Цемент состав: состав, химическая формула и производство

Из чего делают цемент, его виды и состав

Наверх

Перепланировки

• Каталог домов

Рассылка
С чего начать ремонт
О проекте
Реклама
Контакты

Facebook
Vkontakte
Odnoklassniki
Instagram
Pinterest

Дизайн и декор

• Квартира
• Спальня
• Кухня
• Столовая
• Гостиная
• Ванная комната, санузел
• Прихожая
• Детская
• Мансарда
• Маленькие комнаты
• Рабочее место
• Гардеробная
• Библиотека
• Декорирование
• Мебель
• Аксессуары
• Загородный дом
• Ландшафт
• Системы хранения
• Коридор
• Уборка

Строительство и ремонт

• Фундамент
• Кровля
• Стены
• Окна
• Двери и перегородки
• Потолок

Состав и свойства цемента.

Цементом называется вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса и добавок. Клинкер получают в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины или некоторых других материалов (мергеля, нефелинового шлама, доменного шлака), взятых в соотношении, которое обеспечивает образование в клинкере силикатов кальция, алюминатной и алюмоферритной фаз. Клинкер – один из важнейших компонентов цемента, от его состава зависят основные свойства цемента, полученного на его основе.

Введение в состав цемента до 15% активных минеральных добавок, предусмотренных стандартом, влияет на его свойства сравнительно в небольшой степени. Если ввести таких добавок больше (выше 20%), свойства получаемого продукта будут уже заметно отличаться от свойств цемента. Такой продукт называют пуццолановым цементом. Предусмотренный стандартом разрыв в дозировке гидравлических добавок от 15 до 20% сделан для того, чтобы более отчетливо различать цемент и пуццолановый цемент.

Удельный вес портландцемента колеблется в пределах 3,0-3,2. Объемный вес цемента в рыхлонасыпанном состоянии 900-1300 кг/м3, а в уплотненном 1400-2000 кг/м³. При расчете емкости складов объемный вес принимают равным 1200 кг/м³, а при объемной дозировке материалов для приготовления бетонной смеси 1300 кг/м³.

Цемент (ГОСТ 10178-76) выпускают без добавок или активными минеральными добавками, отвечающими требованиям ОСТ 21-9-74. К основным свойствам цемента относятся: прочность (активность), сроки схватывания, равномерность изменения объема, тонкость помола, плотность, водопотребность, водоотделение, морозостойкость, тепловыделение, сцепление со стальной арматурой.

Прочность – свойство материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные нагрузки. Прочность цемента зависит от его потребности затвердевать при смешивании водой в прочное камневидное тело. По механической прочности цемент подразделяется на четыре марки: 400, 500, 550 и 600. Марка прочности определяется пределом прочности при изгибе образцов.
Подробнее — прочность цемента.

Сроки схватывания цемента определяют при испытании теста нормально густоты. Нормальная густота цементного теста характеризуется количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента. Равномерность изменения объема цемента определяют при испытании образцов кипячением в воде. Если цемент после вылеживания не обладает равномерностью изменения объема, то его нельзя применять в строительстве, так как могут появиться вредные напряжения и бетон разрушится. Тонкость помола цемента влияет на скорость его схватывания и твердения. Чем тоньше измельчен цемент, тем выше его прочность, особенно в начальный период твердения. Тонкость помола характеризуется также удельной поверхностью, т.е. суммарной поверхностью всех частиц, содержащихся в 1 кг цемента. Плотность цемента колеблется в пределах от 3000 до 3200 кг/м3.
Подробнее — скорость схватывания цемента.

Изменение объема цемента при твердении. По стандарту приготовленные из цемента лепешки при испытании кипячением в воде должны равномерно изменяться в объеме. Цемент, не удовлетворяющий этому требованию, применять в строительстве нельзя, так как это приводит к появлению вредных напряжений и даже разрушению бетона.
Подробнее — твердение цемента.

Водопотребность цементного теста. Вода добавляемая к цементу при затворении, необходима для нормального течения химических процессов, происходящих при твердении цемента, и для придания свежеприготовленному цементному раствору или бетону подвижности (пластичности, текучести), что обеспечивает плотность его укладки в форму или опалубку. Уменьшить водопотребность и увеличить пластичность цемента можно путем введения пластифицирующих органических и неорганических поверхностно-активных веществ, например сульфитно-дрожжевой бражки.
Подробнее — водопотребность и связующая способность цементного теста.

Водоотделение цементного теста – процесс отжима воды в затворенном цементном тесте, растворе или бетоне под действием силы тяжести зерен заполнителя и частиц цемента. Некоторое количество воды при этом выступает на поверхность уложенной бетонной смеси (наружное водоотделение), а часть воды скапливается под поверхностями зерен крупного наполнителя (внутреннее водоотделение).
Подробнее — водоотделение и водоудерживающая способность цементного теста.

Морозостойкость цементных растворов и бетонов – способность сопротивляться попеременному их замораживанию и оттаиванию в пресной или морской воде. Вода при замерзании превращается в лед, при этом она увеличивается в объеме примерно на 8 %. Это создает давление на стенки пор, нарушает структуру раствора или бетона и в конечном результате приводит к его разрушению.
Подробнее — влияние пониженных и повышенных температур на твердеющий цемент.

