Из чего делают цемент: от теории к практике

Обзорная характеристика и маркировка связующего

Чтобы понять, какой цемент нужен для фундамента, необходимо разобраться в разнообразии материалов. Так, основой для производства связующего является горная известковая порода. Она подвергается обжигу, а готовый клинкер методом дробления обращают в порошок. Полученную массу с добавлением различных компонентов поставляют как готовый к применению продукт.

Основная классификация цементов проводится по составу:

• ЦЕМ I. Портландцемент с гипсом и присадками в количестве до 5%.
• ЦЕМ II. ПЦ с минеральными добавками (шлак, зола, глина и пр.) до 35%.
• ЦЕМ III. Шлакоцемент в составе может содержать от 35 до 65% ПЦ, остальное шлак с добавками (до 5%).
• ЦЕМ IV. Пуццолановый цемент на 21-35% состоит из вулканического пепла.
• ЦЕМ IV. Композиционный цемент изготавливают из ПЦ (40-78%), Ш (11-30%), вулканических пород (11-30%) и дополнений (до 5%).

Маркировка товарного цемента содержит информацию о характере сильных сторон продукта. Вот несколько примеров, которые пользуются большим спросом:

• ПЦ– портландцемент (универсальный строительный материал);
• БЦ– белый цемент для отделочных работ;
• НиБ– нормированный состав или быстро твердеющий;
• ПЛи ГФ– пластифицированный или гидрофобный (медленно впитывающий влагу) с усиленной стойкостью к морозам:
• СС, ВРЦ– устойчив к агрессивным условиям с сульфатами или расширяющийся при контакте с водой, что делает продукт паронепроницаемым.

Дополнительно на упаковке указывают содержание минеральных добавок в смеси с клинкером. Так, Д0 – это отсутствие или наличие присадок до 5%. Д20 – минимальное количество дополнений равно 20%. Стоит отметить, что примеси положительно сказываются на удешевлении готового состава, но это не касается качества продукта. То есть, решая, какой цемент лучше для фундамента дома, отдать предпочтение стоит материалу с меньшим значением «Д».

Портландцемент ПЦ 400-Д20 для железобетонных конструкций, требующих повышенной прочности

Также в конце маркировочной строки пишут ГОСТ 10178 от 1985 года или 31108 от 2003 года. На основании первого после букв цифры указывают на плотность сухого остатка (ПЦ 400, ШПЦ 500). Второй стандарт создан с учётом европейских норм (EN 197-1). В этом случае отражают информацию о классе прочности с точностью до 95% (ЦЕМ I 42,5Н, ЦЕМ IV/А (П-З-МК) 32,5Н). Дополнительно в скобках содержатся данные о природе минералов (Пуццолан, Зола, МикроКремнезем).

Соотношение наполнителей

Основной мерой является доля вяжущего. В зависимости от назначения состава используются следующие пропорции вводимых компонентов:

1. Для приготовления штукатурки: 1:3, соотношение В/Ц не превышает 1, разводить состав рекомендуется порционно. При проведении работ внутри помещения минимальная марка прочности цемента — М150, фасадных — М300. Для придания штукатурке пластичности допускается введение извести (не более 50 % от доли песка).

2. При замесе кладочного раствора: 1:4, марка прочности вяжущего — не ниже М300. Известь вводится исключительно в гашенном виде и не более 0,3 от доли цемента. Идеальное соотношение В/Ц — в пределах 0,5, для придания пластичности добавляют 50 г жидкого мыла. Кладочные составы готовятся в строгой последовательности: сначала в емкость или бетономешалку вводится вода, затем — наполнители.

3. Для фундаментных работ: 1:2:4 (цемент, песок, щебень, соответственно), доля воды берется равной объему вяжущего. Используется портландцемент от М400 и крупнофракционный наполнитель из твердых горных пород, замес осуществляется в бетономешалке.

4. При заливке бетонной стяжки пола необходимо развести цемент высокой марки с песком, в пропорции 1:3, при соотношении В/Ц = 0,5. Состав должен тянуться за мастерком и заполнять мелкие пустоты, его лучше замешивать принудительно.

5. При железнении полов готовится смесь цемента и песка в пропорции 1:1. Жидкое стекло или известь следует развести заранее в воде, при соотношении не более 0,1 к доле вяжущего.

