Цемент - пожалуй самый древнейший строительный материал искуственного происхождения.

В 1796 году англичанин Джеймс Паркер путём обжига глины с известью при температуре 800-900⁰С получает цемент. Тогда он получил название "романцемент". Современный портландцемент получают из клинкера прошедшего термообработку температурой его спекания  1400-1500⁰С. В 1824 году англичанин Джозеф Аспдин и в 1825 наш соотечественник Егор Челиев заявляют об изобретении нового вяжущего - цемента.  В последствии он был назван как портландцемент.  Причём, опыты и разработки Аспдина и Челиева велись автономно, и независимо друг от друга. Самое удивительное, что полученный тогда портландцемент, его рецептура и основные стадии производства применятся по сей день.

Портландцемент (англ. Portland cement) — гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Это вид цемента, наиболее широко применяемый во всех странах. Название получил по имени острова Портленд (Portland) в Англии, так как по цвету похож на добываемый там природный камень. Основой портландцемента являются силикаты кальция (алит и белит).

Цемент (лат. caementum — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое вяжущее вещество, как правило, гидравлическое, один из основных строительных материалов. При затворении водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов.

Способы производства цемента.

Портландцемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3СаО∙SiO₂ и 2СаО∙SiO₂ 70-80 %).

Состав цементного клинкера:

• C3S трёхкальцевый силикат (3CaO x SiO₂)
• C2S двухкальцевый силикат (2CaO x SiO₂)
• С3А трёхкальцевый алюминат(3CaO x Al₂O₃)
• C4AF четрыёхкальциевый алюмоферит (4CaO x Al₂O₃ x Fe₂O₃)

Именно эти составляющие играют решающую роль в процессе гидратации цемента.

Самые распространённые методы производства портландцемента так называемые «сухой» и «мокрый». Всё зависит от того, каким способом смешивается сырьевая смесь — в виде водных растворов или в виде сухих смесей. При мокром способе сырьё размалывают в мельнице,дробят,затем погружают в бассейн,размешивают и частично измельчают и потом в виде полужидкой массы-шлама подают во вращающуюся печь. Шлам ручьём течёт навстречу горящим газам,образующимся при сгорании топлива,высыхает,освобождается от углекислоты.Образовавшееся после высыхания серые ноздреватые шарикм-клинкер-разиалывают в шаровых мельницах в тонкий порошок,получая цемент. При сухом способе,которому,по всей вероятности принадлежит будущее цементного производства,навстречу горящим газам подают не шлам, а размолотое в порошок сырьё: известняк,глину,шлаки.При этом экономится топливо,которое при мокром способе расходуется на испарение воды.

При измельчении клинкера вводят добавки: 1,5…3,5 % гипса СaSO₄∙2H₂O (в перерасчёте на ангидрид серной кислоты SO₃) для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок — для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Сырьём для производства портландцемента служат смеси, состоящие из 75…78 % известняка (мела, ракушечника, известнякового туфа, мрамора) и 22…25 % глин (глинистых сланцев, суглинков), либо известняковые мергели, использование которых упрощает технологию. Для получения требуемого химического состава сырья используют корректирующие добавки: пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы.

При мокром способе производства уменьшается расход электроэнергии на измельчение сырьевых материалов, облегчается транспортирование и перемешивание сырьевой смеси, выше гомогенность шлама и качество цемента, однако расход топлива на обжиг и сушку составляет на 30-40 % больше чем при сухом способе.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1 470°C в течение 2…4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь мокрого способа условно можно поделить на зоны:

• сушки (температура материала 100…200 °C — здесь происходит частичное испарение воды);
• подогрева (200…650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O → Al₂O₃∙2SiO₂ + 2H₂O; далее при температурах 600…1 000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
• декарбонизации (900…1 200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО₃ → СаО + СО₂, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al₂O₃, SiO₂) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al₂O₃ — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С₃А), протекающих ступенчато;
• экзотермических реакций (1 200…1 350 °C) завершется процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С₃А, С₄АF (F — Fe₂O₃) и C₂S (S — SiO₂) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
• спекания (1 300→1 470→1 300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C₂S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С₃S);
• охлаждения (1 300…1 000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Узнать данный вид цемента можно по внешнему виду — это зеленовато-серый порошок. Как и все цементы, если к нему добавить воду, он при высыхании принимает камнеобразное состояние и не имеет существенных отличий по своему составу и физико-химическим свойствам от обычного цемента.

