Всё о цементе - история, разновидности и способы изготовления

Современному человеку трудно себе представить строительную площадку, где бы не использовался цемент. А ведь так было далеко не всегда. Конечно, аналогичные материалы, вроде гипса или извести, применяли еще наши далекие предки. И именно им мы во многом обязаны сохранению таких шедевров мировой истории как Римский Пантеон, Великая Китайская стена или легендарный лабиринт Древнего Египта.

 

Впрочем, существенным недостатком этих материалов служила их неустойчивость к воздействию воды. И с того времени, как человечество вступило в эпоху покорения морей, возникла острая необходимость в поиске материала, который был бы не восприимчив к влаге. Такой материал был найден лишь в VIII веке. С тех пор его состав совершенствовали, и сегодня мы имеем возможность использовать цемент, причем разнообразие его видов в зависимости от сферы применения просто поражает.

 

Что это?

 

Цемент – это вяжущее гидравлическое вещество, получаемое искусственным путем. Благодаря своему химическому составу цемент при взаимодействии с водой или любой другой жидкостью, образует сначала пластичную массу, а затем затвердевает, превращаясь в искусственный камень. Используют его преимущественно для производства бетона или строительных растворов.

 

Изготовление цемента

 

Изготовление цемента проходит в несколько этапов. На первом из них, происходит нагрев до 1450°С смеси из гашеной извести и глины (могут использоваться и другие материалы со сходным составом и достаточным уровнем активности). При этом происходит частичное плавление компонентов, в результате чего образуются гранулы клинкера. Далее их перемешивают с гипсом (управляет процессом схватывания и может быть заменен другими соединениями сульфата кальция) и тщательно перемалывают. В зависимости от вида цемента, возможно добавление и других элементов, которые впоследствии окажут воздействие на свойства цемента. Что касается усредненных параметров клинкера, то обычно в его состав входит СаО – 67%, SiO2 – 22%, Al2О3 – 5%, Fe2O3 – 3% и другие компоненты - 3%.

 

Состав цемента (клинкера)

 

По своему составу цемент не однороден. В его состав входят такие компоненты, как:

 

алит - трехкальциевый силикат (Са3SiO5), структура которого модифицирована за счет размещения в решетке инородных ионов, в частности Mg2+, Al3+ и Fe3+. Важной характеристикой алита выступает его относительно быстрая реакция с водой. И именно он играет ключевую роль в развитии прочности обычных цементов, при этом для 28-суточной прочности его вклад особенно важен. Помимо этого его содержание в составе клинкера достаточно велико – 50-70%;

белит - двукальциевый силикат (Ca2SiO4) состав которого изменен вследствие введения в его структуру ионов других элементов. В отличие от алита, он медленно вступает в реакцию с водой вследствие чего его влияние на прочность в течение первых 28 суток не существенно. Однако в более поздние сроки он существенно увеличивает прочность, так что если сравнивать чистые алит и белит спустя год, то свойства их окажутся практически идентичными. Содержание белита в клинкере составляет обычно около 15-30%;

алюминатная фаза - трехкальциевый алюминат (Са3Al2O6), который был подвержен сильному изменению за счет ионов инородных элементов. Наибольшее влияние на него оказывают Si4, Fe3+, Na+, К+. Алюминатная фаза вступает в реакцию с водой очень быстро и может спровоцировать слишком быстрое схватывание, в связи с чем в состав цемента и вводится гипс или аналогичные ему компоненты, которые способны контролировать момент схватывания. Количество алюминатной фазы составляет около 5-10% клинкера;

ферритная фаза - четырехкальциевый алюмоферрит (Ca2AlFeO5), измененный в процессе смещения соотношения Al/Fe, а также введения в его структуру инородных ионов. Скорость взаимодействия с водой его не постоянна и может существенно меняться зависимости от внешних факторов. Но в среднем можно сказать, что она является промежуточной между скоростями алита и берита. В составе клинкера на долю ферритной фазы приходится 5-15%;

другие элементы. В состав клинкера также обычно входят и такие соединения как щелочные сульфаты и оксид кальция, однако доля их не существенна.

