Цемент это строительный материал или нет

Когда изобрели цемент: кто придумал и в каком году, история появления

История цемента как строительного материала насчитывает много лет, в течение которых менялись его структура, состав и технические характеристики с целью улучшения качеств и определения самого удачного варианта. Сегодня цемент является одним из основных строительных материалов, ведь представить осуществление каких-либо работ без бетона очень сложно.

Цемент представляет собой неорганическое гидравлическое вяжущее искусственного происхождения, которое в процессе взаимодействия с водой и другими жидкостями создает пластичную массу, способную затвердевать и превращаться в каменный монолит с высокими прочностными характеристиками. Особенность цемента – способность набирать прочность в условиях влажности, что не могут делать другие минеральные вяжущие (воздушная известь, гипс и т.д.).

Основным показателем свойств цемента является его марка: буква М и цифры рядом обозначают уровень прочности на сжатие и другие сопутствующие характеристики (М200, М500). Производят цемент посредством тонкого помола гипса и клинкера (продукт равномерного обжига до состояния спекания однородного сырья из глины и известняка). В процессе измельчения в состав могут вводиться разные добавки для изменения свойств.

Виды цемента по основному минералу:
Романцемент
Портландцемент
Магнезиальный (цемент Сореля)
Глиноземистый
Биоцемент
Кислотоупорный

Чаще всего используют портландцемент, который производят путем нагрева глины и известняка до +1450-1480 градусов. Смесь плавится, формируя гранулы клинкера, который потом смалывают с гипсом.

Основные фазы типичного клинкера для производства портландцемента:
Алит
Белит
Алюминат
Феррит

Немного предыстории о материале

На вопрос о том, когда изобрели цемент, ответить трудно. Принято считать, что основные способы производства вяжущих нашли в 3-4 тысячелетии до н.э. Случилось это при обжиге горных пород и измельчении того, что получилось. Самые первые созданные искусственно вяжущие – это строительный гипс и известь.

Именно их использовали в строительстве бетонной галереи лабиринта (Египет, 3600 год до н.э.), Великой Китайской стены, Римского Пантеона, давних домов в Мексике.

Ввиду того, что глина и гипс могут затвердевать лишь на воздухе, их называют воздушными. Прочность материалы демонстрируют сравнительно невысокую. По мере изучения свойств материалов их водостойкость начали повышать добавлением мелкосмолотой обожженной глины, вулканических пород (это «пуццоланы» — название пошло от места залегания пород в городе Поццуолли, древний Рим).

С 1584 года в Москве начал действовать «Каменный приказ», направленный на производство кирпича, заготовку камня для строительных целей, а также производство извести. В течение многих лет гипс и известь оставались основными видами вяжущего. В 18 столетии в России начала интенсивно развиваться промышленность, были попытки систематизировать знания про вяжущие вещества, создавать новые виды.

Цемент был изобретен в 1822 году, когда русский строитель Егор Челиев смешал глину с известью и получил материал, обладающий вяжущими свойствами. Через несколько лет он издал книгу, где полностью описал процесс приготовления не только цементных материалов, но и бетон, а также рассмотрел достоинства их применения в кладке кирпичей, возведении зданий и набережных.

В 1824 году Джозеф Аспдин смог придумать современный портландцемент, который после смешивания с щебнем, песком и водой можно было применять в качестве бетона. Материал прекрасно выдерживал сжатие, но боялся растяжений. Тогда же начали изучать другие материалы и знали, что железные балки хорошо выдерживают растяжение, но боятся сжатия.

Практически одновременно несколько людей решили соединить свойства двух материалов для лучшего результата. На юге Франции в 1850 году Жан-Луи Ламбо построил несколько лодок из армированного железной сеткой бетона. В 1854 году британец Уильям Уилкинсон первым использовал бетонные панели, армированные железными балками, в возведении 2-этажного дома в Ньюкасле.

Тогда же примерно еще один строитель, Франсуа Куанье, во Франции решил поэкспериментировать – он первым связал стеновые панели со стальной арматурой перекрытий. Правда, в массы это не пошло. А вот ввел в практику железобетон человек, далекий от строительства. Создание железобетона стало одним из самых важных событий за всю историю строительства.

