Что такое цемент и как его изготавливают?12 мая 2021

Цемент – это вяжущее гидравлическое вещество, получаемое искусственным путем. Благодаря своему химическому составу цемент при взаимодействии с водой или любой другой жидкостью, образует сначала пластичную массу, а затем затвердевает, превращаясь в искусственный камень. Используют его преимущественно для производства бетона или строительных растворов.

Изготовление цемента

Изготовление цемента проходит в несколько этапов. На первом из них, происходит нагрев до 1450°С смеси из гашеной извести и глины (могут использоваться и другие материалы со сходным составом и достаточным уровнем активности). При этом происходит частичное плавление компонентов, в результате чего образуются гранулы клинкера. Далее их перемешивают с гипсом (управляет процессом схватывания и может быть заменен другими соединениями сульфата кальция) и тщательно перемалывают. В зависимости от вида цемента, возможно добавление и других элементов, которые впоследствии окажут воздействие на свойства цемента. Что касается усредненных параметров клинкера, то обычно в его состав входит СаО – 67%, SiO2 – 22%, Al2О3 – 5%, Fe2O3 – 3% и другие компоненты - 3%.

Состав цемента (клинкера)

По своему составу цемент не однороден. В его состав входят такие компоненты, как:

1. алит - трехкальциевый силикат (Са3SiO5), структура которого модифицирована за счет размещения в решетке инородных ионов, в частности Mg2+, Al3+ и Fe3+. Важной характеристикой алита выступает его относительно быстрая реакция с водой. И именно он играет ключевую роль в развитии прочности обычных цементов, при этом для 28-суточной прочности его вклад особенно важен. Помимо этого его содержание в составе клинкера достаточно велико – 50-70%;
2. белит - двукальциевый силикат (Ca2SiO4) состав которого изменен вследствие введения в его структуру ионов других элементов. В отличие от алита, он медленно вступает в реакцию с водой вследствие чего его влияние на прочность в течение первых 28 суток не существенно. Однако в более поздние сроки он существенно увеличивает прочность, так что если сравнивать чистые алит и белит спустя год, то свойства их окажутся практически идентичными. Содержание белита в клинкере составляет обычно около 15-30%;
3. алюминатная фаза - трехкальциевый алюминат (Са3Al2O6), который был подвержен сильному изменению за счет ионов инородных элементов. Наибольшее влияние на него оказывают Si4, Fe3+, Na+, К+. Алюминатная фаза вступает в реакцию с водой очень быстро и может спровоцировать слишком быстрое схватывание, в связи с чем в состав цемента и вводится гипс или аналогичные ему компоненты, которые способны контролировать момент схватывания. Количество алюминатной фазы составляет около 5-10% клинкера;
4. ферритная фаза - четырехкальциевый алюмоферрит (Ca2AlFeO5), измененный в процессе смещения соотношения Al/Fe, а также введения в его структуру инородных ионов. Скорость взаимодействия с водой его не постоянна и может существенно меняться зависимости от внешних факторов. Но в среднем можно сказать, что она является промежуточной между скоростями алита и берита. В составе клинкера на долю ферритной фазы приходится 5-15%;
5. другие элементы. В состав клинкера также обычно входят и такие соединения как щелочные сульфаты и оксид кальция, однако доля их не существенна.