Тепловыделение. В процессе твердения цемент выделяет тепло. Если тепло выделяется очень медленно, то это обычно не вызывает возникновения трещин в бетоне. Если же этот процесс протекает сравнительно быстро, то применять данный цемент для возведения массивных сооружений не следует. Количество выделяющегося при твердении тепла можно уменьшить путем подбора соответствующего минералогического состава цемента, а также посредство введения некоторых измельченных активных минеральных и инертных добавок.
Подробнее — выделение тепла при твердении цемента.

Коррозионная стойкость цемента в основном зависит от плотности бетона или раствора и минералогического состава цемента. Коррозионная стойкость бетона уменьшается с увеличением его пористости и с повышением тонкости помола цемента.
Подробнее — коррозия цемента, виды коррозии и борьба цементной коррозией.

где используется, для чего нужен, виды

Сегодня применение цемента достаточно широко – несмотря на появление новых строительных материалов, бетон на основе цементного вяжущего по-прежнему считается самым популярным, универсальным и предпочтительным во многих случаях вариантом. Цемент представляет собой порошкообразное вещество, относящееся к классу неорганических.

Цемент производят при помоле клинкера, который, в свою очередь, получают путем обжига при высоких температурах глины и извести, взятых в определенных пропорциях. К порошку могут добавляться различные минеральные вещества, пластификаторы для улучшения свойств и т.д. Цемент используют в виде вяжущего при замесе бетонных растворов разного типа и назначения.

Главная функция цемента – качественное скрепление конструктивных элементов создаваемых конструкций и возводимых зданий. Бетонные растворы используют для заливки полов и разных конструкционных элементов, монолитного строительства, производства тех или иных изделий и т.д.

Как работает любой вид цемента:

• При затворении водой превращается в вязкую пасту.
• Цвет меняется со светло-серого на темный.
• Бетон быстро набирает твердость во влажной и теплой воздушной среде.

Смесь в течение 28 дней (как правило) набирает прочность и постепенно превращается в искусственный камень с очень высокими характеристиками прочности, стойкости. Свойства цемента могут быть разными, зависят от массы факторов: вида самого вяжущего, наличия добавок, особенностей и условий применения, соблюдения технологии замеса и укладки.

Основные показатели, которые учитывают при выборе цемента:

• Прочность – обозначается маркой и буквой М (чем выше рядом число, тем выше прочность: к примеру, М400 говорит о том, что камень может выдержать нагрузку в 400 кг/см2). Также считается в классах (буква В и рядом двухзначное число, которое отображает нагрузку, что может выдержать материал, в МПа).
• Морозостойкость – важная характеристика, считается в количестве циклов заморозки/оттаивания.
• Стойкость к коррозии – способность противостоять негативному влиянию окружающей среды. Самый стойкий пуццолановый цемент, его используют для возведения подземных/подводных объектов.
• Водостойкость – способность схватываться в воде, а также выдерживать при необходимости воздействие воды и влаги.
• Сульфатостойкость – способность выдерживать воздействие воды с сульфат-ионами, что важно при строительстве гидросооружений, которые соприкасаются с соленой водой.
• Тонкость помола – оказывает влияние на период затвердевания и прочность. Чем более мелко смолот порошок, тем прочнее получится бетон.

Дополнительные свойства могут обеспечиваться специальными добавками в составе порошка, объем которых производитель всегда указывает на упаковке в маркировке и описании.

Производство цемента

Все разновидности цемента производятся по одной технологии. Могут отличаться составляющие и их пропорции, добавляться какие-то минеральные и другие вещества в конце, но само производство всегда предполагает определенные этапы и действия. Все современные смеси составляются на базе портландцемента.

Упрощенное описание технологии производства цемента:

1. Получение первичного сырья: перемолотый известняк и глина смешиваются в шлам в пропорции 4:1.
2. В процессе обжига шлама при температуре +1500 градусов по Цельсию сырье спекают в твердую массу, которая называется клинкер.
3. Клинкер очень мелко смалывается до состояния порошка.

К клинкерному порошку добавляют минеральные присадки, гипс, чтобы получить цемент с нужными свойствами.

Состав

В составе цемента работают несколько составляющих на молекулярном уровне. Материал представляет собой тонкий порошок серого цвета, а вот компоненты в его химической формуле есть разные и отвечают за те или иные процессы в бетоне.

Какие вещества содержит цемент:

• Кальциевый оксид – в объеме около 67%.
• Кремниевый оксид – в объеме до 22%.
• Алюминиевые окиси – до 5%.
• Оксид железа – в объеме до 3%.
• Разного типа модифицирующие компоненты – максимум 3%.

Материалы, составляющие основу цемента:

• Клинкер из глины и извести – от его качества зависят прочность и другие свойства материала.

