Ippsp.ru

Проектирование и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как делают цемент; методы производства

Как делают цемент – методы производства

Любое строительство или ремонтные работы невозможны без использования универсального строительного материала – цемента разных видов и марок. Мы настолько привыкли к этому продукту, что даже не задумываемся над проблемой, а как делают цемент. Можно ли его можно изготовить в домашних условиях и не переплачивать?

как делают цемент на заводе

Сразу ответим на вопрос – можно ли сделать цемент своими руками? Имея необходимое оборудование и исходные материалы – получить цемент в домашних условиях можно. На данный момент времени в Российской Федерации большим спросом пользуются мини-заводы по производству цемента, мощностью порядка 120 000 тонн цемента в год. Производить же цемент для единичной стройки экономически невыгодно. Проще и дешевле купить этот необходимый строительный материал на заводе или в магазине.

Содержание

Римляне подмешивали к извести определённые материалы для придания ей гидравлических свойств. Это были:

  • пуццоланы (отложения вулканического пепла Везувия);
  • дроблёные или измельчённые кирпичи;
  • трасс, который они нашли в районе г. Эйфеля (затвердевшие отложения вулканического пепла).

Несмотря на различия, все эти материалы содержат в своем составе оксиды: диоксид кремния SiO2 (кварц или кремнекислота), оксид алюминия Al2O3 (глинозём), оксид железа Fe2O3 — и вызывают взаимодействие с ними извести; при этом происходит присоединение воды (гидратация) с образованием в первую очередь соединений с кремнезёмом. В результате кристаллизуются нерастворимые гидросиликаты кальция. В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига загрязнённых глиной известняков по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их.

После этого начался вековой период усиленного экспериментирования. При этом основное внимание было обращено на разработку специальных месторождений известняка и глины, на оптимальное соотношение этих компонентов и добавку новых. Только после 1844 года пришли к выводу, что, помимо точного соотношения компонентов сырьевой смеси, прежде всего необходима высокая температура обжига (порядка +1450 °С, 1700 K) для достижения прочного соединения извести с оксидами. Эти три оксида после спекания с известью определяют гидравлические свойства, и их называют оксидами, обусловливающими гидравличность (факторами гидравличности).

Портландцемент получается при нагревании известняка и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры +1450…+1480 °С. Происходит частичное плавление, и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер размалывают совместно примерно с 5 процентами гипсового камня. Гипсовый камень управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67 % СаО, 22 % SiO2, 5 % Al2О3, 3 % Fe2O3 и 3 % других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

Читайте так же:
Как делать цементное железнение

Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50—70 %. Это трёхкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счёт размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg 2+ , Al 3+ и Fe 3+ . Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15—30 %. Это двукальциевый силикат Ca2SiO4, модифицированный введением в структуру инородных ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде β-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Содержание алюминатной фазы составляет 5—10 % для большинства нормальных цементных клинкеров. Это трехкальциевый алюминат сокращенно обозначаемый 3СaAS (состав — 3CaO*Al2O3*SiO2), существенно изменённый по составу, а иногда и по структуре, за счёт инородных ионов, особенно Si 4+ , Fe 3+ , Na + и К + . Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.

Ферритная фаза составляет 5—15 % обычного цементного клинкера. Это — четырёхкальциевый алюмоферрит, сокр. 4СaAFS (4CaO*Al2O3*Fe2O3*SiO2), состав которого значительно меняется при изменении отношения Al/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в поздние сроки.

Читайте так же:
Композитный цемент для фиксации вкладок

Выдающийся учёный химик Шуляченко Алексей Романович считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Антонова для обжига и производства клинкера. По вопросам цементной технологии и твердения гидравлических вяжущих много работ провели Ю. М. Бутт, С. М. Рояк, И. Ф. Пономарев, Н. А. Торопов и другие.

Особенности производства портландцемента

Известняк от места добычи доставляют к месту производства портландцемента. Сырье сушат и осуществляют его первичный помол с введением специальных добавок. Полученную смесь обжигают. Образованный клинкер повторно перемалывают с введением активных добавок. Поскольку разные виды сырьевых смесей имеют индивидуальный состав, влажность и другие характеристики, каждое производство организуется по собственной технологии. Наиболее распространенные варианты:

    • Сухой способ. Сырье во время или после первичного измельчения сушится. На обжиг материал поступает в сухом виде. Это наиболее экономичный вариант, не требующий затрат энергии на удаление лишней воды из шихты.

