей этого строительного материала с различными эксплуатационными характеристиками.

Наиболее распространен в строительстве портландцемент – без минеральных добавок и с минеральными добавками.

Существуют определенные ограничения по минимально допустимым ических соединений, из которых состоит портландцемент:

• CaO – 62%;
• SiO₂ – 20%;
• Al₂O₃ – 4%;
• Fe₂O₃ – 2%;
• MgO – 1%.

Химические составы в процентах некоторых типов цементов

Химический состав, %					Характеристика
CaO	SiO2	Al2O3	Fe2O3	Другие оксиды
Портландцемент
63…66	21…24	4…8	2…4	3…5	Нормально твердеющий
Глиноземистый цемент
35…43	5…10	39…47	2…15	1,5…2,5	Быстро твердеющий

Что такое цементный клинкер?

Основной компонент производства цемента – клинкер. Это промежуточный полуфабрикат, получаемый обжигом смеси известняка (мела, мергеля или других пород) в количестве 75% и 25% глины. Сырьевые компоненты плавятся с образованием гранул. Клинкер перемалывают и соединяют с молотыми добавками.

Весь процесс изготовления цементного вяжущего можно условно разделить на 3 этапа:

• изготовление клинкера обжигом – основной процесс, наиболее затратный и трудоемкий;
• помол клинкера до образования тонкодисперсного порошка;
• смешивание клинкерного порошка с порошкообразными добавками.

Изготовление клинкера делится на следующие этапы:

• доставка сырья для клинкера на цементный завод;
• измельчение сырьевых компонентов;
• смешивание компонентов в пропорциях, указанных в техдокументации, для последующего обжига.

Технологии производства цемента

Существует несколько технологий производства цемента.

Конкретный вид производства определяется тем, из чего делают цемент:

• Мокрый. Клинкер изготавливается из мела, глины и воды. К измельченным компонентам добавляют воду. Влажную смесь (шлам) отправляют на обжиг. Полученный после обжига продукт транспортируют в холодильник. После охлаждения его измельчают, смешивают с добавками для получения необходимых свойств вяжущего. Эта технология требует финансовых затрат, поэтому производители в основном применяют другие. Но при необходимости получения цемента с прекрасными эксплуатационными свойствами применяют именно этот способ, позволяющий тонко корректировать состав сырья. Корректировка состава осуществляется в специальных бассейнах при температуре 1000°C.
• Сухой. Все компоненты – известняк, глина, добавки дробятся в сухом виде. Готовые порошки смешиваются в закрытых боксах с помощью подачи воздуха. Эта методика часто используется производителями, благодаря простоте реализации и относительно невысоким затратам. При производстве нет водяных испарений. Такой способ требует небольших затрат энергоносителей. Он оптимален для однородных сырьевых компонентов.
• Комбинированный. Эта технология сочетает элементы сухого и мокрого способов. Одна из этих технологий является основной, а вторая дополнительной. Если основной является мокрая методика, то сначала изготавливают сырьевой шлам, корректируют его состав, затем его обезвоживают и обжигают в печи, предназначенной для сухой технологии.

Цемент, независимо от того, из чего он состоит и каким способом приготовлен, складируется в специальных башнях – силосах, в которых, благодаря проветриванию, материал не слеживается, сохраняя рабочие характеристики.

К потребителю цемент поступает навалом или расфасованным в бумажные мешки.

Производство бесклинкерного цемента

Сырьем для бесклинкерного цемента являются доменный или гидравлические шлаки, активаторы и другие дополнительные компоненты. Смесь из подготовленных и взятых в нужных пропорциях компонентов, дробят и перемалывают до мелкодисперсного со стояния. Для бесклинкерного цемента характерны:

• устойчивость к различным воздействиям окружающей среды;
• экономичность производства, благодаря невысоким энергозатратам;
• утилизация отходов металлургических и других производств, что положительно влияет на состояние окружающей среды;
• различные цвета и свойства конечного продукта, которые можно получать без изменения основных этапов технологического процесса и привлечения дополнительного оборудования.

Основное оборудование для изготовления цемента

При производстве вяжущего используются следующие основные виды оборудования:

• техника для добычи сырья и его транспортировки к месту изготовления;
• линия дробления сырья;
• печи для высокотемпературной обработки;
• линия дробления полученного клинкера, дозирования и смешивания молотого клинкера с добавками;
• оборудование для фасовки готового продукта в бумажные мешки.

Типы цемента и сферы их использования

Выпускается множество разновидностей вяжущего с разными эксплуатационными и декоративными характеристиками. Основные виды:

• Портландцемент. Этот тонкодисперсный порошок серого цвета с зеленоватым оттенком является наиболее распространенным строительным материалом, широко используемым в индивидуальном, масштабном жилищном и промышленном строительстве. Отдельно не применяется. Выступает компонентом строительных смесей и растворов. В сочетании с песком и щебнем используется при производстве бетонных смесей. Из цемента и песка изготавливают сухие строительные смеси, поступающие в продажу фасованными в мешки, или пластичные цементно-песчаные растворы, доставляемые на строительную площадку в виде, готовом к применению. Пластифицирующие добавки регулируют время схватывания раствора и другие характеристики конечного продукта.
• Сульфатостойкий. Устойчив к химически активным средам. Применяется для бетонирования подземных и подводных конструкций.
• Глиноземный. В состав добавляют гипс и глиноземистый шлак, благодаря котором вяжущее быстро схватывается и приобретает марочную прочность. Глиноземный цемент используется при строительстве конструкций, работающих в условиях высокой влажности.
• Кислотоупорный. При его производстве используются кварцевый песок и кремнефтористый натрий. В качестве жидкости для затворения используется не вода, а жидкое стекло.
• Шлакопортландцемент. В состав этого вяжущего добавляют гранулы шлака (примерно 25%). Материал применяется в крупномасштабном строительстве.

• Строитель с 20-летним стажем
• Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.