• Минеральные компоненты – специальные добавки для улучшения характеристик, расширения сферы использования цемента. Это могут быть измельченные сланцевые материалы, гранулированные шлаки, пуццолановые ингредиенты, известь и т.д.
• Вспомогательные компоненты с сульфатом кальция – для регулирования особенностей прохождения процесса гидратации.
• Специальные присадки – синтетические компоненты, повышающие стойкость к кислотам, температурам, агрессивным средам, щелочам.

Портландцемент отличается по составу не только из-за добавления в него компонентов в процессе производства, но и из-за особенностей мест добычи сырья. Так, в каждом регионе цемент другой, хоть и отличия несущественные.

Варианты составов материала:

• Разные виды глины (включая глинистый сланец и лесс).
• Мергель, известняк, мел, другие карбонатные породы.
• Минеральные присадки: кремнеземы, глиноземы, апатит, флюорит, плавиковый шпат, гипс, фосфогипс и т.д.

Прочность

Прочность является одним из самых важных свойств цемента, которое определяет сферу применения, предполагаемые нагрузки, технические характеристики конструкции из бетонного монолита. Нормативную прочность на сжатие цемент приобретает по прошествии 28 дней с момента затворения.

Прочность можно посмотреть по марке (самые популярные марки цемента М300, М400 и М500, указывают на прочность в кг/см2) и классу (указанным маркам соответствуют примерные показатели В20, В30 и В40). Приготовленный раствор твердеть начинает в течение 1-2 часов, завершается процесс минимум через 12 часов после укладки.

Далее появляется гидратационное тепло и бетон набирает прочность в течение 28 суток. При низких наружных температурах тепло позволяет цементу набрать полный цикл прочности, при высоких – может спровоцировать ускорение прохождения реакции, в результате чего распространяются трещины из-за появления температурных напряжений.

Прочность цемента смотрят на упаковке и в специальных таблицах, для каждой сферы и типа конструкции, определенной нагрузки ищется оптимальный показатель. На прочность влияет также соблюдение технологии замешивания раствора, укладки, ухода после.

Виды цемента

Когда рассматривают цемент, виды указывают в достаточно большом количестве, но и они не исчерпывают все многообразие материалов, что можно создавать из вяжущего. Ведь при правильном подходе придавать цементу разные свойства можно, вводя в состав те или иные добавки. А ввиду того, что цемент используется в самых разных сферах и областях, вариантов приготовления смеси существует множество. Варьироваться состав порошка может также за счет особенностей сырья, добываемого в том или ином регионе.

Рассмотрение наиболее популярных видов цемента:

• Портландцемент – универсальный базовый материал, который применяется в самых разных ремонтно-строительных работах практически во всех сферах.
• Глиноземистый – производится на базе известняка или глиноземов, актуален для срочных аварийных работ, зимой, при воздействии минерализованных вод, так как быстро схватывается. Не применяется в жарком климате.
• Магнезиальный – сделан на базе оксида магния, затворенного хлоридами и сульфатами магния. Цемент влагостойкий и прочный, используется в разных областях.
• Известково-шлаковый – в нем 30% извести и 5% гипса.
• Тонкомолотый – портландцемент с песком и миндобавками (известняки, перлиты, зольные, шлаковые, вулканические материалы).

• Фосфатный – в его составе есть оксиды, фосфорная кислота и иные составы, которые в соединениях производят фосфатное затвердевание.
• Смешанный – основное вещество оксид кремния, в состав введены добавки (шлаки, обожженные глины, зольные и топливные вещества, керамзит, гипс, осадочные горные породы и т.д.).
• Кислотоупорный – в смесь введены растворимое стекло, кислотоупорные наполнители для твердения, водный раствор силиката натрия.
• Специальный тампонажный цемент – для его производства измельчаются вместе гипс, клинкер и триэтаноламин.
• Цветной – белый портландцемент смешивают с пигментами или добавляют натуральные красители (охра, железный сурик, окись хрома) еще на этапе обжига клинкера с дальнейшим помолом.
• Водонепроницаемый – основными ингредиентами выступают бокситы, известняки, оксид алюминия.
• Кладочный – цемент включает в составе 20% портландцементного клинкера, а также доменные шлаки, разные минеральные материалы.

• Шлакощелочной – производится из отходов и шлаков доменных печей, которые создают с щелочами прочный и качественно твердеющий строительный материал.
• Сульфатостойкий – обыкновенный состав с модифицирующими добавками, которые делают вяжущее стойким к негативному воздействию и более прочным.
• Расширяющийся – цемент, который увеличивается в объеме в процессе твердения на воздухе за счет введения в состав определенных гидравлических добавок.
• Карбонатный – его делают на базе сидеритовых или глинистых карбонатных пород с 25-30% доломитов или известняков.
• Гидрофобный – состав со специальными добавками, которые делают его стойким к воздействию воды.
• Пуццолановый цемент – собирательное название категории материалов, в составе которых есть минимум 20% активных минеральных добавок.

Кроме того, на рынке можно найти много других составов, которые могут использоваться при выполнении определенных видов работ в тех или иных условиях, сферах.