В 1846 году Джозеф Монье был назначен садовником оранжереи в известном саду Тюильри, что возле Лувра. Ему понадобились прочные садовые кадки для пересадки на зиму апельсиновых деревьев. Монье создал несколько кадок из смеси цемента, песка, молотого кирпича, золы (бетон), но конструкция постоянно покрывалась трещинами. И тогда Монье решил укрепить их железными стержнями.

Тогда принято было считать, что железо разрушает бетон при перепадах температур, но за 3 года все кадки остались целы. Тогда Монье сделал таким же образом емкости для воды, элементы украшения ландшафта, а в 1867 году представил железобетон миру в Париже, запатентовав его использование в искусственных водоемах. Дальше были оформлены и другие патенты – на бассейны и трубы, строительные панели, конструкции мостов, шпалы и балки.

Изобретенный Монье материал в 1875 году под его же руководством был использован в строительстве небольшого моста в замке Шазелье. А потом, в 1879 году, инженер-строитель из Германии по имени Густав Вайс выкупил все патенты у Монье и усовершенствовал конструкцию, передвинув арматуру в бок максимальной нагрузки на растяжение (ведь Монье инженером не был, такие нюансы не учитывал).

Таким образом, Густав Вайс завершил работы по созданию современного железобетона. Цемент с самого момента появления был очень высоко оценен. Сегодня без него не обходится практически никакое грандиозное строительство, материал используется во всех сферах, разных изделиях, конструкциях, зданиях.

Цемент – это не какой-то отдельный строительный материал, этот термин обозначает группу веществ с определенными физическими характеристиками: порошкообразность, вязкость, способность создавать пластичную массу с водой, а после высыхания становиться монолитом. Процесс всегда односторонний, обратно вернуть ничего нельзя.

Затвердевший цемент никогда не вернется в исходное состояние. Главные компоненты цемента – маргелистые, глинистые, известковые породы, разные добавки (бокситы, шлак и т.д.). После высокотехнологичной и высокотемпературной обработки сырье сплавляется (частично или полностью), создавая алюминаты/силикаты кальция, что делает его прочным. Видов цемента много.

Добавки в цементе обозначаются буквой Д и указывают процент (Д20 – 20% модифицирующих добавок). Если цемент чистый, стоит Д0. Благодаря добавкам удается повысить такие показатели, как стойкость к воде и коррозии, морозу и солнцу, упругость и пластичность, а также другие.

Характеристики и области применения наиболее востребованных марок

Рассматривая цемент и его характеристики, нужно понимать, какой функционал возложен на материал. Главная задача вяжущего – связывание всех компонентов конструкции/изделия в монолитное целое. Существует всего 2 типа вяжущих: воздушные (твердеющие на воздухе) и те, на свойства которых оказывает воздействие вода. Воздушные вяжущие – это гипс, глина, воздушная известь, гидравлические – цемент и гидравлическая известь.

Цемент – самый часто используемый вяжущий материал, который дает возможность создавать изделия/конструкции высокой прочности. В соответствии с типом исходного сырья и добавок есть два типа цемента – портландцемент и шлакопортландцемент. Портландцемент делится на быстротвердеющий материал и вяжущее с минеральными добавками.

Бетонные конструкции, в производстве которых используют цемент, могут обладать самыми разными техническими характеристиками. Добавки позволяют повышать свойства стойкости к морозу, влаге, агрессивным средам, погодным условиям, нагрузкам и т.д. Так, бетон используют для возведения домов и зданий, изделий и конструкций, даже ракетно-стартовых площадок и аэродромов.

Для обозначения максимальных показателей прочности используют понятие «марка» и цифры. Так, марка М400 указывает, что в лабораторных испытаниях затвердевший кубик из цемента с ребром 10 сантиметров при раздавливании под прессом выдерживает нагрузку 400 кг/см2. Самые распространенные марки – от М200 до М500. Есть цемент М600 и выше, но он актуален для возведения военных объектов, конструкций особого назначения.

Все цементы твердеют достаточно быстро – первоначальное схватывание начинается через 40-50 минут после затворения водой, конец твердения – через 12 часов. Полную прочность цемент набирает в течение 28 суток.