Наша компания специализируется на поставках цемента в Москву и в Московскую область. ООО "Мир снабжения" вот уже более 10 лет поставляет:
Цемент в мешках
Цемент навалом
Цемент вагонами
Цемент цеменавозами

Марки цемента.

По прочности цемент делится на марки, которые определяются главным образом пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40*40*160 мм, изготовленных из раствора цемента состава 1 к 3 с кварцевым песком. Марки выражаются в числах 100—600 (как правило с шагом 100) обозначающим прочность при сжатии соответственно в 100—600 бар (то есть 10—60 МПа). Цемент с маркой 600 благодаря своей прочности называется «военным» или «фортификационным» и сто́ит заметно больше марки 500. Применяется для строительства военных объектов, таких как бункеры, ракетные шахты и т.д.

Также по прочности в настоящее время цемент делится на классы. Основное отличие классов от марок состоит в том, что прочность выводится не как средний показатель, а требует не менее 95% обеспеченности (то есть 95 образцов из 100 должны соответствовать заявленному классу). Класс выражается в числах 30—60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).

Применение цемента

Цемент является одним из важнейших строительных материалов. Его применяют для производства бетона, строительных растворов и сухих смесей, асбестоцементных изделий. В свою очередь бетон идёт на изготовление железобетонных изделий (ЖБИ) и различных конструкций начиная от заливки фундамента до возведения каркаса монолитных зданий. Строительные растворы применяются при кладке кирпича при оштукатуривании зданий как снаружи так и внутри. И везде в качестве основного вяжущего материала применяется цемент различных марок.

Бетон - это искусственный каменный материал.Его получают в результате затвердивания уплотнённой смеси вяжущего вещества (обычно с водой) и заполнителем.В качестве заполнителя вяжущего вещества можно использовать цемент, силикаты, гипс, асфальт, полимеры (синтетические смолы) и др.;в качестве заполнителей,образующих жесткий скелет бетона,-песок,гравий, щебень.Наиболее распространён цементный бетон.

Прочность бетона приготовленного, в частности,на основе цемента как вяжущего вещества,увеличивают с помощью стальной арматуры (стержней,спиралей) и в результате этой процедуры-  армирования - получают железобетон. При этом бетон хорошо сопротивляется сжатию,а стальная арматура-растягивающим нагрузкам, предохраняя бетон от появления трещин. Железобетон -основной современный строительный материал.

В процессе изготовления железобетона для придания большей прочности бетонной смеси,перед тем как она затвердеет , производят её уплотнение,используя вибрацию.На домостроительных комбинатах и на заводах железобетонных изделий имеются специальные виброплощадки-прочные плиты на пружинах.Под ними вращаются 2 эксцентрика-неуравновешанные грузы.Грузы движутся вверх-вниз,плита подскакивает на пружинах, а железобетонная панель,находящаяся на плите,уплотняется.

Для производства бетона предназначенного для заливки фундаментов и монолитных каркасов зданий и сооружений настоятельно рекомендуем использовать цемент марки ПЦ 500Д0 или ПЦ 400Д0 - это чистый портландцемент марки 500 и марки 400 без добавок.

Для производства общестроительных работ кирпичная кладка, штукатурка, производство всевозможных стяжек рекомендуется использование цемента ПЦ 500Д20 или ПЦ 400Д20. - портландцемент марки 500 и 400 с добавками до 20%.