При приготовлении бетонов и составов с различными наполнителями, в раствор вводится цемент без смешивания с песком, во всех остальных случаях их целесообразно просеивать вместе. Помимо засыпания четко отмеренных долей, правильность пропорций определяется маркой вяжущего (не ниже требуемой, при сомнении в качестве или свежести его расход увеличивают), чистотой и сухостью песка, прочностью и лещадностью щебня (для бетонов). Сложнее всего подобрать водно-цементное соотношение, рекомендуется вначале использовать 85 % воды, затем постепенно вводить остаток.

Часто возникает вопрос: как развести цемент с жидким мылом. Эта добавка очень популярна в частном строительстве, она является самым дешевым пластификатором. Но избыток пены вреден, лучше подождать 3–4 минуты для ее усадки и только затем вводить цементно-песочную смесь (причем — малыми порциями). Время замеса при этом увеличивается примерно на 5 минут. Общая доля любых примесей (включая красящие минералы) не должна превышать 10 % от массы вяжущего, в противном случае качество приготавливаемого раствора резко снижается (нивелируются адгезивные свойства).

Цемент для стекольных работ

Заделать разбитое стекло можно разными составами

Подклеить или замазать щели во время проведения работ по остеклению или иных похожих мероприятий можно при помощи домашних смесей.

1. Для склеивания стеклянных предметов:

• на 1 часть порошковой едкой извести возьмите 2,5 доли свежего яичного белка и тщательно перемешайте. Затем добавьте 1 часть воды и 5,5 частей гипса и сразу же нанесите на куски стекла. Состав употребляют сразу, хранению он не подлежит;
• 10 частей желатина добавьте в кастрюлю и поставьте на слабый огонь. Как только состав нагреется, к нему прибавьте 15 частей уксусной эссенции. После этого внесите 5 частей двухромовокислого аммония в форме порошка. Полученный состав моно используйте сразу или храните в темной таре в помещении, в которое не попадают солнечные лучи;
• 80 частей белового вара (пека, твердой части смолы хвойных деревьев) вскипятите до тех пор, пока вся вода не испарится. После этого емкость с варом снимите с плиты и добавьте 12 частей сала. Также постепенно досыпьте порошок красной охры до тех пор пока масса не достигнет твердой консистенции. Непосредственно перед употреблением разогрейте цемент, пока он не станет мягким, и нанесите на склеиваемую поверхность. Цемент быстро затвердеет и отлично будет отлично держать стекло.

2. Для наклеивания стекла:

• на слабом огне растворите 125 г порошкообразной канифоли, 35 г белого воска и 75 г железного сурика (парижская или английская красная краска, колькотара). Когда все расплавится до жидкого состояния, снимите состав, а огонь погасите. Убедившись, что источников огня поблизости нет, добавьте 18 г очищенного скипидара (терпентина) и размешайте деревянной палочкой, пока смесь не охладится. После этого цемент можно наносить;
• на 10 частей расплавленной обыкновенной смолы возьмите 1 часть желтого воска и при помощи полученной смеси наклейте стекло на металл.

Основные компоненты цементного раствора

Строительный раствор бывает двух видов — цементный и бетонный. Несмотря на схожесть в компонентах (в бетонный, помимо трех общих компонентов, дополнительно добавляется щебень или гравий) и способе приготовления, это два совершенно разных продукта, призванных решать разные строительные задачи.

Классический цементный раствор состоит всего из трех компонентов, смешанных между собой в определенной пропорции: цемента, песка и воды. Цемент должен быть сухим и не иметь твердых комков. Песок лучше всего использовать речной, хотя на практике чаще берут обычный, карьерный, но предварительно просеивают его, чтобы отделить мусор и примеси.

Для затворения смеси лучше использовать чистую воду, имеющую комнатную температуру или чуть теплее — 21-23°С.

Инструменты для приготовления цементного раствора.

Оптимальными пропорциями считаются: 1 часть цемента на 3 части песка. Вода добавляется в готовящийся раствор цемента по мере необходимости, ее количество может варьироваться от 80 до 95% от объема используемого цемента (т. е. на 10 л цемента должно расходоваться от 8 до 9,5 л воды).

Таким раствором можно как выгонять кирпичную кладку, так и выполнять штукатурные работы. Однако он имеет ряд недостатков — излишнюю жесткость и ограниченное время (1-1,5 часа) для использования приготавливаемого раствора, что существенно затрудняет работу с ним.