    • Мокрый. Используется при производстве портландцемента из сырья, в состав которого входят мел, глина, железосодержащие добавки. Сырье измельчается в воде. Суспензия после удаления лишней воды обжигается в печи. В результате обжига получают небольшие шарики, из которых после тонкого помола образуется цемент.
    • Комбинированный. Эта технология совмещает две предыдущие. Сырьевую смесь (шлам) готовят мокрым способом, после чего ее отправляют на фильтры. В результате фильтрования смесь осушается до 16-18 %. После фильтров сырье поступает на обжиг. Есть и другой вариант комбинированного способа. Шлам готовят сухим способом, добавляют в него воду, гранулируют. После обжига получают клинкер в виде гранул 10-15 мм.

    Как получают и производят белый цемент?

    Белый портландцемент производится из сырья, содержащего минимальное количество оксида железа (менее 0,3% по массе клинкера) и оксида марганца. Обычно каолины используются вместе с мелом или известняком, без примесей, указанных в технических условиях.

    Чтобы избежать загрязнения цемента угольной золой, мазут или газ используют в качестве топлива для печи. Железо в процессе образования клинкера играет роль флюса, а его отсутствие требует повышения температуры в печи (до 1.650 °С). Правильно налаженный процесс производства не допускает загрязнения цемента частичками железа во время измельчения.

    Что такое белый цемент? Где и для чего его применяют?

    По этой причине, вместо обычной шаровой мельницы, измельчение проводят в мельницах с каменными или керамическими накладками, используя довольно неэффективное измельчение с помощью кремневых шариков или дорогих шариков из никелевых и молибденовых сплавов. Стоимость измельчения белого цемента выше, и это в сочетании с более дорогим сырьем делает белый цемент достаточно дорогим материалом. Мешок с белым цементом стоит примерно в три раза выше цены обычного портландцемента.

    По этим причинам бетон с белым цементом часто используется для поверхностных слоев, уложенных на обычные бетонные основания. Необходима большая осторожность для обеспечения хорошей адгезии между обоими бетонными смесями. Чтобы получить хороший цвет для изготовления белого бетона, обычно используются жировые смеси с водоцементным отношением не более 0,4.

    Что такое белый цемент? Где и для чего его применяют?

    Плотность белого цемента немного ниже, чем у портландцемента, и обычно составляет 3,05 — 3,10 г / см. Поскольку степень белизны белого цемента растет с его фрагментацией, его обычно измельчают до удельной поверхности от 400 до 450 кг/мл. При этом прочность белого портландцемента такая же, как и у обычного портландцемента.

    Нормы расхода

    Марка цемента является основным параметром, который определяет требуемое количество смеси, используемое для создания кубометра бетона. Чем выше марка, тем меньше требуется цемента и в целом использование более высоких марок является более экономически выгодным.

    Таким образом, в плане количества затрачиваемого материала М500 относится к наиболее выгодным, так как для получения бетона определенной прочности требуется на 15-20 процентов больше низкомарочного цемента.

    Существуют распространенные пропорции, которые используются для получения бетона из цементно-песочной смеси.

    Эти пропорции различаются в зависимости от предназначения создаваемого бетона. К основным разновидностям относятся следующие:

    • для конструкций, которым требуется высокая прочность, то есть фундаментов, перекрытий и подобных: 1 часть цемента на две части песка;
    • для кладочных растворов: 1 часть цемента на 4 части песка;
    • для областей, где не предполагается существенной нагрузки, таких как стяжка пола, садовые дорожки и штукатурка используют соотношение 1 к 5 цемента и песка, соответственно.

    При использовании смесей, которые созданы за более чем тридцатидневный период до начала смешивания, следует учитывать снижение эксплуатационных характеристик.

    Применение пуццоланового цемента

    Материал обладает влагостойкостью, поэтому незаменим при постройке конструкций, постоянно контактирующих с водой, в том числе — расположенных под водой. Длительное соприкосновение с влагой только увеличит прочность строения. Таким образом, самая популярная сфера применения пуццоланового цемента — строительство канализаций, водопроводов, гидротехнических сооружений, подземных емкостей, монолитных фундаментов, стоящих на заболоченных почвах, плотин.