Цемент (нем.Zement),собирательное название порошкообразных вяжущих веществ, способных при смешивании с водой (иногда с водными растворами солей) образовывать пластичную массу,приобретающую затем каменевидное состояние.Основные виды: портландцемент,шлаковые и пуццолановые цементы,глиноземистый цемент,специальные виды цемента (например, кислотоупорный).

Сырьём для него служат известковые,маргелистые,глинистые породы и различные добавки-шлак,бокситы и др.Цемент обладает важным свойством твердеть в воде.

Гидратация цемента.

Все перечисленные выше компоненты входяшие в состав цементного клинкера при затворении водой вступают в химическую реакцию, благодаря которой происходит нарастание, сцепление и осаждение кристаллов гидратированных соединений. По сути, гидратацию можно назвать и кристаллизацией. Так наверное понятней.

Гидратация цемента — химическая реакция клинкерных составляющих цемента с водой (присоединение воды), причем образуются твердые новообразования (гидраты), которые заполняют первоначально залитый цементом и водой объём плотным наслоением гелевых частиц, вызывая тем самым упрочнение. Первоначально жидкий или пластичный, цементный клей превращается в результате гидратации в цементный камень. Первая стадия этого процесса называется загустеванием, или схватыванием, дальнейшая — упрочнением, или твердением.

C3S трёхкальциевый силикат 3CaO x SiO2 минерал участвующий в процессе нарастания прочности цемента в течение всего времени. Без сомнения, он является главным звеном. Процесс гидратации цемента является изотермическим, то есть - химическая реакция сопровождающаяся выделением тепла. Именно C3S "греет" раствор цемента при затворении, прекращает греть в период с начала затворения до момента начала схватывания, затем выброс тепла в течение всего периода схватывания и дальше происходит постепенное снижение температуры.

Трёхкальциевый силикат и его вклад в набор прочности бетона наиболее значим лишь в первый месяц жизни бетонной или ЖБИ конструкции. Это те самые 28 дней нормального твердения. Далее, его влияние на набор прочности цемента ощутимо уменьшается.

C2S двухкальциевый силикат 2CaO x Si02 начинает активно действовать лишь спустя месяц после затворения цемента в бетонной смеси, как-будто принимая смену у своего трехкальциевого брата-силиката. В течение первого месяца жизни бетона или ЖБИ он в общем-то валяет дурака и ждёт своего часа. Это период безделья и расслабухи можно существенно сократить за счёт применения специальных добавок в цемент. Зато, его действие длится годами, в течении всего периода нарастания прочности железобетона, ЖБИ или бетона.

C3A трёхкальциевый алюминат 3CaO x Al2O3 наиболее активный из перечисленных. Он начинает кипучую деятельность с самого начала процесса схватывания. Именно ему мы обязаны за набор прочности, в течение первых дней жизни бетона или железобетона.  В дальнейшем его роль в твердении и наборе прочности минимальна, но в скорости ему нет равных. Именно содержание трёхкальцевого алюмината определяет активность цемента. Какую прочность он набирает в первые двое суток.

C4AF четрыёхкальциевый алюмоферит 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 Его роль в наборе прочности и твердении минимальна. Незначительное воздействие на набор прочности отмечается лишь на самых поздних сроках твердения.

Доставка цемента

Наша компания осуществляет доставку цемента по Москве и Московской области спецализированными вагонами хопперами и автомобильным транспортом - цементовозами.  Имея в собственности вагоны для перевози цемента и собственный парк цементовозов мы можем обеспечивать его регулярные поставки в течении всего года, как в зимний период, так и в летний. И всё это по приемлемой цене. Доставка цемента в мешках осуществляется грузовым автотранспортом грузоподъёмностью 2, 5, 10 и 20 тн. Наличие собственного автопарка и собственных железнодорожных вагонов и прямых договоров с ведущими производителями позволяет нашей компании производить доставку цемента в срок и в заявленных объёмах.

Историческая справка

В 1822г. в Петербурге вышла книга «Трактат об искусстве приготовлять хорошие строительные растворы».Ещё через несколько лет её автор-русский строитель Егор Челиев издал новую книгу о том,как приготовлять цемент и бетон и как применять их для скрепления кирпичей или камней при строительстве набережен, стен и фундаментов сооружений ит.п.