Маркировка цемента

 

В зависимости от назначения цемент обладает различными физико-техническими свойствами. Поэтому существует общепринятая система маркировки, которая позволяет специалистам легко определять какой именно цемент необходимо использовать в каждом конкретном случае. Наша компания занимается производством тротуарной плитки и других изделий из бетона только из высококачественного цемента марки М500.

 

Маркировка осуществляется по двум параметрам. Первый – способность выдерживать определенную нагрузку. Обозначается он при помощи букв М или ПЦ и цифр, начиная от 100 с шагом обычно в 100 единиц. Таким образом, маркировка М400 будет означать, что этот цемент способен выдерживать нагрузку в 400 кг/см. При этом надо отметить, что разница между цементом различных марок весьма существенна. И относится это не только к качеству, но и к стоимости. Так, например, цемент марки М600 считается «военным» и используется при строительстве сложных объектов с повышенными требованиями к прочности (бомбоубежище, шахты для ракет). В то время как М500 относится к самым распространенным маркам цемента и используется повсеместно. При этом цена их разнится примерно в 2 и более раза. Так же на сегодняшний день существует еще один параметр прочности цемента – его класс. Отличие его от марки заключается в том, что при его определении выводится не средний показатель, а требуется не менее 95% обеспеченности (другими словами – 95 образцов из 100 должны соответствовать определенному классу). Выражается класс в числах от 30 до 60, обозначающих прочность при сжатии.

 

Второй параметр маркировки – процентное содержание добавок. Этот параметр имеет важное значение, так как от количества добавок во многом зависит прочность и пластичность цемента. Обозначается он при помощи буквы Д и цифр (процент добавок). Таким образом, маркировка Д20 говорит о том, что в состав цемента входит 20% добавок.

 

Разновидности цемента

 

Что касается разновидностей цемента, то их достаточно много. Самым распространенным, впрочем, остается портландцемент.

 

Попробуем перечислить основные виды цемента.

 

Портландцементи все его разновидности. Количество видов этого цемента достаточно велико. К ним, в частности, относятся шлакопортландцемент, портландцемент с минеральными добавками, тампонажный цемент и т.д. Предназначен этот вид цемента для нефтяных и газовых скважин и других целей.

Гидрофобный цемент получают его путем измельчения клинкера портландцемента, гипса и гидрофобизирующих добавок. В результате такой цемент весьма устойчив к влаге, имеет меньшее водопоглащение, практически водонепроницаемы и обладают высокой степенью морозоустойчивости.

Шлаковый цемент изготавливают из доменных шлаков, к которым добавляются определенные добавки (ангидрид, известь и т.д.)

Быстротвердеющий цемент применяется в производстве железобетонных конструкцией. Его отличительной особенностью можно назвать то, что прочность его быстро нарастает в начальный период времени.

Глинозёмистый цемент состоит из смеси известняков и боксита, которые подлежат обжигу. В результате получается клинкер, который впоследствии и станет глиноземным цементом.

Сульфатостойкий цемент. Данный вид цемента не заменим при возведении конструкций, находящихся в постоянном контакте с морской водой или другой средой с повышенным содержанием сульфатов. Обусловлено это тем, что он практически не восприимчив к воздействию такой достаточно агрессивной среды.

Расширяющиеся цементы составляют целую группу разнообразных веществ. Объединяет их способность увеличивать свой объем в процессе твердения. Этот вид цемента нашел свое применение в заделке стыков сборных конструкций, производстве напорных труб и т.д.

Магнезиальный цемент представляет собой вещество, которое практически не подвержено повреждению со стороны масел и смазок, щелочей и солей. Также к его ключевым характеристикам относится эластичность, высокая огнестойкость, низкими показателями теплопроводности.