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.
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
(у % по масі)
Мінералоги-
чеський склад клінкеру
(у % 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)
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.