Основные марки

Марки цемента обозначаются буквой М и цифрами от 25 до 1000. Самые распространенные марки – М100, М200, М300, М400 и М500. Остальные применяются для конкретных задач и намного реже. Самые универсальные и прочные марки цемента – М400 и М500. Как было указано выше, цифры рядом с индексом говорят о нагрузке в кг/см2, которую может выдержать застывший камень.

Марки ниже М100 и М200 применяются для штукатурки, кладки, выше М600 – для возведения объектов особого назначения (военных, бункеров, ракетных шахт и т.д.).

Кроме прочности, маркировка цемента может представлять много другой важной информации. В первую очередь, обращают внимание на буквы.

Что обозначают буквы в маркировке цемента:

• ПЦ – портландцемент.
• ШПЦ – шлако-портландцемент.
• Б – быстротвердеющий состав.
• СС – вяжущее с сульфатостойкими свойствами.
• ПЛ – цемент уже с пластификатором в составе.
• Н – нормированный, цемент с подтвержденной прочностью.
• ВРЦ – водонепроницаемый цемент (применяется в возведении гидротехнических сооружений).

Также по ГОСТу 31108 указывают наличие добавок в порошке: I обозначает, что добавок нет; II – в цементе есть минеральные компоненты. Объем добавок обозначается буквами: А – 6-20% минкомпонентов, Б – 21-35%. Добавками могут выступать пуццолан, шлак, полимеры и т.д. Скорость твердения также обозначается буквами: Н – нормально твердеющее вяжущее, С – скорость средняя, Б – быстротвердеющие смеси.

Добавки в цементе также индексируются буквой Д и цифрами, отображающими процент содержания. Д0 – добавок нет, Д20 – в состав цемента включено 20% добавок, в результате чего вещество получается более пластичным. Общее правило такое: чем выше марка, тем больше прочность; чем выше процент добавок, тем эластичнее цемент (но при критичном содержании прочность может падать).

Наиболее востребованные марки цемента:

• М100, М200, М300 – производство разных элементов и изделий с нужными характеристиками.
• М400 – применяются при заливке сборного/монолитного железобетона.
• М500 – актуален для производства гидротехнических конструкций и плит, которые находятся в воде переменного уровня, для заливки бордюров и тротуаров, фундаментов всех видов.
• М600 – бетонирование сборных конструкций повышенного качества.
• М700 – работа с постройками, где отмечены высокие нагрузки и зоны напряжения.

Область применения

Область применения цемента напрямую зависит от его свойств и характеристик. В СНиПах и ГОСТах указаны все правила и особенности применения разных марок цемента с определенными техническими характеристиками в строительстве зданий, производстве изделий и т.д. Также влияют на выбор цемента условия его применения, поставленные задачи, особенности эксплуатации.

Где применяют цемент:

• Проведение общестроительных работ – от строительства хозпостроек и малоэтажных домов до заливки многоэтажных зданий, в сборных и монолитных фундаментах и перекрытиях, заливке полов, стен. Применяется цемент также для замеса кладочного, штукатурного раствора.

• Дорожно-промышленное строительство – возведение взлетно-посадочных полос, мостов, гидротехнических конструкций, несущих частей многоэтажных зданий.
• Добывающая промышленность – укрепление технических сооружений, тампонирование газовых/нефтяных скважин.
• Сооружения, эксплуатируемые в сложных и агрессивных условиях – при повышенных сульфатах, в кислотах, где наблюдается частое замораживание/оттаивание.

Несколько полезных советов по использованию цемента

Чтобы произведенный из цемента бетонный раствор соответствовал всем требованиям и был пригодным для создания прочных, надежных, долговечных конструкций и изделий, необходимо помнить о некоторых правилах.

Полезные рекомендации по применению цемента:

• Хранить вяжущее нужно не больше 3 месяцев и только в защищенном от влаги, ветра месте. Лучше всего на специальных поддонах, в заводских мешках.
• Правильный рецепт следует искать сразу и добавлять компоненты можно лишь на этапе смешивания сухих ингредиентов. Когда цемент затворен водой, добавлять сухие компоненты уже нельзя. Поэтому воду изначально льют по чуть-чуть, добиваясь нужной консистенции.

• Открытый мешок с цементом хранить можно не больше 1 недели при условии низкий влажности и максимум 1 день при высокой влажности.
• Скомковавшийся цемент нельзя использовать – некоторые советуют разбить камни и применять как обычное вяжущее, но реакция уже прошла и обратно не вернуть химическую формулу. Применять такой цемент можно лишь в виде наполнителя и то в объеме, не превышающем треть от общего объема наполнителей.
• При замешивании бетона нужно четко следовать пропорциям, любое отклонение понизит свойства.
• В мороз применять нужно специальный морозостойкий цемент. В сильную жару лучше не работать или организовать тщательный уход за затвердевающим бетоном.
• Больше цемента или слишком высокая марка – не значит выше прочность. Всегда нужно ориентироваться на стандарты и применять ту марку, которая подходит для конкретного вида работ. При выборе вяжущего низкой марки бетон не обеспечит нужные характеристики, высокой – расходы будут не оправданны неактуальными свойствами.

Цемент как строительный материал — известный с давних времен материал способен творить в строительстве главенствующую роль.

