Цемент (неорганіч. терпкі матеріали)
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Цемент (неорганіч. терпкі матеріали)

Цемент (йому. Zement, від латів.(латинський) caementum — щебінь, битий камінь), збірна назва штучних неорганічних порошкоподібних терпких матеріалів, переважно гідравлічних, таких, що володіють здатністю при взаємодії з водою, з водними розчинами солей або ін. рідинами утворювати пластичну масу, яка з часом твердне і перетворюється на міцне каменевидне тіло; один з найголовніших будівельних матеріалів, призначених для виготовлення бетонів і будівельних розчинів, скріпляє окремих елементів (деталей) споруд, гідроізоляції і ін.

загрузка...

  В загальному розумінні цього терміну Ц. відомий з прадавніх часів. Першими штучними терпкими речовинами були гіпс і вапно, що застосовувалися древніми єгиптянами і греками при зведенні монументальних споруд, що частково збереглися до наших днів. Пізніше як терпкі використовувалися вапняні розчини з добавкою подрібнених вулканічних порід (у Древньому Римі) або слабообожженного цеглини-цементівки (у Київській Русі), що додавали їм здатність тверднути у воді. У 1796 Дж. Паркером був отриманий патент на гідравлічне терпке — романцемент — подрібнений продукт випалення природних мергелів . В 1824 Дж. Аспдін в Англії і в 1825 Е. Р. Челієв в Росії незалежно один від одного створили портландцемент, отримуваний випаленням до спікання штучної суміші вапняку і глини, узятих в певних пропорціях.

  Велике значення в розвитку теорії і практики цементного виробництва в Росії мали праці А. Р. Шуляченко, Н. А. Белелюбського, І. Р. Малюги, Н. Н. Ляміна, Ст І. Чарномського. В результаті їх робіт були створені високоякісні вітчизняні Ц., майже Ц, що повністю витіснили з будівельної практики. іноземного виробництва. Проте в дореволюційній Росії кількість цементних заводів, їх потужність і технічний рівень були недостатніми. Єдиною науковою установою, що займалася дослідженнями по Ц., була механічна лабораторія Петербурзького інституту інженерних шляхів сполучення.

  Жовтнева революція 1917 відкрила широкі можливості для розвитку цементній промисловості і науки про Ц. Трудамі радянських учених А. А. Байкова, Ст А. Кинда, Ст Н. Юнга, П. П. Будникова, П. А. Ребіндера, Н. Я. Торопова, Ю. М. Бутта, А. Ст Волженського і др, були створені сучасні основи фізікохимії. Ц., розроблена теорія його тверднення, вдосконалена технологія цементного виробництва, створений новий високоефективний вигляд Ц. з особливими властивостями, що задовольняють потреби різних галузей народного господарства. У СРСР науково-дослідні і проектно-конструкторські роботи, пов'язані з розвитком цементної промисловості і підвищенням її технічного рівня, здійснюються рядом спеціалізованих інститутів (НІЇЦемент, Гипроцемент, НДІ(научно-ісследовательський інститут)Цеммаш і ін.), а також кафедрами деяких вузів.

  Сучасний процес виробництва Ц. включає: видобуток цементної сировини природного або використання як таке деяких промислових відходів (металургійних шлаків, злий ТЕС(теплоелектростанція), вськришних порід і т.п.); дроблення і тонке його подрібнення; приготування однорідної сировинної суміші заданого складу; випалення її до спікання при температурі 1450—1550 °С; подрібнення отриманого клінкеру в тонкий порошок разом з невеликою кількістю гіпсу і активних мінеральних добавок або ін. речовин, додаючих Ц. потрібні якості. Залежно від способу приготування сировинної суміші розрізняють сухий, мокрий і комбінований способи виробництва Ц. Вибор способу обумовлений головним чином техніко-економічними показниками: можливою мірою концентрації виробництва, витратою палива і електроенергії, трудовими витратами.

  При сухому способі виробництва Ц. сировинні матеріали (вапняк і глина) в процесі подрібнення і помелу в млинах висушуються і перетворюються на сировинну муку, склад якої коректується в відповідності із заданим, після чого мука поступає на випалення. Сучасні печі, що обертаються, для випалення клінкеру, як правило, обладнані запічними теплообмінниками, в яких здійснюється підігрівання і часткова декарбонізація сировинної суміші. Витрата тепла на випалення клінкеру складає 750—850 ккал/кг клінкеру. При мокрому способі помел сировинних компонентів здійснюється в млинах в присутності води, яка грає роль понижувача твердості, інтенсифікує процес помелу і знижує питому витрату енергії на помел. Отримана сметанообразная маса (шлам) коректується до заданого складу і прямує на випалення. За рахунок випару води шламу в печі витрата тепла на випалення збільшується н залежно від розміру і конструкції печі складає 5,45—6,7 Мдж/кг (1300—1600 ккал/кг ) клінкеру. При комбінованому способі сировинна суміш готується по схемі мокрого способу, потім зневоднюється на вакуум-фільтрах або вакуум-пресах, формується (зазвичай у вигляді гранул) і поступає на випалення. Витрата тепла при цьому складає близько 4,19 Мдж/кг (1000 ккал/кг ) клінкеру.