Источник

Как и из чего делают цемент? Описание, фото и видео

Интересно

Автор Анималов В.С. На чтение 5 мин Опубликовано 31.10.2017 Обновлено 06.03.2020

Строительные материалы появились в тот момент, когда на заре нашей цивилизации первые люди начали строительство домов и укреплений. С течением времени человечество искало материалы, обладающие большой прочностью и доступностью в любом месте проживания. После длительных поисков и экспериментов было выявлено, что мелкодробленый известняк и гипс, при смешивании с водой и минералами, приобретает особые вяжущие свойства.

После затвердевания образует монолитное соединение имеющие характеристики твердого камня. С того момента цемент начали производить в больших количествах и использовать в строительстве больших и маленьких сооружений. Проходя очередной раз мимо постройки из камня и металла, мы часто задаёмся вопросом: «Так как же делают цемент?»

Интересный факт: в период постройки Египетских пирамид, фараоны использовали технологию похожую на производство бетона. Смесь измельчённого известняка и каменной крошки заливали водой и превращали в монолитные каменные блоки.

Из чего делают цемент?

Первый этап производства начинается в известняковом карьере, когда с помощью горнодобывающих машин из почвы изымают компоненты будущего цемента. Чтобы строительный материал имел требуемую прочность, для производства выбирают известняк, который лежит близко к поверхности. В его составе, в большом количестве, присутствует кремний, железо и окись алюминия. Если копать глубже, то порода будет чище, но с большим содержанием углекислого кальция. Добытый камень, по необходимости, сортируют и отправляют на производство, где меняют пропорции, чтобы получить цемент разных марок.

Интересно: Как и из чего делают бензин? Описание, фото и видео

Обработка известняка

На заводе по производству цемента, породу выгружают в аппарат для первичного дробления камней. Большие валуны под воздействием давящей силы в несколько тонн, постепенно измельчаются до размеров теннисного мяча и поступают на конвейер. Мелкие и крупные камни направляются на вторичное дробление, где они уменьшаются до размеров мячика для гольфа и в мелкий порошок. Известняк, с разным процентом содержания углекислого кальция, обрабатывается отдельно.

Это необходимо для дальнейшего их смешивания в разных пропорциях и по определенной технологии, чтобы производить цемент разных марок.

Сортировка и шлифование

Мелкий известняк, с помощью сортировочного погрузчика, размещают в сухие склады, защищенные от влаги и перепадов температуры. Формируются кучи из сырьевой смеси, разного состава, готовые к этапу шлифования. По конвейеру дробленый камень поступает в шлифовальную машину – вальцовую мельницу, в которой образуется известняковая пыль.

Смешивание

Чтобы создать цемент разных марок, к подготовленной породе добавляют железо, двуокись алюминия и кремний. Состав и количество добавок определяется после химического исследования известняка. Роллер равномерно перемешивает составляющие цемента, до получения однородного порошка без камней. По завершению процесса готовую смесь направляют на термическую обработку.

Термическая обработка

Порошок отправляют в печь, в которой под воздействием температуры 800°С, в каменной муке начинается процесс химического соединения минеральных компонентов. После проведения первой термической обработки, его отправляют в кальцинатор, где с помощью химической реакции, за несколько секунд убирают 95 – 97% двуокиси углерода и отделяют известь. Далее смесь отправляют в вращающуюся цилиндрическую печь, в которой ее медленно перемешивают под воздействием температуры в 1500 – 1800°С.

Интересно: Как и из чего делают хлеб? Описание, фото и видео

При длительном воздействии высокой температуры, порошок превращается в стекловидные образования под названием «клинкеры». По выходу из печи клинкеры охлаждают до 60 – 80°С, отправляют в накопитель и далее на дробление.

Окончательное дробление

Клинкер помещается в вращающийся барабан, с металлическими шариками внутри. К содержимому добавляют гипс, количество которого зависит от марки цемента. Под воздействием вращательных движений и перемещения шариков, смесь измельчается до порошкообразной формы – это и есть готовый цемент.

Интересный факт: всплеск производства бетона начался в 19 веке после того, как в 1824 Джозеф Эспдин запатентовал цемент под названием «Портландцемент» имеющий прочность природного камня.