Цемент как строительный материал

Цемент – это материал искусственного происхождения, в основе состава которого лежат минеральные вещества (известняк и глина). Он является гидравлическим веществом, т.к. его затвердевание происходит с участием воды. Основной особенностью цемента является т.н. затворение водой, т.е. образование камнеподобного нерастворимого соединения. Этот процесс происходит благодаря образованию гидратов, которые при взаимодействии с воздухом или водой превращаются в безводные минералы гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферраты(III) Са. В процессе затвердевания образуется карбонат кальция и двойные сульфаты, нерастворимые в воде.

Химический состав

Формула цемента может отличаться, однако в наиболее общем смысле материал представляет собой смесь известняка, основную часть которого составляет CaCO3, и глины, породобразующим веществом в которой является каолинит. Так, широко используемый портландцемент имеет в своем составе 67 % СаО, 22 % SiO2, 5 % Аl2О3, 3 % Аl2О3 и около 3 % вспомогательных веществ. Для обозначения часто используют сокращенную формулу CCN.

Свойства

Основным качеством цемента является способность к затвердеванию и получению прочных соединений, стойких к внешним нагрузкам. Смешанный с водой он пластичен, что позволяет создавать изделия различных форм. Материал отличается по тонкости помола, срокам застывания, плотности. К основным характеристикам цемента относят равномерность изменения объема при схватывании, количество водоотделения, стойкость к различным внешним воздействиям (влага, температуры, кислоты и т.п.).

Добыча сырья

Добыча природных компонентов проводиться в карьерах открытым способом с применением бульдозеров и другой техники. Также может использоваться гидротехнический метод или буровзрывательные работы. Чаще всего производства располагают недалеко от мест добычи.

Из карбонатных пород применяют известняк, мел, известняк-ракушечник, мергели и др. В качестве глинистого сырья могут использовать мергель, глинистый сланец, лесс и т.п. Широкое применение в цементной промышленности нашли шлаки, золы, шлам, гипсосодержащие отходы, которые снижают себестоимость продукта.

Способы производства

Мокрый. Отдельно измельченные породы смешивают и еще раз перемалывают в водной среде. Полученная суспензия — шлам — перемешивается, в нее добавляют вещества, корректирующие состав. После этого порошок с водой подается на обжиг в печь. В результате спекания получают клинкер.

Сухой метод предполагает сушку (до влажности менее 1 %) измельченных пород. Такую смесь, в которую при необходимости добавляют корректирующие составы, нагревают до образования клинкера.

Комбинированный способ предполагает переработку сырья до состояния шлама мокрым способом. Смесь с водой до поступления в печь обезвоживают в фильтрах (влажность не более 19 %). В некоторых случаях шлам обжигают во вращающихся печах до влажности 6-10 %, а затем отправляют на обжиг.

Полученный клинкер перемалывается в цемент и упаковывается.

Применение

Сфера использования цементов широка. Их применяют для кладки кирпича, обустройства фундаментов зданий различного назначения. Цемент является одним из основных компонентов бетона, который используют как самостоятельно, так и в форме железобетона. Сегодня эта смесь активно вытесняет другие строительные материалы (дерево, камень и т.п.), ее используют в гражданском и промышленном строительстве.

Отдельного внимания заслуживает декоративное применение цемента.

Из него производят изделия для садово-парковых ансамблей, которые отличаются не только высокими эстетическими качествами, но и длительным сроком службы. Удобен он для изготовления беседок, скамей, ротонд, колонн и других малых архитектурных форм или внутренних декоративных элементов.

Его применяют при производстве фасадных панелей, брусчатки и тротуарной плитки.

Цемент: характеристики, виды и свойства | Статьи | Знания

Цементом называют порошкообразное вяжущее вещество, обладающее гидравлическими свойствами. Производится на основе клинкера, в который в качестве присадок добавляются минеральные добавки, содержащие сульфат кальция. Применяется в основном для приготовления строительных растворов и различных бетонов, которые имеют широкую сферу применения. Принципиальное отличие цементного раствора от других минеральных вяжущих – возможность набирания прочности даже во влажной среде, в то время как другим растворам (например, гипсовому), нужен сухой воздух.

Характеристики и свойства цементов

Для различных видов цемента присущи свои, уникальные характеристики, общими из которых считаются следующие свойства:

• Стойкость цементного камня к коррозии – способность отвердевшего бетона противостоять агрессивному воздействию химических и щелочных сред. Для улучшения коррозиестойкости, при производстве в состав вводятся полимерные компоненты, снижающие пористость бетона.
• Водопотребность: потребность сухого материала в определённом количестве воды для набирания необходимой подвижности готового раствора, обусловленной техническими условиями применения. При излишках воды в растворе, его поверхность получается недостаточно прочной, склонной к разрушению.
• Тонкость помола – основная характеристика дисперсности цемента. Определяется количеством сухого остатка на сите после контрольного просеивания. Тонкость помола влияет на прочностные характеристики цементного камня и себестоимость производства.
• Морозостойкость: устойчивость к отрицательным температурам, а также многоразовому замораживанию и оттаиванию. Качество цемента зависит от количества циклов, которое может выдержать отвердевший раствор без видимых разрушений. Для увеличения долговечности бетона используются различные минеральные присадки, увеличивающие его морозостойкость.
• Прочность и предел прочности раствора определяется усилиями (измеряются в МПа), которые необходимо приложить для разрушения опытного образца. В зависимости от этого показателя цемент подразделяется на марки от М300 до М600. Для специальных объектов применяется продукция марки 700 или 1000.
• Время схватывания определяется началом и окончанием отвердевания раствора. Этот показатель зависит от вида цемента, минеральных компонентов и модификаторов, входящих в состав, а также температурных и влажностных условий.