Поэтому профессиональные строители предпочитают при приготовлении цементного раствора добавлять в его состав различные вещества, делающие его более пластичным и продлевающие время его твердения в 2-3 раза. Самый распространенный вариант улучшения такой смеси — добавление в ее состав известкового молока.

Такая смесь обладает почти такими же вяжущими способностями, как и чистый цементный раствор, но время ее использования повышается до 3-4 часов.

Второй вариант — приготовить раствор цемента с добавлением небольшого количества моющего средства — из расчета 50-100 г на каждые 10 л смеси (зависит от качества моющего).

Такая добавка позволяет значительно повысить ее пластичность.

Технология производства

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Технология

При изготовлении цемента технологическая схема зависит от его разновидности. Портландцемент состоит из клинкера, гипса и различных специальных добавок. За счет высокого содержания окислов марганца и железа он имеет серо-зеленый цвет. Относительно новый материал на отечественном строительном рынке – белый цемент. Для его изготовления используется клинкер с низким содержанием железа, гипс и добавки, придающие белизну. Кроме того, обжиг клинкера при изготовлении белого цемента требует более высокой температуры и резкого охлаждения.

Глиноземистый цемент производится из известняка и породы, содержащей повышенный объем глинозема. Этот материал отличается от обычного портландцемента тем, что его можно использовать при повышенной влажности и минусовых температурах. Бетон, изготовленный из глиноземистого цемента, практически полностью водонепроницаемый, поэтому  хорошо защищает арматуру от ржавчины. Хотя изготовление глиноземистого цемента стоит дороже, чем изготовление портландцемента, он широко используется при ремонтных работах, требующих быстрого твердения бетона.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Процесс получения портландцемента

Производство портландцемента состоит из трех этапов: добычи сырья, получения клинкера и его измельчения вместе с гипсом.

Основное сырье для изготовления – желто-зеленый известняк, для добычи которого требуется специальное месторождение. Потом известняк измельчается и подсушивается. Следующий шаг – смешивание с глиной и остальными компонентами и обжиг при температуре 1500оС, в результате которого получается клинкер.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Сухой способ

На завершающем этапе клинкер и гипс дробятся, к ним подмешиваются минеральные добавки, после чего смесь подвергается помолу. На данном этапе производства можно использовать один из трех способов:

Сухой способ – все сырье для производства цемента помещается в сепараторную мельницу, где происходит помол и сушка. Далее смесь помещается в смеситель, в котором осуществляется окончательное смешивание в присутствии сжатого воздуха и корректировка состава.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Мокрый способ

• • Мокрый способ – помол сырья изготавливается в присутствии воды, получается шихта в виде суспензии, влажность которой варьирует в пределах 30-50%. Этот способ применяется, если в сырье много карбоната (мела), глины и добавок с высоким содержанием железа.Мокрый шлам перемещается в печь, где происходит обжиг с выделением углекислоты. После обжига получается клинкер в виде шариков, который необходимо охладить в холодильнике и превратить в порошок (цемент).
  • Комбинированный способ:

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Оборудование для комбинированного способа

1. для приготовления сырья используется мокрый способ, полученный шлам обезвоживают и обжигают в печи;
2. сырье готовится сухим способом, гранулируется с добавлением 10-14% воды и обжигается.

Для различных способов изготовления требуется разное оборудование для производства цемента. Метод изготовления выбирается, исходя из состава известняка и других условий на производстве.

Как приготовить цемент при низкой температуре

Схема приготовления бесклинкерного цемента на основе специального гидравлического шлака.

Не всегда строительные работы осуществляются в теплое время. В некоторых случаях приходится возводить здания и другие сооружения при отрицательном значении термометра. Особенно это касается кладки кирпича. Здесь необходимо соблюдать некоторые правила.

Во-первых, не рекомендуется использовать специальные добавки, если работы проводятся при температуре -5°С. Если температура еще ниже, то добавки могут оказаться очень кстати. Без их отсутствия могут плохо получиться лицевые швы кирпичной кладки.

Во-вторых, требуется высушить песок. Очень часто его заготавливают заранее. Проще всего просушить привезенный замерзший песок в теплом помещении, где имеется отопление. Если этого не сделать, цемент может получиться не той консистенции, и трудно будет рассчитать пропорции компонентов. В-третьих, при отрицательной температуре вода быстро замерзает.

В данной ситуации потребуется предварительно ее подогреть или провести шланг из теплого помещения. В-четвертых, в строительных магазинах имеется широкий выбор специальных добавок для раствора, чтобы он быстро не замерзал во время и после приготовления.

https://youtube.com/watch?v=HBssnUpnORw

Твердение смеси

После того, как раствор был составлен и тщательно размешан, наступает период, в течение которого будет происходить застывание

В это время также необходимо уделять внимание твердеющей смеси для того, чтобы обеспечить качество полученного раствора.. В это время необходимо делать следующее:

В это время необходимо делать следующее:

Сформированную поверхность важно периодически увлажнять. Это будет способствовать равномерному затвердению раствора и предохранит его от образования трещин.

Исключить ситуацию, когда происходит нагрев под прямыми лучами солнца.

Предохранять сохнущую поверхность от влияния сквозняков или сильного ветра.. Выравнивание стяжкиИсточник static.tildacdn.com

Выравнивание стяжкиИсточник static.tildacdn.com

Если это не будет сделано, можно ожидать наступления следующих проблем: 

1. Внешний слой будет особенно быстро высыхать, что приведёт к тому, что он начнёт крошиться. 
2. В процессе затвердения могут возникнуть глубокие трещины, которые существенно уменьшат прочность конструкции. 
3. Если твердение раствора будет происходить неравномерно, то результатом может стать создание внутренних напряжений. 

При проведении работ в зимнее время наружный слой рекомендуется покрыть теплоизоляционным слоем. Вследствие этого время полного высыхания уменьшится. Нужно учитывать, что полное высыхание, гарантирующее расчётную прочность, наступит только через 30 дней. Тем не менее по стяжке можно будет перемещаться без вреда для неё уже через четверо суток.

Изготовление стяжкиИсточник www.olimptk.ru

В этом видео об ускорении затвердения цемента:

Особенности использования цементного раствора при стяжке

Для различных целей нужно использовать различные виды такого раствора. Например, делая стяжку толщиной менее 5 см, щебень или гравий в него не кладут. Однако в тех случаях, когда толщина превышает эту величину, допускается добавить в смесь мелкоразмерный щебень.

Прежде для стяжки использовался бетон марок М50 или М75. Теперь нужен состав марки М150. Причиной новых правил являются возросшие требования к качеству отделки. Дело не только в эстетическом качестве отделки, но и в том, чтобы цементное покрытие не пылило. Для выполнения последнего условия необходимо, чтобы марка была М100 или больше.

Для качественно сделанной стяжки необходимо точно соблюдать пропорции раствораИсточник svjz.ru

Далее рассказывается, как приготовить раствор:

1. Для получения М150 можно взять портландцемент марки М500 с песком из расчёта 1:4. Если используется М400, то пропорция составит 1:3, а для М300 – 1_2,5.
2. Если необходим раствор М200, то соответствующие пропорции для цемента М500 и М400 составят 1:3 и 1:2,5.
3. Чтобы сделать раствор М300 используются соотношения 1:2,1 (М500) или 1:1,8 (М400).

Для того, чтобы изготовить прочный раствор необходимо точно соблюдать соотношение песка и цемента в растворе.

Через месяц стяжка высохнет полностью и будет готова к эксплуатацииИсточник altpol.ru

Выводы

Если разобраться в правилах приготовления цементного раствора, то его несложно сделать самостоятельно. При этом сначала нужно уточнить, какая марка должна быть у цементного раствора и какая у портландцемента. Если точно соблюсти пропорцию и технологию изготовления, то полученный материал будет обладать запланированными характеристиками.

Состав

Изготавливают цемент на специализированных предприятиях. Цементные заводы строят в непосредственной близости к местам добывания исходных материалов.

Сырье для его производства получают из естественных горных пород:

• ископаемых карбонатного типа;
• глинистых материалов.

Карбонаты имеют аморфную или кристаллическую структуру, от которой зависит эффективность взаимодействия материала с другими составляющими в процессе обжига.

К карбонатным породам относятся:

• мел;
• мергель (мергелистый известняк);
• известняки, в том числе ракушечники;
• породы доломитового типа.

Глинистые материалы – это осадочные горные породы. Обладая минеральной основой, они наделены пластичностью, а при избыточном увлажнении способны увеличиваться в объеме. Глинистые материалы используются при сухом методе изготовления.

К глинистым породам относятся:

• глина;
• суглинки;
• сланцы на основе глины;
• лесс.

Кроме сырья, при производстве цемента используют корректирующие добавки.

Их получают из ископаемых, в состав которых входят:

• апатиты;
• глинозем;
• плавиковый шпат;
• кремнезем.

