Цемент

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Слід левової лапи в цементному розчині
Традиційне упаковка цементу для зберігання і перевезення.
Структура цементу.

Цеме́нт (нім. Zement, від лат. caementumщебінь, битий камінь) — загальна назва мінеральних в'яжучих порошкоподібних матеріалів, які після затворення їх водою, з рідкого або тістоподібного стану переходять у твердий каменеподібний стан при звичайній температурі і використовується для зв'язування з іншими матеріалами.

Загальна характеристика[ред.ред. код]

Цемент — мінеральна порошкоподібна речовина, будівельний матеріал, узагальнена назва штучних неорганічних в'яжучих речовин, переважно гідравлічних. Тонкоподрібнений порошок, який при змішуванні з водою або водними розчинами спершу тужавіє, а потім твердне, утворюючи разом з наповнювачами бетон. При цьому відбувається гідроліз алюмінату кальцію до гідроксиду кальцію та гідроксиду алюмінію, що реагуючи з силікатами кальцію, утворюють кристалічні алюмосилікати кальцію. Цемент одержують шляхом випалювання при високих температурах (900–1500оС) різноманітної сировини — ґіпсу, вапняку, глини, металургійного і паливного шлаків, золи, шламів.

До цементів відноситься велика група гідравлічних речовин, головною складовою частиною яких є силікати кальцію і алюмінати кальцію, які утворюються в результаті випалу до спікання сировинної суміші належного складу. До цементів належать: портландцемент, пуцоланові цементи, романцемант, шлакові цементи і ін.

Один з основних будівельних матеріалів, в'яжучий засіб при виготовленні бетону.

Виробництво[ред.ред. код]

У виробництві цементу використовуються переважно легкоплавкі глини, аргіліти і глинисті сланці, що складають частину цементної шихти. Другою основною її складовою є карбонатні породи.

Сировиною для виробництва цементу служать вапняк і глина, які змішують у певному співвідношенні (75—80% вапняку і 20— 25% глини). Цій суміші близький за складом природний мергель (вапняно-глиниста порода). Цемент можна отримати двома способами: мокрим і сухим. У випадку з мокрим способом, всі види сировини, після їх подрібнення дробленням, змішують, після цього піддають розмелюванню у водному середовищі в спеціальних кульових млинах. Отриманий шлам (густа суспензія), яка містить 35-40% води, поступає у великі басейни, де старанно перемішується. Піччю для випалу цементної суміші є барабан з листової сталі довжиною до 185 метрів, діаметром до 5 метрів. Всередині барабан викладений вогнетривким матеріалом. Шлам безперервно подається в піч. Противотоком рухаються розжарені гази, які утворюються при згорянні палива. Завдяки нахилу і повільному обертанні печі вихідна суміш переміщується на зустріч полум'ю. При випалі висхідної суміші карбонат кальцію розкладається на оксид кальцію і вуглекислий газ. Проходить і процес розкладу глини. Оксид кальцію при температурі 1500°C вступає у взаємодію із складовими частинами глини з утворенням силікатів, алюмосилікатів, алюмінатів кальцію і ін. продуктів. Продукт випалу — клінкер — після випалу дроблять, подрібнюють разом з гіпсом у спеціальних циліндричних кульових млинах наповнених стальними кулями. Так отримують порошок, який називають цементом.

При виробництві цементу сухим способом, подрібнену сировину (мергель) випалюють до спікання при температурі близько 1450 °C. Випалювання проводять у спеціальних циліндричних печах, викладених всередині вогнетривким матеріалом. Цементні печі досягають у довжину 185 м і мають внутрішній діаметр до 5 м. Печі встановлюють дещо нахиленими. Шихту завантажують у верхній кінець печі. Піч повільно обертається, і завантажений матеріал, пересипаючись, рухається до нижнього кінця, назустріч розжареним газам — продуктам горіння палива (розпиленого вугілля або горючих газів).

При обпаленні в цементному матеріалі послідовно відбуваються такі головні хімічні перетворення. При 100—120°С випаровується волога. При 500 °C вигоряють органічні домішки. При 800—1000°С розкладається вапняк:

  • CaCO3 = CaO + CO2

При 1000—1300°С оксид кальцію взаємодіє з діоксидом силіцію SiO2 і Al2O3 з глини з утворенням силікатів і алюмінатів кальцію:

  • 3CaO + SiO2 = 3CaO • SiO2 (Ca3SiO5)
  • 2CaO + SiO2 = 2CaO • SiO2 (Ca2SiO4)
  • 3CaO + Al2O3 = 3CaO • Al2O3 (Ca3(AlO3)2)

При 1300—1450°С відбувається спікання утворених силікатів і алюмінатів кальцію.