Выбор цемента: на какие характеристики обратить особое внимание

Все строительно-технические свойства цементов важны при проведении любых работ. Поэтому с уверенностью обозначить наиболее важные характеристики невозможно. Выбор производится по совокупности свойств и характеристик, наиболее полно подходящих для выполнения конкретных строительных или других задач. Именно поэтому существует довольно большое количество различных цементов, как общего, так и специального назначения.

Виды цементов

Классификация цементов на виды осуществляется в зависимости от вида клинкера и дополнительных компонентов, использующихся при изготовлении. Состав также влияет и на основную сферу применения.

Портландцемент

ПЦ – самый распространённый вид строительного материала, имеющий несколько разновидностей. Изготавливается из портландцементного клинкера, основой которого является двух и трёхкальциевый силикат, а также оксиды кремния и кальция.

ПЦ применяется в строительстве для изготовления отделочных и кладочных растворов, приготовления пенобетона, производства ж/б сборных и монолитных конструкций общего назначения.

Быстротвердеющий портландцемент

Одной из разновидностей ПЦ считается быстротвердеющий (БПЦ) материал, в состав которого кроме портландцементного клинкера входят минеральные компоненты, обеспечивающие интенсивный набор прочности на начальном этапе отвердения.

БПЦ применяется при производстве ж/б конструкций без пропаривающих камер, а также при скоростном (безостановочном) темпе строительства для приготовления кладочного раствора.

С гидрофобирующими добавками

Разновидность ПЦ с высокими водонепроницаемыми свойствами, которые достигаются путём введения в состав таких гидрофобных компонентов, как олеиновая кислота, асидол, мылонафт и так далее. Благодаря этим добавкам на поверхности цементного камня образуется гидрофобная плёнка, которая уменьшает гигроскопичность а, следовательно, влагопоглощающие свойства бетона.

Такие присадки используются при изготовлении раствора для фундаментов, ж/б конструкций, эксплуатируемых во влажных и мокрых условиях, в воде или когда есть угроза подтопления.

Цемент с ПАД

Поверхностно-активные добавки вводятся в состав в процессе помола. При перемешивании, ПАД образуют на зёрнах цемента тончайшую плёнку, предотвращающую сцепление частиц между собой. Это придаёт готовому раствору хорошую подвижность и пластичность, делает его удобоукладываемым.

Такой раствор применяется при создании сложных архитектурных конструкций, рельефных композиций, отлива декоративных элементов.

Тампонажный

Белитокремнезёмистый и низкогигроскопичный цементы изготавливаются с применением различных присадок, увеличивающих текучесть жидкого раствора, скорость схватывания и его прочность после окончательного застывания.

Применяются для защиты от грунтовых вод нефте- и газодобычных скважин методом их тампонирования.

Белый

Повышенное содержание таких силикатных и глинозёмистых компонентов, как глина, белый диатомит, каолин, известняк без окислов железа и марганца придают цементу белого оттенка. В процессе производства разогретый клинкер подвергают резкому охлаждению водой, что позволяет повысить белизну продукции.

Белый цемент используется при производстве искусственного камня, различных декоративных сухих смесей, изготовлении скульптур и других декоративных изделий, а также для устройства наливного пола.

Цветной

Если в белый цемент добавить сухой цветовой пигмент, получается цветной материал. Этот способ позволяет добиться практически любого оттенка и насыщенности раствора. Ещё один способ получения цветного портландцемента – технологический обжиг сырья. При определённой температуре клинкер меняет цвет на зелёный, жёлтый и чёрный. Особенность цветного продукта – большая усадка, выпадение солей и медленное затвердевание. Поэтому в раствор обычно добавляются пластификаторы и наполнители.

Применение цветных составов – оформление скульптур, декоративная штукатурка, производство цветной плитки и другие сферы.

Пуццолановый

Этот вид продукции включает в свой состав до 30% минеральных добавок и активные компоненты, которые вступают в химическую реакцию с цементом. Такие добавки делают готовый бетон стойким к сульфатам и пресной воде, а при изготовлении изделий автоклавным методом – очень прочным.

Изделия их пуццоланового цемента чаще всего используются при строительстве подземных или подводных коммуникаций и сооружений, так как они обладают слабой морозостойкостью.

Шлаковый

Гидравлические вяжущие, входящие в этот вид материала, изготавливаются из помолотых шлаков доменных печей и некоторых активизаторов. Железобетонные конструкции, изготовленные из шлакового цемента, отличаются высокой прочностью, а раствор применяется для кладки фундаментов и других конструкций с несущими функциями.