В 1824г. в Англии Д.Аспинд взял патент на изготовление цемента из извстковой пыли,смешанной  с глиной и обожжённой при высокой температуре.Полученный при этом ноздреватый серый материал,называемый клинкером,он размалывал и смешивал с водой.При застывании образовывался очень прочный строительный камень,который изобретатель назвал портландцементом,так как по цвету и прочности он напоминал строительный камень,добываемый в английском городе Портланде.

Активные минеральные добавки

Еще в древности было известно, что смешением воздушной извести с вулканическим туфом можно получить гидравлически твердеющее вяжущее. Задолго до нашей эры греки для изготовления стойких в пресной и морской воде гидравлических растворов применяли туф Санторинского месторождения, а римляне — вулканический туф с месторождения Поццуоли. Такие добавки в последующем и были названы пуццоланами, а цементы, их содержащие, — пуццолановыми. Известково-пуццолановые цементы, полученные путем совместного тонкого измельчения воздушной либо гидравлической извести с активной минеральной добавкой при небольшой дозировке гипса отличаются медленным твердением, невысокой прочностью, малой воздухостойкостью. С появлением портландцемента известково-пуццолановые цементы постепенно утрачивали свое значение в гидротехническом строительстве. В настоящее время промышленное их производство крайне ограничено. Однако стал широко применяться пуццолановый портландцемент, содержащий активные минеральные добавки.

Активные минеральные добавки — это неорганические природные и искусственные материалы, обладающие гидравлическими и (или) пуццоланическими свойствами. При смешении в тонкоизмельченном виде с гидратной известью и гипсом при затворении водой они должны образовывать тесто, способное после предварительного твердения на воздухе продолжать твердеть под водой. Активные минеральные добавки вводят в состав цементов для улучшения их строительно-технических свойств. Добавками осадочного происхождения являются — диатомит, трепелы и опоки.

К активным минеральным добавкам вулканического происхождения относятся пеплы, туфы, пемзы, витрофи-ры и трассы. Это продукты извержения вулканов, отложившиеся на разном расстоянии от места извержения и в различной степени охлажденные; при резком охлаждении из пород быстро выделяются газы, что повышает их пористость. В зависимости от последующего воздействия атмосферных агентов и степени уплотнения они разделяются на рыхлые пеплы — пуццоланы, камневидные пористые — вулканические туфы и сильно уплотненные разности — трассы. Для пемзы характерно пористое губчатое строение, она представляет собой вспученное вулканическое стекло. Витрофиры имеют порфировую структуру и состоят на 75—85% из темного вулканического стекла. В их состав входят также полевые шпаты, кварц и др. Резкое охлаждение выбрасываемых из вулканов пород приводит к быстрой их закалке, что способствует образованию в них вулканического стекла. Они содержат также щелочные алюмосиликаты цеолитового характера, кристаллы полевого шпата, авгита и др. Иногда минералы бывают остеклованными. К искусственным добавкам относятся: кремнеземистые отходы, получаемые при извлечении глинозема из глины; искусственные обожженные в соответствующих керамических печах либо в самовозгорающихся отвалах пустых шахтных пород глины и глинистые и углистые сланцы; золы, зола-унос и шлаки, получающиеся при сжигании некоторых видов топлива; для них характерно преобладающее содержание кислотных оксидов. В ГОСТ из этих добавок указаны только кислые золы-унос; стандартом регламентированы и такие искусственные добавки, как доменные гранулированные шлаки, а также белитовый (нефелиновый шлам), получаемый при комплексной переработке нефелинов и содержащий до 80% минерала белита, частично гидратированного. Активные минеральные добавки способны химически взаимодействовать с гидроксидом кальция; в диатомите и трепелах в реакцию вступает содержащийся в их составе кремнезем. К. Г. Красильников, исследуя поверхностные свойства гидратированного кремнезема и его взаимодействие с гидроксидом кальция в водной среде, установил, что одной из важнейших характеристик является природа поверхности кремнезема; строение поверхностного слоя характеризуется расположением тетраэдров SiO4, только частично связанных с объемной структурой, причем свободные углы этих тетраэдров, выходящие на поверхность, представляют собой гидроксильные группы.

