Портландцемент его состав сырье для производства цемента

Что такое портландцемент, его характеристики и производство

Портландцемент – это разновидность цемента, который представляет собой гидравлическое вяжущее вещество. Он состоит в большей степени из силиката кальция (белита и алита). Этот компонент достигает около 70-80% от общего состава. Этот вид цемента наиболее популярен во всем мире. Свое название он получил от острова, находящегося на территории Великобритании, поскольку каменные породы с Портланда имеют идентичный цвет.

Общие сведения о портландцементе

Портландцемент – это гидравлическое вяжущее вещество, в котором 80% объема занимают силикаты кальция алит и белит.

Портландцемент имеет зеленовато-серый цвет и тем самым резко отличается от других видов цементов.

Свое название портландцемент получил благодаря острову Портленд в Великобритании. Именно на этом острове в далеком 1824-ом году было начато первое в мире промышленное производство данного вида цемента и название образовалось само собой.

Патент на изобретение портландцемента был выдан Дж. Аспдину.

Как я уже говорил, это самый распространенный вид цемента и не только у нас в стране, но и по всему миру. И на данный момент было построено множество заводов разных размеров по производству портландцемента, именно поэтому он имеет небольшую себестоимость.

2 Разновидности портландцемента

На строительном рынке представлено свыше 10 разновидностей цемента, отличающихся между собой составом и техническими характеристиками. Рассмотрим основные из них:

1. Сульфатостойкий портландцемент. Устойчивость к сульфатам в нем достигается благодаря уменьшению в составе клинкера алюминатов кальция. Существует два вида сульфатостойкой смеси: портландцемент с минеральными добавками и без них, состав с добавками отличается увеличенной морозоустойчивостью.
2. Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) — в состав входит множество модификаторов, обеспечивающих повышенную скорость набора материалом прочности на первом этапе отвердевания. Быстротвердеющий портландцемент, как правило, используется при промышленном производстве железобетонных конструкций — свай, плит перекрытий, блоков.
3. Портландцемент тампонажный — состав предназначенный для изоляции нефтедобывающих и газовых скважин от грунтовых вод. Характерной особенностью данной марки является повышенная текучесть, которая не зависит от температуры и давления окружающей среды. Тампонажные смеси позволяют надежно зафиксировать обсадную трубу в скважине.
4. Гидрофобный портландцемент. Гидратация данного состава отличается от водопоглощения остальных марок цемента — он не впитывает влагу на протяжении первых 5-ти минут после замешивания и отличается минимальным водопоглощением после отвердевания. Гидрофобный портландцемент применяется при строительстве зданий и сооружений на воде.
5. Белый портландцемент. В состав смеси не входят придающие цвет оксиды (марганец, железо), из-за чего она отличается от других марок своим светлым оттенком. Используется белый портландцемент не только в строительстве, но и для отделочных работ. Распространено его применение и при создании скульптур. Также существуют цветные составы портландцемента, в которых присутствуют красящие пигменты, придающие раствору требуемый оттенок.

Отдельно выделим расширяющийся портландцемент, характерной особенностью которого является способность увеличения объема при отвердевании. Применение таких составов востребовано в ремонтных работах, где они используются для заделки трещин, замоноличивания шахт, скважин и с целью гидроизоляции. Расширяющийся портландцемент схватывается по истечению 30 минут после заливки.

2.1 Теория твердения портландцемента

Твердение портландцемента можно разделить на три последовательных этапа. На первой стадии, после смешивания состава с водой, клинкерные минералы смываются с поверхности цементного зерна и растворяются в воде, что приводит к образованию насыщенного минералами раствора. Данный процесс называется гидратация.

Следующий этап — рост вязкости цементного теста, провоцирующий начало схватывания раствора. Далее происходит перекристализация клинкерных минералов, в результате которой мелкие частицы соединяются и формируют в сравнительно крупные новообразования. В результате кристаллизации происходит остаточное твердение цементного раствора и его переход в каменное состояние.

Готовый к применению раствор

За первые 3-е суток после заливки раствора твердение портландцемента не превышает 30% от итоговой прочности. Спустя 2 недели твердость бетона доходит до 70%, и по истечению 4 недель (28 дней) — камень получает полную проектную прочность. Указанные данные верны при температуре окружающей среды 20 0 , в условиях пониженной температуры процессы отвердевания раствора значительно замедляются.