Производство цемента проходит на специализированных заводах с использованием силы трения и термической энергии. При этом, известняковые породы медленно превращаются в цемент. По завершению технологического процесса, готовый продукт можно использовать для строительства любых конструкций, больших и маленьких размеров.

Как и из чего делают цемент – интересное видео

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Что такое цемент

Статьи Что такое цемент

Цемент – самый распространенный строительный материал. Без него не построить ни одно сооружение. Он используется везде – от фундамента до внутренней отделки. В переводе с латыни слово «цемент» (caementum) означает «битый камень». Такой материал представляет собой ни что иное, как неорганическое, выпущенное искусственным путем, вяжущее вещество. А получают его из клинкера.

Что такое клинкер

И вот тут-то кое-кто придет в недоумение: «Как из клинкера? Ведь это же брусчатка, кирпич или специальная керамическая плитка!». Увы, это не совсем так, поскольку все вышеперечисленные материалы сами сделаны из того самого клинкера, потому часто в народе им же и называются.

На самом деле клинкер – всего лишь вид глины. Причем, чем меньше в ней содержится солей, тем она лучше. Чтобы получить цемент, глину спекают при температуре около 1 450 градусов. А дальше образовавшиеся гранулы размалывают в порошок и смешивают с гипсом. И только после добавляют наполнители и модифицирующие добавки, определяющие марку цемента.

Вы, наверное, замечали, как на стенах или заборах из симпатичного клинкерного кирпича появляются белые разводы. Это высолы. Они возникают тогда, когда конечный продукт изготавливался из клинкера с большим содержанием солей. В результате от намокания они проникают наружу и буквально уродуют фасад строения. Пройдет ни один год, пока атмосферные осадки не удалят все соли, содержащиеся в таком кирпиче.

Как выглядит базовый состав цемента

Так получается отличное связующее. При разведении его водой образуется пастообразный пластичный материал, который прекрасно держится на шероховатых поверхностях. Со временем он превращается в твердый искусственный камень. Правда, в раствор добавляют еще наполнитель – песок. Без него по крепкому и плотному застывшему цементному раствору пошли бы трещины или расколы.

Химический состав готового цемента выглядит примерно так:

• оксид кальция (СаО) – 67%;
• диоксид кремния (SiO2) – 22%;
• окись алюминия (Al2O3) – 5%;
• оксид железа (Fe2O3) – 3%;
• прочие соединения – 3%.

Это базовый состав. А дальше, в зависимости от видов модифицирующих добавок цементы разделяют на такие виды:

• ПЦ – портландцемент;
• ШПЦ – шлаковый;
• А – пуццолановый;
• БЦ – белый;
• ВРЦ – водонепроницаемый расширяющийся;
• ВБЦ – водонепроницаемый безусадочный;
• ГФЦ – гидрофобный;
• ГЛЦ – глиноземный;
• МГЦ – магнезиальный;
• специальный (сульфатостойкий, кислотоупорный, цветной, тампонажный и пр.).

Что такое качественный цемент

ГОСТ 21108-2003 регламентирует характеристики строительных цементов.

Ранее в России сертификация цемента осуществлялась по ГОСТ 10178-85. Однако в последнее время все больше предприятий сертифицируется как раз по новому стандарту — ГОСТ 21108-2003. Этот документ ужесточил требования к качеству связующего и к условиям проведения испытаний.

Кроме того, новые требования полностью адаптированы под европейские стандарты. Это позволяет нашим производителям предлагать свою продукцию на мировых рынках. Ведь по качеству российские цементы абсолютно не уступают зарубежным. Да и стоимость их вполне конкурентоспособна.

ГОСТ 31108-2003 преобразует понятие «марка цемента» (обозначается буквой М) в термин «класс прочности» (обозначается литерой В). Правда, учитывая, что потребители по старинке ориентируются как раз на марку связующего, на упаковке, предназначенной для внутри российского употребления, присутствует двойная маркировка – и буква «М», и буква «В».