В зависимости от применяемых активизаторов, выделяют два основных вида продукции на основе доменного шлака:

1. ШПЦ: продукт с добавлением портландцемента и гипсового наполнителя. Шлакопортландцемент отличается медленно нарастающей прочностью, низкой экзотермией и устойчивостью к агрессивным средам. Применяется при строительстве портов и других гидротехнических сооружений.
2. ИШЦ: материал с добавлением извести, может включать небольшое содержание гипса и портландцемента, что улучшает его прочностные характеристики. Известково-шлаковый материал применяется для изготовления низкомарочного бетона, устойчивого к воздействию пресной воды.

Глинозёмистый

Изготовляется из известняка и других видов сырья, богатых глинозёмом. Помолотое сырьё подвергается термической обработке, поэтому цемент имеет тёмно-коричневый и даже чёрный оттенок. При приготовлении раствора требуется на 10% больше воды, чем для обычного портландцемента. При застывании выделяет тепло.

Глинозёмистый материал используется при проведении зимних строительных работ, аварийного строительства, ремонта мостов, подземных и других коммуникаций. Благодаря высокой огнестойкости, применяется в качестве кладочного раствора при возведении печей, каминов, дымоотводных и вентиляционных каналов.

Расширяющийся

Этот вид цемента обладает уникальной способностью расширяться в процессе твердения. Приращение объёма происходит благодаря химической реакции между вяжущим веществом и специальной добавки. В качестве вяжущего применяется глинозёмистый цемент, гипс, портландцемент и алюминат кальция. Раствор отличается быстрой схватываемостью (в зависимости от вяжущего, от 10 до 30 минут), отличной водонепроницаемостью и прочностью.

Расширяющиеся цементы применяются для изготовления ж/б труб и других изделий, эксплуатация которых предусматривает постоянный контакт с влагой, а также при ремонте различных гидротехнических сооружений и для создания водонепроницаемых швов в строительных конструкциях.

Особенности маркировки

Чаще всего цемент фасуется в мешки по 25 и 50 кг из крафт-бумаги, на которые наносится соответствующая маркировка.

1. Прежде всего, указывается нормативный документ, согласно которому произведён данный вид цемента.

2. Класс цемента по прочности на сжатие: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5, означающий максимальное давление в МПа, которое может выдержать опытный образец.

3. Состав входящих компонентов обозначается римскими цифрами:

• I – портландцемент;
• II – портландцемент с минеральными добавками;
• III – шлакопортландцемент;
• IV – пуццолановый;
• V – композиционный цемент.

4. Маркировка цемента по видам производится следующими буквенными обозначениями:

• ПЦ – портландцемент;
• БЦ – белый;
• ВРЦ – водонепроницаемый расширяемый;
• СС – сульфатостойкий;
• ПЛ – пластифицированный;
• ШПЦ – шлакопортландцемент;
• ГФ – гидрофобный.

5. В зависимости от скорости набирания цементом прочности, наносится следующая маркировка:

• ЦЕМ I – цемент с максимальной скоростью набора прочности. 50% от проектной прочности набирается меньше чем за 48 часов. Может содержать не более 5% добавок.
• ЦЕМ II – содержит от 6 до 35% добавок, влияющих на скорость затвердевания раствора. Чем больше добавок, тем медленнее происходит схватывания.
• ЦЕМ III – шлакопортландцемент с нормальной скоростью схватывания. Содержит добавок от 36 до 65%.
• ЦЕМ IV – цемент пуццолановый. Имеет среднюю скорость твердения. Содержит различных добавок от 21 до 35% от общей массы.
• ЦЕМ V – цемент на основе композиционного сырья со средней скоростью твердения. Содержит небольшое количество дополнительных компонентов (11–30%).

Способы производства цемента

Технология получения цемента включает в себя два этапа:

1. Получение клинкера. Минеральное сырьё, добытое различными методами, проходит дробилку, где разбивается на куски около 10 см в диаметре. После этого все компоненты, необходимые для производства смешиваются и обжигаются до получения однородной спёкшейся массы: клинкерных шариков.
2. Перемалывание клинкера в порошок. В клинкерный порошок вводятся дополнительные компоненты, входящие в состав данного вида цемента, после чего производится их перемешивание и дополнительный помол.

В зависимости от физическо-технических характеристик исходного сырья, производство цемента осуществляется по одной из трёх технологий:

1. Мокрый метод используется при изготовлении цемента из глины, мела и железосодержащих наполнителей. В результате помола сырья в воде, образуется шихта, которая подаётся в барабанные печи. В начальной стадии лишняя влага из шихты испаряется, после чего производится высокотемпературный обжиг. На выходе из печи получают клинкерные шарики, которые затем перемалываются в порошок.
2. Сухая технология отличается тем, что сырьё перемалывается и подаётся в печь в сухом состоянии.
3. Комбинированный способ производства может осуществляться двумя методами:
   1. сырьё готовится в воде, а полученная шихта фильтруется от воды, после чего подаётся в печь на обжиг;
   2. сухое сырьё измельчается, после чего увлажняется до образования влажной шихты, которая и отправляется на обжиг.