Минеральные составляющие клинкера

Для получения основного компонента портландцемента – клинкера, проводится обжиг сырьевой смеси (известняк + глина). В результате этой операции образуются минеральные соединения, процентное содержание которых не должно превышать допустимые значения.

В большинстве случаев клинкер получают из искусственных смесей, потому что в природе сырье, содержащее примерно 75% карбоната кальция и 25% глины, встречается довольно редко

К основным минералам, определяющим свойства получаемого клинкера относятся:

• быстро твердеющий алит. Этот компонент отвечает за скорость твердения состава и нарастание эксплуатационной прочности. Его количество регламентировано в пределах 45-60 процентов;
• медленно твердеющий белит. Его присутствие позволяет цементным составам достигать высоких прочностных показателей при длительном твердении. Чтобы белит не потерял вяжущих свойств, клинкер максимально быстро охлаждают. Количество минерала выдерживается в рамках 20-35 процентов, что позволяет достичь оптимальных сроков твердения;
• быстро гидратирующий трехкальциевый алюминат, ускоряет процесс гидратации, но параллельно с этим снижает прочностные характеристики и увеличивает возможность появления коррозии. Поэтому содержание ограничено 4-10 процентами;
• образующийся на определенной фазе обжига алюмоферрит, значительно не влияет на процессы твердения и тепловыделения. Его содержание в клинкере находится в пределе 10-18 процентов.

Поскольку портланд цемент получают из разного по химическому и минералогическому составу сырья, то на выходе получают цемент, отличающийся свойствами. Используя испытанные технологии производства, придерживаясь разработанных рекомендаций по процентному содержанию минеральных включений, предприятия-изготовители получат на выходе качественный продукт, отвечающий требуемым параметрам.

Что такое цементный клинкер

Клинкер – это материал, возникающий после первого этапа производства цемента. В специальной печи при температуре свыше 1000 градусов обжигают смесь известняка и глины. В результате получают гранулированный полуфабрикат.

Свойства готового клинкера определяются технологией нагрева, методом помола и охлаждения, составом сырья и добавлением присадок.

В клинкере обязательно присутствуют четыре элемента в определенных пропорциях: не менее 52% алита, 14-31% белита, 4-11% алюмината, 5-15% алюмоферрита.

Кроме изготовления цемента, клинкер используют для облицовки искусственных водоемов и печей, украшения фасадов зданий. Его применяют в качестве керамогранита для украшения интерьеров. Материал может выдержать высокую влажность, а также обладает хорошими теплоизоляционными свойствами.

Виды портландцемента

При строительстве любого объекта используется портландцемент, а при разных условиях эксплуатации тех или иных зданий и объектов, портландцемент должен обладать разными свойствами и выдерживать не только высокие нагрузки, но и противостоять воздействию погоды, агрессивных сред и механическим воздействиям, которые могут быть условиями эксплуатации любого здания.

Для того чтобы придать портландцементу особые свойства, в его состав добавляет специальные добавки, которые добавляют ему новые свойства (гидрофобность) или улучшают существующие (ускорение твердения).

В зависимости от вида добавок и предназначения того или иного вида портландцемента, различают несколько групп портландцементов.

• быстротвердеющие;
• нормальнотвердеющие;
• пластифицированные;
• гидрофобные;
• сульфатостойкие;
• дорожные;
• белые и цветные;
• с умеренной экзотермией;
• с поверхностно-активными органическими добавками.

Достоинства и недостатки

Бетоны на основе пуццоланового портландцемента обладают увеличенной водонепроницаемостью. Это обусловлено особенностями структуры и состава материала: набуханием гелеобразных компонентов, гидратацией минералов, связыванием гидравлической составляющей в водном растворе Ca(OH)2.

Готовые конструкции из данного вида цемента отличаются высокой пластичностью. В результате повышается устойчивость к образованию трещин и проявляется высокая степень обрабатываемости.

За счет пуццолановых добавок материал обладает большей рыхлостью, по сравнению с другими видами цемента. Его плотность составляет около 2,8 г/см3, поэтому при одинаковой массе в сухом состоянии, пуццолановый портландцемент отличается повышенным выходом готового бетона или раствора.

Недостатки пуццоланового портландцемента:

• пониженная морозостойкость;
• невысокая воздухостойкость;
• большая усадка;
• замедленное отвердевание и упрочнение;
• увеличенная потребность в воде.

Многочисленные плюсы материала компенсируют его негативные качества. Он незаменим при высоких требованиях к прочности строительных сооружений.