Реакция гидроксида кальция с кремнеземом начинается с поверхности зерен и постепенно захватывает более глубокие слои; образуются гидросиликаты тобермори-товой группы CSH (В) с явно выраженным пластинчатым строением кристаллов. Иногда кремнекислоту, содержащуюся в осадочных породах, называют «активной». В действительности активной, так же как и неактивной кремнекислоты не существует. Например, опытами было установлено, что тонкоизмельченный кварцевый песок проявляет «активность», взаимодействуя с гидроксидом кальция и особенно сильно при несколько повышенной (348К) температуре.

Нами отмечалось, что развивающиеся при механическом диспергировании кварца деформации нарушают кристаллическую структуру поверхностного слоя и несколько аморфизируют его. Деструктированпые в результате этого Слои кварца обладают высокой химической активностью, в частности по отношению к воде, что выражается в повышенной их растворимости. Выше уже указывалось, что глиежи и золы-уноса являются продуктом обжига глинистых материалов. По мнению одних ученых, обжиг каолинитовых глин в интервале 873—1073К приводит к разложению каолинита на кремнезем и глинозем, по мнению других — к образованию метакаолинита. Независимо от вида и состава образующихся продуктов обжига они интенсивно взаимодействуют с гидроксидом кальция, причем установлено, что при этом образуется неизвестное ранее соединение — гидрогеленит (гидроалюмосиликат кальция). При повышении температуры обжига глинистых материалов > 1073К качество их, как активных добавок, снижается. Важно также минимальное содержание в них растворимого глинозема. Например, максимально допустимое содержание растворимого глинозема для глиежей — 2%.

Более сложной представляется природа гидравлической активности пород вулканического происхождения. Кремнезем и глинозем в них можно считать потенциально способными взаимодействовать с гидроксидом кальция. Однако это зависит от их структурных связей в составе породы. Наибольшей активностью обладает вулканическое стекло. Существенную роль в химическом связывании гидроксида кальция играют щелочные алюмосиликаты, являющиеся цеолитами и способные обменивать содержащиеся в них ионы щелочных металлов на ионы двухвалентных металлов и, в частности, извести. Как известно, такой ионный обмен смягчает жесткую воду. Исследования показали, что реакции обмена протекают в значительной степени при повышении температуры до 313—323 К, причем в течение года в раствор переходит до 85% содержащихся в породе щелочей.

Однако нарастание во времени прочности пуццоланового портландцемента объяснить этими реакциями нельзя, так как при обмене ионов щелочей на ионы кальция кристаллическая решетка цеолита сохраняется и, следовательно, нельзя ожидать такого изменения их структуры, которое повлияло бы на прочность цемента. Действие гидроксида кальция проявляется не только в этой обменной реакции. Полагают, что разрушается цеолитовая структура, благодаря чему кремнезем и глинозем связывают гидроксид кальция, образуя гидросиликаты кальция и возможно гидроалюмосиликаты кальция. Качество активных минеральных добавок будет зависеть также от содержания растворимого глинозема, т. е. в данном случае способного к взаимодействию с известью.

Некоторые добавки вулканического происхождения содержат до 8% щелочей, а зола-унос до 4—5%. Для получения физико-химической характеристики активных минеральных добавок необходимо применять методы химического, петрографического, рентгеноструктурного и дифференциального термического анализов. Наряду с этим необходимы всесторонние испытания цементов, полученных путем совместного тонкого измельчения клинкера и гипса с различным содержанием изучаемой активной минеральной добавки. Исследуются прочностные показатели цементов с активными минеральными добавками, при твердении выявляются их строительно-технические свойства по сравнению с исходным портландцементом в растворах и бетонах.