    Пуццолан используется для производства гидробетона

    Кроме того, материал подходит для создания напряженных и постнапряженных бетонных конструкций. Его можно добавлять в кладочные и штукатурные растворы, применяемые снаружи помещений для придания дополнительной прочности и влагостойкости. Также материал используют для постройки некоторых декоративных и художественных объектов. Нежелательно применять состав при эксплуатации строений в условиях, где они будут подвергаться регулярному оттаиванию и замораживанию, пересыханию и увлажнению.

    Древнерусский раствор оказался лучше современного цемента

    Древнерусский строительный раствор оказался по нескольким параметрам лучше, чем современный цемент. Подробностями строительства крепостей на Руси в XVI-XVII веках руководитель исследования поделился с корреспондентом Infox.ru.

    Российские историки уже давно занимаются изучением истории и техники древнерусского строительства. Как пояснил корреспонденту Infox.ru кандидат исторических наук Константин Носов из Российской академии государственной службы при президенте РФ в Москве, «все каменные или кирпичные сооружения на Руси строились с использованием специального строительного раствора». Изучение состава этого раствора помогает ученым не только понять методику строительства, но и точнее датировать архитектурный памятник, создать похожий раствор для проведения реставрационных работ, определить, где именно добывались составляющие раствора, и отнести архитектурный памятник к определенной строительной школе.

    Впервые этим вопросом историки занялись еще в 1930 году, однако до сих пор про растворы известно немного. По словам Носова, дело в том, что до настоящего времени ученые использовали каждый свой метод анализа, да и обработали небольшое количество образцов. В основном исследователей интересовали домонгольские сооружения: ученые исследовали около 90 древнерусских памятников, из которых 70 датируются XI-XIII веками.

    13 образцов на анализ

    Команда российских ученых под руководством Носова решила провести комплексный анализ образцов раствора более позднего периода. Ученый лично взял 13 образцов строительных растворов русских крепостей XVI-XVII веков в Нижнем Новгороде, Коломне, Зарайске, Серпухове, Борисовом городке, Смоленске и Вязьме. Для сравнения он также изучил образцы современного раствора в Смоленске и средневековых укреплений в Англии и в Уэльсе (замок в Чепстоу, городские стены в Конуи и в Кембере). Сложность работы заключалась в том, чтобы найти тот участок крепости, где не проводились реставрации и не применялись более поздние растворы (например, в случае с Московским Кремлем найти кладку конца XV века практически невозможно, так как крепость слишком часто ремонтировалась).

    Что такое строительный раствор?

    Строительный раствор состоит из двух компонентов: вяжущего вещества и заполнителя. Иногда к ним подмешивают и специальные добавки. На Руси в качестве вяжущего элемента использовалась известь: известняк, мел и другие карбонатные породы обжигались в специальных печах. К полученной смеси добавляли воду, в результате чего образовывалась гашеная известь, получалось этакое строительное «тесто». Однако такой материал быстро трескался. Поэтому к извести добавляли заполнитель, например песок, значительно улучшавший качество строительного раствора.

    Ученые определили прочность разных строительных растворов, процентное соотношение вяжущего элемента и заполнителя, их состав и дополнительные примеси (например обломки кирпича или кирпичная мука, шлак, раковины и т. д.).

    Как и из чего строили в XVI веке?

    В Смоленске Носов брал четыре образца раствора из разных мест. Оказалось, что их составы довольно сильно отличаются между собой. Как пояснил ученый корреспонденту Infox.ru, видимо, у древних мастеров не было устоявшейся рецептуры приготовления этого вещества, и каждый раз получалось по-разному.

    Образец современного раствора, использованный реставраторами, оказался весьма похож на древнерусский, однако оказался плохо перемешан. Зато средневековые образцы из Уэльса и Англии очень похожи на русские растворы XVI-XVII веков.

    Несмотря на все полученные данные, ученым еще предстоит выполнить большую работу, чтобы сделать выводы об общей эволюции строительных растворов на Руси и их использовании в культовых, военных и гражданских сооружениях. По словам Носова, также интересно было бы сравнить древнерусские растворы с итальянскими, так как в Россию приезжали и иностранные мастера, например Аристотель Фиораванти (примерно 1415—1486), который построил Успенский собор в Москве.

    Статья об исследовании строительных растворов русских крепостей XVI-XVII веков опубликована в журнале «Российская археология» (№ 1, 2009).

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector