Съставът на цимента. От какво се състои циментът?

Съдейки по мащаба на приложение при строителството на минохвъргачки и бетони на основата на минерални свързващи вещества, изглежда, че историята на изкуствените камъни, базирани на цименти, датира от много векове. Но наистина доказаната технология на производство и оптималният състав на цимента стана известен преди по-малко от два века.

Изобретяване на камъка

Камъните на къщите от праисторическо време са били закрепени в стената с глина, но те не можели да оцелеят без изпичане, а най-древните сгради, които достигнаха до нас, били издигнати с вар. Изгорелият и смлян варовик (калциев оксид - Ca (OH)) след смесване с вода се втвърдява, абсорбира въглероден диоксид от въздуха и след това отново се превръща в камък. Основният недостатък на варовото свързващо вещество е неговата ниска влагоустойчивост, така че днес се използва повече в производството на силикатни тухли.

Друг вид въздух минерални халки (това е, набира сила във въздуха) - гипс. Получава се чрез топлинна обработка и последващо смилане на естествен гипсов камък (CaSO ₄ -2H ₂ O) или естествен анхидрид (CaSCu). Гипсовото свързващо вещество има дълга история на употреба от древни времена до наши дни. Най-ярките примери са луксозни гипсови и скулптурни декорации, листови материали (GVL, GKL) за сухо строителство и довършителни методи.

Хидравлични свързващи вещества

Обхватът на въздушните свързващи вещества е ограничен до местата, където готовите конструкции не са изложени на влага, в противен случай е необходимо да се използват водоотблъскващи (водоотблъскващи) добавки или да се изпълняват хидроизолационни мерки, поради което използването на хидравлични свързващи вещества е по-удобно и по-широко.

Те включват вещества, които образуват хидрати (в която влиза водна молекула кристална решетка като неразделна част от съединението, когато трансформацията в каменно тяло и по-нататъшното развитие на силата може да настъпи в влажна среда, а излагането на вода по време на експлоатацията на структурите не води до тяхното унищожаване.

Строителните разтвори и бетони за изготвяне на водоустойчиви конструкции се приготвят на базата на хидравлична вар (от седиментни варовикови скали със специален състав - мергели) и портландцимент, като последната дава на монолитни и сглобяеми елементи на сградата необходимата якост, а варови разтвори се използват там, където те са минимални.

История на цимента

Опити за преодоляване на ниската устойчивост на вар и гипсови съединения са предприети от древни времена. Цимент (каментус, преведен от латински - натрошен, натрошен камък) се появява чрез добавяне на различни видове вар минерални вещества с хидрофобни свойства. За целта бяха използвани натрошени остатъци от печени глинени тухли, различни вулканични скали. Така съставът на цимента, който е бил използван от строителите на древния Рим, включвал пуцолан - находища на пепелта на известния вулкан Везувий.

Експериментите продължиха много векове, докато необходимостта от голямо количество трайно и евтино свързващо вещество принуди строителите да разработят оптимална технология за нейното производство. Решаващият принос за такива изследвания е руският военен техник Егор Челиев, който публикува книга за цимент за подводни работи (1825 г.), и зидар от английски Лийдс, Джон Аспдин, който получи патент за портланд цимент (1824 г.). Това име идва от английския остров Портланд, който се намира в Ламанша и се състои от варовикови скали. Камъни от кариера, разположени на този остров, се считат за най-престижния строителен материал в Англия. Полученият от Аспдин изкуствен камък е много подобен на него по цвят и сила.

Интересното е, че технологията на Челиев е в по-голяма степен в съответствие с това, което сега се нарича Портланд цимент, а Aspdina циментът е направен, без да се приемат суровините сега.

Технология на производството

Циментовото свързващо вещество от различни производители може да се различава в суровините, но основните технологични операции са идентични. Първият етап е получаването на първоначалните минерални суровини, т.е. няколко етапа на смилане на варовик и глина, смесване на тези компоненти в правилните пропорции. Какво е цимент? Това обикновено е 3 тегловни части от варовик и 1 част глина. Понякога се използват седиментни скали - мергел, където тези компоненти са в правилното съотношение.

Сух и влажен метод

Има два начина за получаване на желаното състояние на сместа: "сух" и "мокър". Ако съдържанието на влага в компонентите е високо, глината и мекият варовик (креда) се разтварят във вода, след което от тази суспензия, наречена сурова кал, водата се отстранява чрез силно нагряване (изпаряване). Оказва се еднаква фина смес. По-икономичен начин е "сух", където няма етап на довеждане на утайката до кипене и сместа се натрошава механично.

Освен това, в ротационни пещи - цилиндри с диаметър около 5 m, с дължина около 200 m, с наклон за преместване на суровата маса в процеса на изпичане, се образува клинкер - закръглени гранули, които се появяват по време на синтероване на сместа при температура от 1450 ° С в резултат на физични и химични взаимодействия.

Клинкерът се охлажда и отлежава до две седмици преди крайната операция - съвместно смилане с определено количество гипс, което се добавя, за да се забави процеса на поставяне. Тук накрая се оформя циментовият състав, на същия етап се въвеждат различни минерални добавки, придавайки на свързващото вещество желаните специфични свойства.

Химическа основа

Изискваните свойства на най-популярното свързващо вещество определят химичния състав на цимента. В резултат на технологичната преработка на суровините клинкерът става съединение от различни химикали под формата на четири основни минерала:

1. Алит, трикалциевият силикат, съставлява по-голямата част от клинкера - 50-60%. Наличието в молекулната решетка на йони на манган, алуминий и желязо определя якостта на готовия разтвор или бетоновата смес, наети през първите 28 дни.
2. Белит - дикалциев силикат - е 15-30% и е в основата на силата, набрана от структурата на по-късна дата.
3. Алуминиева фаза - трикалциев алуминат - 5-10%. Бързата реакция на алуминат с вода и евентуално твърде бърза настройка изискват въвеждането на гипс, което забавя този процес.
4. Феритна фаза - тетракалциев алуминоферрит - 5-15%

Променяйки процентния състав на тези фази, въвеждайки допълнителни компоненти, е възможно да се произвежда цимент, чийто състав и свойства ще отговарят най-добре на конкретната ситуация по време на строителството.

Видове цимент

Шлаковият портландцимент се получава чрез добавяне на гранулирана шлака към портландциментния клинкер, страничен продукт от топене на желязо в доменни пещи. Използването на шлака намалява разходите, а съставът на цимента, произвеждан по тази технология, дава на структурите, основаващи се на него, повишена устойчивост на вода с богат минерален състав, например морски.

Бързо втвърдяване е цимент с преобладаване на алита и алуминатна фаза в клинкера, отличава се с изключително фино смилане - всичко това ускорява комплекта сила.

Сулфатоустойчивият портландцимент се използва за хидравлични конструкции, подводните части на които са подложени на постоянна експозиция на вещества, които причиняват сулфатна корозия. Какво е цимент, предназначен за такива критични структури? В суровините на клинкер, присъствието на трикалциев алуминат и белит е сведено до минимум.

Портланд циментът с намалено генериране на топлина и якост е необходим за производството на структури с голяма маса и обем, когато топлината, генерирана от екзотермичната реакция на втвърдяване, може да доведе до образуването на пукнатини. Съставът на този цимент е подобен на сулфата.

Бял цимент

Изработени продукти бял цимент притежават повишени естетически качества. Наличието в изходната суровина на железен оксид и манганов оксид придава на готовия прах характерен сиво-зелен цвят, съответно, съставът на белия цимент подсказва минималното присъствие на такива соли и използването на леки каолинови видове глина за изходната суровина.

Има много повече видове циментово свързващо вещество със специални качества: хидрофобни, алуминиеви, водоустойчиви, разширяващи се, деформиращи, пластифицирани, пясъчни и др.

Състав и сила

Най-важният показател за качеството на цимента е силата на продуктите, произведени от нея. ГОСТ установи необходимите индикатори, които са обозначени със специални маркировки. Цифрови средства граница на якост огъване и сгъстяване по време на лабораторни тестове на стандартни проби, чието съпротивление се влияе и от състава на цимента. M400 означава, че пробите са издържали натоварване от 400 kg / cm² (или 40 MPa).

Проучванията показват, че минералният състав на суровината е най-важният фактор, влияещ върху якостта на циментовите разтвори и бетони. Правилният избор на компоненти ви позволява да намерите правилното съотношение между скоростта на сила и крайната стойност на устойчивост на стрес, което само се увеличава с времето. Съставът на цимент M500 ви позволява да създавате греди и плочи, които могат да издържат на огромни натоварвания.

Днес в света се произвежда огромно количество цимент от най-разнообразно качество. Изборът на суровини за него често се определя от икономически фактори, а с правилното отношение към строителния процес трябва да се знае от какво се състои циментът, който ще се използва за правилния избор и ще бъде уверен в силата и издръжливостта на бъдещия дом.