Куски спеклої цементної маси, яку називають клінкером, вивантажуються з нижнього кінця печі і після охолодження розмелюються, внаслідок чого утворюється сіро-зелений порошок, який і називають цементом.

Склад цементу виражають звичайно процентним вмістом CaO, SiO2, Al2O3 і Fe2O3. До складу цементу як домішки входять і інші речовини. Звичайний, або так званий силікатний, цемент містить: CaO (60—67%); SiO2 (17—25%); Al2O3 (3—8%); Fe2O3 (0,3-6%).

Типи та марки цементу[ред.ред. код]

Приклад позначення: ПЦ II/А-Ш-400 , де

  • ПЦ портландцемент
  • II тип
  • А підтип з відсотковим складом добавок 6-20%
  • Ш добавка шлак
  • 400 міцність кг/см2

За типом[ред.ред. код]

І - Портландцемент (ПЦ I)

II - Портландцемент з добавками (ПЦ II / А-Ш, ПЦ II / Б-Ш, ПЦ II-П, ПЦ II-З, ПЦ II-В, ПЦII / А-К, ПЦII / Б-К)
мінеральні добавки (Ш- шлак, П - пуцолан, З - зола виносу, В - вапняк, К - композиція мінеральних добавок)

  • Підтип А - відсотковий склад добавок від 6% до 20%,
  • Підтип В - процентний склад добавок від 21% до 35%

III - Шлакопортландцемент (ШПЦ III / А, ШПЦ III / Б)

  • Підтип А - процентний склад клінкеру від 35% до 64%,
  • Підтип В - процентний склад клінкеру від 20% до 34%

IV - Сульфатостійкий цемент (ПЦЦ IV / А, ПЦЦ IV / Б)

  • Підтип А - відсотковий склад добавок від 21% до 35%,
  • Підтип В - процентний склад добавок від 36% до 55%

V - Композиційній цемент (КЦ V / А, КЦ V / Б)

  • Підтип А - процентний склад клінкеру від 40% до 64%,
  • Підтип В - процентний склад клінкеру від 20% до 39%

Застосування[ред.ред. код]

Замішування цементу
Ручне приготування пісково-цементної суміші. Знизу - пісок, зверху - цемент.

Цемент звичайно використовують у суміші з піском. На одну частину маси цементу беруть 3—5 частин піску. З такої суміші разом з водою виготовляють напіврідку тістоподібну масу, яку називають цементним розчином. Цементний розчин через деякий час тужавіє, а потім твердне в каменеподібну речовину. Твердіння цементного розчину при звичайній температурі продовжується майже місяць. Обумовлюється це явище складними хімічними реакціями, головніші з яких можна зобразити такими рівняннями:

  • Ca3SiO5 + 5H2O = Ca2SiO4 • 4H2O + Ca(OH)2
  • Ca2SiO4 + 4H2O = Ca2SiO4 • 4Н2О
  • Ca3(AlO3)2 + 6H2O = Ca3(AlO3)2 • 6Н2О

Таким чином проходить процесс так званого затворення цементу водою з утворенням штучного каменеподібного матеріалу — цементного каменю.

Змішування цементного розчину з гравієм і щебенем дає бетон. Якщо бетоном наповнити залізний каркас (залізні стержні, дріт тощо), то тоді його називають залізобетоном. Цемент (бетон) дуже міцно зв'язується з залізом і має однаковий з ним коефіцієнт теплового розширення, при цьому бетон має високий опір до стиснення, а металоконструкція — до розтягу. Бетон і залізобетон мають дуже високу твердість і механічну міцність. їх широко використовують при будівництві гідроелектростанцій, мостів, каналів, заводських корпусів і в житловому будівництві.

Історія видобутку і застосування[ред.ред. код]

Технології добування були відомі у стародавньому Єгипті. Вважається також, що єгипетські піраміди були побудовані з бетонних блоків, на основі гіпотези, що серед кам'яних брил пірамід було знайдено волосину.

Цікаві факти[ред.ред. код]

У Стародавній Індії для скріплення каменів при будівлях каменярі використовували вапно, розмішане соком цукрової тростини, що і надавало вікову міцність старовинним баштам і храмам[1].

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Верзилин Николай Михайлович // «По следам Робинзона», «Сады и парки мира» — Ленинград, 1964, — 574 с. Формат 84Х108 1/16 Уч.-изд. л. 39,98 + 16 вклеек = 43,39 Тираж 50 000 екз.

Джерела[ред.ред. код]