Цемент – важнейший компонент в производстве бетона. Компания «СпецМонолитСтрой» использует только высококачественный сертифицированный цемент от лучших производителей. Однако даже такой материал проходит внутризаводской контроль в лаборатории ОТК. Мы занимаемся продажей бетона более 30 лет и дорожим репутацией больше, чем прибылью. Поэтому если хотите приобрести отличный товарный бетон любой марки, обращайтесь – нам есть что вам предложить!

Источник

Строительный цемент: свойства и применение

Цемент является одним из основных связующих материалов, которые используются в строительстве. Качество цемента, решающим образом определяющее долговечность возводимого объекта, а также уровень расходов на его эксплуатацию, всегда может быть эффективно подтверждено современными методиками испытаний. Такими методиками и соответствующим лабораторным оборудованием располагает лаборатория «СтройЭкспертЭкология».

В России для производства строительного раствора должен использоваться цемент, характеристики которого регламентируются ГОСТ 25328-82. В частности, его основой является клинкер на основе портландцемента, куда вводятся корректирующие добавки – гипс, активные минеральные вещества и компоненты, играющие роль наполнителей. После тщательного измельчения и перемешивания, составляющие цемента могут применяться для кладки стен зданий и сооружений, а также для приготовления штукатурных или облицовочных растворов.

Разновидности строительного цемента определяются составом добавок, среди которых:

• Гранулированные шлаки, являющиеся отходами или побочными продуктами металлургического производства;
• Различные виды каменного гипса, предусматриваемые ГОСТ 4013-82;
• Кристаллическая мраморно-известняковая пыль, которую извлекают из электрофильтровых установок;
• Пластификаторы и гидрофобизаторы (их количество ограничено, и не должно превышать 0,3…0,5 % по массе).

Стандартом допускаются и другие добавки, свойства которых не ухудшают конечное качество продукта. Сюда включаются борогипс, некоторые разновидности фосфоритов и прочие добавки, способствующие улучшению процесса приготовления цемента.

Основа любого вида цемента – кварцевый песок по ГОСТ 8736-93, который предназначен для строительных работ. Содержание в нём кварцита не может быть меньше 90%, а посторонних веществ – глины или ила (даже особо мелких фракций) не должно превышать 3 %.

Производителям строительного цемента разрешается вводить в его состав технологические добавки на основе активных минеральных веществ, при условии, что они не ухудшают свойств продукта.

Физические свойства строительного цемента

1. Размеры частиц. Они обеспечиваются размолом клинкера на последнем этапе процесса производства цемента. Степень дисперсности частиц определяет скорость гидратации цемента в процессе приготовления растворов.
2. Объёмная прочность. Характеризует способность цемента не давать усадки при затвердевании. Цемент хорошего качества сохраняет свой объем после схватывания без замедленного расширения, что обусловлено содержанием свободной извести и оксида магния.
3. Консистенция – способность свежеприготовленной цементной пасты к текучести.
4. Прочность. Во внимание принимаются три типа прочности цемента – на сжатие, на растяжение и на изгиб. ГОСТ 25328-82 оговаривает прочность строительного цемента не ниже 19,6 МПа. На прочность влияют различные факторы: соотношение воды и цемента, соотношение цемента и мелкого заполнителя, условия отверждения, размер и форма образцов, способ формования и смешивания, условия загрузки и время приготовления цементной смеси.
5. Продолжительность схватывания. Цемент застывает и затвердевает при добавлении воды. Время схватывания может варьироваться в зависимости от множества факторов, таких как размер фракций, соотношение цемент-вода, химический состав добавок. Цемент, используемый в строительстве, должен иметь начальное время схватывания не слишком низкое, и конечное время схватывания не слишком высокое.
6. Тепло гидратации – реакции, которая происходит при добавлении к цементу воды. Гидратация генерирует тепло (которое может влиять на качество продукта), а также способствует поддержанию температуры отверждения в холодную погоду. Однако избыточное тепло, особенно при строительстве высотных зданий и сооружений, может вызвать нежелательные напряжения. На тепло гидратации больше всего влияют активные добавки, присутствующие в цементе, а также водоцементное соотношение, размеры частиц и температура отверждения..
7. Потеря веса. Нагревание образца цемента при 900…1000 ° C вызывает потерю веса вещества. Неправильное (или длительное) хранение или транспортировка продукта или транспортировке могут привести к предварительной гидратации и карбонизации цемента.
8. Объёмная плотность. Когда цемент смешивается с водой, она заменяет участки, где обычно находится воздух. Из-за этого насыпная плотность цемента обычно не оценивается, а конечный продукт имеет различный диапазон плотности (1100…1300 кг/м 3 ) в зависимости от процентного содержания компонентов.
9. Удельный вес. Этот параметр обычно используется в расчетах дозирования смеси. Стандартный портландцемент имеет удельный вес 3100…3200 кг/м 3 , но другие виды цемента (например, портланд-доменный шлак или портланд-пуццолановый цемент) могут иметь удельный вес около 2900 кг/м 3 .