  Необхідні властивості Ц. досягаються правильним проектуванням сировинної суміші і здобуттям в процесі виробництва Ц. потрібного складу — хімічного, мінералогічного, гранулометричного і речового (під мінералогічним складом Ц. розуміється якісний і кількісний перелік мінералів, що входять до складу клінкеру; під речовим складом — якісний і кількісний перелік речовин, що входять до складу готового Ц.). Правильне проектування сировинної суміші — одна з найважливіших умов, що забезпечують нормальне протікання і повне завершення процесів клінкерообразованія при випаленні і високі економічні показники виробництва. Контроль якості готового Ц. здійснюється на основі вимог відповідних ГОСТ(державний загальносоюзний стандарт) ов. Стандартізовани також методи фізіко-механічніх випробувань при визначенні властивостей Ц.

  По міцності Ц. ділиться на марки. Марка Ц. визначається межею міцності при вигині зразків-призм розміром 40´40´160 мм і при стискуванні їх половинок, виготовлених з цементного розчину складу 1: 3 (по масі) з нормальним (кварцевим) піском (термін тверднення зразків у воді 28 сут з моменту виготовлення). Для спеціального Ц. можлива зміна складу і методів виготовлення і зберігання зразків.

  Про склад, особливі властивості і сфери застосування найголовніших видів Ц., що випускаються в СРСР, див.(дивися) таблиці. За кордоном випускаються приблизно такі ж, як і в СРСР, види Ц. По своїм технічним якостям Ц. сов.(радянський) виробництва належать до кращих Ц. в світі.

Найголовніші види цементов, що випускаються в РСР

Назва

Речовий склад цементу

% по масі)

Мінералоги-

чеський склад клінкеру

% по масі)

Марка цементу

Особливі властивості

Основні сфери застосування

 

Портланд-

цемент

Портландцемент-
ний клінкер (85); гіпс (1,5-3,5) по So 3 ; активна мінеральна добавка (до 15)

3cao·sio 2 (37—72); 2cao·sio 2 (6—47); 3СаО·Al2O3 (2—20); 4СаО·Al2O3·Fe2O3 (2—19)

300, 400, 500, 600

 

Монолітний бетон цивільних і промислових будівель і споруд збірні залізобетонні конструкції, дорожнє будівництво, зовнішні частини гідротехнічних споруд, будівельні розчини

 

Бистротвер-
діючий портландце-
мент

Портландцемент-
ний клінкер (90); гіпс (1,5—3,5) по So 3 ; активна мінеральна добавка (до 10)

3cao·sio 2 + +3СаО·Al2O3

(до65); 2cao·sio 2 + 4cao·al 2 O 3 ·

Fe 2 O 3 (33)

Не нижче 400; через 3 сут міцність не менше: 4 Мн/м 2

(при вигині),

25 Мн/м 2 (при стискуванні)

швидше тверднення і тонший помел, ніж в звичайного портландце-

менту

Збірні залізобетонні конструкції, швидкісне будівництво

Сульфато-
стійкий портландце-
мент

Портландцемент-
ний

клінкер (100); гіпс

(до 3,5) по So 3

3СаО·sio 2 (до 50);

3cao·al 2 O 3 (до 5);

3СаО·Al2O3 +

+ 4СаО·Al2O3Fe2O3

(до 22)

400

Підвищена стійкість до сульфатної

агресії, підвищена

морозостой-
кість

Для споруд, що знаходяться в умовах сульфатної агресії і в умовах змінного

заморожування і відтавання

або зволоження і висихання

Пластіфіци-
рованний портландце-

мент

Портландцемент

з пластіфіцирую-
щів

добавкою (0,15—0,25)

Той же, що у портландце-
менту

300, 400, 500

Підвищені пластичність і морозостой-
кість

Ті ж, що і звичайного портландцемента; для економії цементу або бетонної суміші; для

підвищення морозостійкості бетону

Гідрофобний

портландце-
мент

Портландцемент

з гідрофобною добавкою (0,06—0,3)

300, 400

Тривале збереження активності, підвищені пластичність і морозостой-
кість

Ті ж, що і звичайного і пластифікованого портландцементов і в тих випадках, коли

необхідне тривале зберігання цементу

Тампонажний

портландцемент:

а) для «холодних»

свердловин; би) для «гарячих» свердловин

Портландцементний

клінкер; допускається введення: а) активних

(до 15%) або інертних

(до 10%) мінеральних

добавок; би) шлаку (до

15%) або піску (до

10%)

Швидке тверднення

і повільне схоплювання

Тампонування нафтових і газових свердловин

Декоративні

Портландце-
менти (білий і кольорові)

Білий портландцемент-
ний клінкер (80—84); діатоміт (6); інертна мінеральна добавка (10) або мінеральний пігмент (15)

4СаО·Al2O3·Fe2O3

(до 2)

300, 400, 500

Білий цемент по мірі білизни ділиться на 3 сорти, кольорові цементи мають різне забарвлення

Обробка будівель і споруд, скульптурні і фарбувальні роботи

Сульфато-
стійкий пуццолановий портландце-

мент

Портландцемент-

ний клінкер (60); добавки

вулканічного (25—40) або осадового (20—30) походження; гіпс (до 3,5) по So 3

3СаО·Al2O3

(до 8)

200, 300, 400

Підвищена стійкість до сульфатної агресії

Підводні і підземні споруди в умовах постійної дії агресивних (сульфатних) вод

Шлакопорт-
ландцемент

Портландцемент-
ний клінкер (40—70); доменний гранульований шлак (30—60); гіпс (до 3,5) по So 3

Той же, що в портландце-

менту

300, 400, 500

Сповільнене зростання міцності на початку період тверднення, знижені морозостой-
кість і тепловиделе-
ніє, підвищена сульфатостой-
кість

Ті ж, що в портландцемента. Ефективний для збірного залізобетону, що виготовляється з тепловлажностной обробкою

Глиноземистий шлак (100); допускається введення 1% добавок, не погіршуючих якість цементу

СаО·al2o2; 12СаО·7Al2O3; СаО·2al3o3; 2СаО·al 2 O 3 ·

Sio 2 ; FEO

400, 500, 600 (через 3 сут тверднення)

Швидке тверднення при нормальній і зниженій температурах, висока стійкість до дії мінералізован-
них вод, втрата міцності (до 60%) через 15—20 років

Термінові, аварійні і відновні роботи, споруди, що піддаються дії мінералізованих вод або сірчистого газу, жаростійкі бетони і розчини. Непридатний в умовах підвищеної температури і вологості

Гліноземіс-
тий цемент

Гипсоглінозе-

містий расширяю-
щийся цемент

Глиноземистий шлак (70); двуводний гіпс (30)

Той же, що в гліноземісто-го цементу

400, 500 (через

3 сут тверднення)

Розширення при

твердненні у воді (через 1 сут 0,15%, через 28 сут 0,3—1%), швидке тверднення; високі щільність, водонепроні-
цаємость і сульфатостой-

кість

Водонепроникні бетони і розчини, закладення стиків, ремонтні роботи, тампонування нафтових і газових свердловин

Кислотоупор-

ний цемент

Кварцевий пісок (90—96): кремнефторіс-
тий натрій

 (4—8,5)

So 2 ; Na 2 Sif 6

Межа міцності при растяже-
нді

2 Мн/м 2 (через

28 сут тверднення)

Стійок до дії більшості мінеральних і органічних кислот. Нестійок до дії HF, H 2 Sif 6 , киплячої води і водяної пари. Токсичний

Кислототривкі бетони і розчини, обмазки і футерування. Непридатний в апаратах харчової промисловості і при температурі нижче —20°С

  Сучасні тенденції у виробництві Ц.: постійне збільшення об'єму його випуску (у СРСР до 1980 досягне 143—146 млн. т в рік); розширення асортименту спеціального Ц. і збільшення обсягу їх виробництва (особливо високоміцних, швидкотвердіючих, декоративних і Ц, що розширюються.); підвищення середньої марочної міцності Ц, що випускаються. (зокрема, збільшення виробництва Ц. марки 600 і освоєння випуску Ц. марки 700); інтенсифікація процесу тверднення Ц. (досягнення високої міцності через 4—6 ч тверднення); раціональне територіальне розміщення цементних заводів з метою скорочення перевезень сировини і готового продукту; зниження собівартості Ц.; забезпечення високої міри механізації і автоматизації цементного виробництва і подальше поліпшення умов праці на підприємствах цементної промисловості.

  Літ.: Технологія терпких речовин, М., 1965; Терпкі матеріали, заповнювачі для бетонів і нерудні матеріали, М., 1973; Короткий довідник технолога цементного заводу, М., 1974.

  І. Ст Кравченко.