Вводимые по определенной технологии добавки улучшают качество описываемого материала.

Состав цемента зависит от требуемых характеристик, которые определяет присвоенная материалу марка.

Самый популярный портландцемент состоит из:

• 60% извести;
• 25% кремниевого диоксида;
• 10% оксидов железа и гипса;
• 5% алюминия (глинозема).

В различных марках процентное соотношение исходных материалов отличается, как и сам состав. К примеру, шлакопортландцемент имеет в своем составе шлак. Количественные пропорции могут меняться и с особенностями выбранной технологии изготовления строительного материала.

Для любых марок цемента и при любых способах его получения неизменными составляющим остаются известняк и глина. Причем известняка всегда втрое больше глины. Такое соотношение способствует получению качественного клинкера, из которого и делают цемент.

В промышленности для выпуска цемента используют следующие компоненты:

• клинкер;
• гипс;
• специальные добавки.

Клинкер – самая весомая составляющая цемента. Он определяет прочностные качества конечного материала. Клинкер вступает в процесс производства в виде гранул. Диаметр гранул варьируется в пределах 10-60 мм. Термообработка составляющей производится при температуре около полутора тысяч градусов.

Количество гипса определяется установленным периодом твердения. В базовом варианте гипс в виде порошка входит в цемент в объеме 6%.

Сиалис: аналоги российского производства и другие дешевые дженерики для мужчин

Расшифровка марок цемента по новому ГОСТу 31108-2003

Актуальным нормативным документом, определяющим правила обозначения цементного вяжущего, является ГОСТ 31108-2003. В соответствии с ним тип материала указывается комбинацией русских букв, римских и арабских чисел.

В начале маркировки указывают полное название продукта, а затем – буквы ЦЕМ, римские цифры и буквы, обозначающие подтипы.

Таблица расшифровки марок цемента и области их применения

Краткие характеристики цемента разных марок:

• ЦЕМI – портландцемент. Отличается высокой скоростью набора прочности на начальных стадиях. Через сутки после укладки в опалубку продукт приобретает примерно 50% от марочной прочности. Количество минеральных добавок в таком вяжущем не превышает 5%.
• ЦЕМII – портландцемент с минеральными добавками, количество которых превышает 5% (до 35%). Скорость твердения такой смеси снижается с повышением процентного соотношения присадок.
• ЦЕМIII – шлакопортландцемент с нормальной скоростью твердения. В состав входит гранулированный шлак, образующийся при производстве чугуна, в количестве 36-65%.
• ЦЕМIV – пуццолановый с нормальной скоростью набора марочной прочности. В его составе имеются кремнезем (обозначается буквами «МК» или «М»), зола-унос («З»), пуццоланы («П»). Процентное соотношение добавок – 21-35%.
• ЦЕМV – композитное вяжущее с нормальной скоростью набора прочностных характеристик. В его состав входят 11-30% золы-уноса, 11-30% гранулированного шлака, который является отходом производства чугуна.

После указания подтипа (А или В) указывается тип присадки:

• Ш – шлак, который является отходом металлургической индустрии;
• И – известняк;
• З – зола-унос, которая является отходом энергетических предприятий;
• П – пуццоланы;
• М, МК – микрокремнезем.

Далее указывается прочность вяжущего, которая в ГОСТе 31108-2003 обозначается классом, а ранее она характеризовалась маркой.

Как определить марку (класс) прочности цемента в лабораторных условиях:

• изготавливают образцы из цементного раствора размерами, определяемыми ГОСТом;
• образцы помещают на вибростол и вибрируют в течение трех минут;
• образцы выдерживают в формах в течение двух суток, затем извлекают их и погружают в воду на 28 суток;
• насухо вытертые образцы испытывают на сжатие, средняя арифметическая величина сопротивления на сжатие трех образцов и является маркой (классом) прочности.

Какие бывают классы прочности цемента и каким маркам они соответствуют, а также их области применения, указаны в таблице.

После класса прочности в маркировке вяжущего указывают скорость его твердения:

• Н – нормально твердеющий;
• Б – быстро твердеющий.

В конце обозначения указывают нормативный документ, которому соответствуют характеристики материала.

Пример маркировки. Нормально твердеющий портландцемент с минеральными добавками до 5% классом прочности 32,5 (марка М400) обозначается следующим образом: «Портландцемент ЦЕМ I 32,5Н ГОСТ 31108-2003».