Лаборатория «СтройЭкспертЭкология» располагает всеми необходимыми методиками, оборудованием и специалистами, для того, чтобы качественно и оперативно проверить качество и соответствие техническим требованиям всех марок цемента и цементных растворов. Это гарантирует безопасную эксплуатацию возведённых зданий и сооружений.

Химические составляющие цемента

Сырьем для производства цемента являются известняк (кальций), песок или глина (кремний), боксит (алюминий) и железная руда. В ограниченных количествах огут включаться также ракушечник, мел, мергель, сланец, глина, доменный шлак, сланец. Химический анализ цементного сырья даёт представление об эксплуатационных свойствах цемента. Вещества, которые входят в состав цементного сырья:

1. Трикальций алюминат. Его пониженное содержание делает цемент устойчивым к сульфатам. Гидратация вещества снижается при увеличенном содержании гипса, при этом одновременно снижается и тепловыделение, особенно на ранних стадиях.
2. Силикаты кальция. Трикальций силикат вызывает быструю гидратацию и затвердевание. Он также отвечает за раннее повышение прочности цемента при укладке строительного раствора. Двухкальциевый силикат в цементе способствует повышению его прочности при отверждении (примерно через неделю).
3. Феррит. Является флюсующим агентом, обеспечивающим снижение температуры плавления сырья в обжиговой печи ( примерно с 1650°С до 1430°С). Феррит быстро гидратируется, поэтому не вносит большой вклад в прочность.
4. Окись магния/магнезит. Процесс производства портландцемента использует данное вещество в качестве сырья для сухих технологических установок. Небольшое количество магнезита (до 6 % по массе) способствует повышению прочности цемента, и обеспечивает снижение выбросов двуокиси углерода в атмосферу.
5. Оксиды железа. Повышают прочность и твёрдость цемента, в больших количествах могут изменять цвет конечного продукта на слабо-розовый.
6. Щёлочи. Содержание щёлочи в цементе определяет количество оксида калия (K₂O) и оксида натрия (Na₂O). Цемент, содержащий большое количество щёлочи, может вызвать определенные трудности в регулировании времени схватывания. Низкощёлочной цемент, при совместном применении (в бетоне) с хлоридом кальция, может вызвать изменение цвета. В шлаково-известковом цементе измельченный гранулированный доменный шлак сам по себе не является действующим веществом, поскольку активируется лишь с добавлением щелочей. Обычно считается, что предел общего содержания щелочи в конечном продукте не должен превышать 0,60%.
7. Кремнезёмная пыль. Она добавляется в цемент с целью улучшения таких эксплуатационных показателей, как прочность на сжатие, сопротивление истиранию и прочность сцепления. Одновременно увеличивается продолжительность схватывания, поэтому применение кремнезёма (в количестве 5…20%) оправдано лишь для реализации строительных проектов, где важна именно повышенная прочность цемента.
8. Глинозём. Обязательно присутствует в цементе, который используется при возведении зданий и сооружений в холодную пору года.

Из нежелательных добавок к строительному цементу, количество которых технологически ограничивается, стоит выделить триоксид серы и неконтролируемое наличие извести.

Строительная лаборатория «СтройЭкспертЭкология» (г. Краснодар) выполняет самые сложные исследования химического состава строительных цементов, а также обеспечит проверку правильного подбора бетонной смеси для разных типов ее применения, что гарантирует последующее качество возведения объектов любой степени сложности.

Также проводим независимую судебную и досудебную строительно-техническую экспертизу объектов и строительных материалов с заключением сертифицированного эксперта.

Источник