В связи с высокими энергозатратами при использовании мокрого метода, большинство производителей применяют сухую технологию производства цементного порошка.

Технические стандарты

Технические условия, свойства, характеристики, сферы применения, классификация и другие аспекты регламентируются следующими документами:

Основные производители

Цемент является востребованным строительным материалом, поэтому его производство налажено практически во всех крупных промышленных регионах России. Рассмотрим наиболее крупные предприятия.

«Евроцемент груп» – крупнейший в России холдинг, специализирующийся на производстве строительных материалов. Холдинг насчитывает 16 заводов по производству цемента, расположенных в различных регионах России, а также в странах ближнего зарубежья.

ОАО «Новоросцемент» – крупный отечественный производитель цемента, в 2017 году отмечающий 135 лет со дня образования. Мощности завода позволяют выпускать около 5,7 миллиона тонн цемента, отвечающего международным стандартам качества.

ОАО «ХК „Сибирский цемент“» – цементная компания, входящая в пятёрку крупнейших производителей России. Несмотря на молодость компании (основана в 2004 году), мощности позволяют производить до 5,3 млн тонн цемента.

«Себряковцемент» – компания начала свою историю с ввода в эксплуатацию цементного завода в г. Михайловке в 1953 году, проектная мощность которого составляла 600 тысяч тонн продукции. В наши дни завод полностью модернизирован и рассчитан на выпуск 4,06 млн. т./год, что составляет около 5% всего производства цемента в России.

Цементный раствор: пропорции, приготовление, состав, характеристики

Цемент – один из основных строительных материалов. Представляет собой сухое порошкообразное вещество неорганического происхождения. Этот вяжущий материал при взаимодействии с водой образует пластичную смесь, которая при затвердевании превращается в камневидное тело.

Наиболее распространенная разновидность цемента – портландцемент, в состав которого входят оксиды кальция, железа, магния, диоксид кремния, глинозем. Цемент, затворенный водой, дает сильную усадку при твердении, что приводит к появлению трещин в отвердевшем продукте. Поэтому вяжущее используется в сочетании с заполнителями и наполнителями, предотвращающими растрескивание цементного камня. Наиболее популярным мелким заполнителем является песок.

Назначение строительных цементных растворов

Цементно-песчаные (и другие) строительные растворы регламентируются ГОСТом 28013-98. По назначению их разделяют на следующие виды:

• Кладочные, в том числе для монтажных работ. Используются при ведении кирпичной или каменной кладки, для заполнения швов между бетонными и железобетонными панелями, выравнивания полов, заливки площадок, не предназначенных для восприятия серьезных нагрузок. Кладочный состав обеспечивает повышение тепло- и звукоизоляционных характеристик строения.

• Штукатурные. Применяются для выравнивания основания и защиты стенового материала от воздействия атмосферных явлений.
• Облицовочные. Служат для облицовки вертикальных и горизонтальных строительных конструкций керамической и керамогранитной плиткой.

В зависимости от назначения цементного раствора в его составе может быть песок различных фракций.

В соответствии с ГОСТом 28013-98 цементные растворы различаются по маркам прочности на сжатие.

Таблица областей применения в зависимости от марки прочности цементного раствора

Компоненты строительных цементных растворов

Для получения качественного строительного материала каждый компонент должен соответствовать требованиям нормативов:

• Цемент. В общих случаях используется портландцемент марок 400 и 500 без минеральных добавок или с минеральными добавками в количестве до 20%. Для особых эксплуатационных условий применяют сульфатостойкое, гидротехническое, пластифицированное цементное вяжущее.
• Песок. Должен соответствовать ГОСТу 8736-2014 «Песок для строительных работ». Для изготовления растворов используют речной и карьерный песок, очищенный от илистых и глинистых включений, снижающих качество готового продукта.
• Вода. Из питьевого трубопровода или проверенная на качество в лабораторных условиях. Температура +15…+20°C.

Цемент, песок и вода – основные компоненты строительного цементного раствора, но также в рецепт включаются добавки, придающие пластичной смеси или конечному продукту определенные свойства:

• Эластификаторы. Улучшают эластичность раствора и его адгезию к основанию, повышают устойчивость затвердевшего продукта к появлению трещин и влагостойкость. Функции эластификатора может выполнять ПВА.
• Пластификаторы и их более мощный вариант – суперпластификаторы. Увеличивают подвижность пластичной смеси, сокращают расход материала, уменьшают его склонность к расслоению. Наиболее простой вариант – применение моющих растворов. Их добавляют не в сухую смесь, а в воду.
• Гидроизоляторы. Такие добавки ускоряют схватывание и твердение раствора, повышают водонепроницаемость готового слоя.
• Латексные добавки. Сообщают готовому продукту широкий спектр полезных свойств – водостойкость, устойчивость к воздействию нефти и нефтепродуктов, других агрессивных химических веществ.
• Противоморозные. Применяются при ведении работ в холодный период года.
• Сажа, графит и другие красящие вещества. Не влияют на физические характеристики материала, применяются только для изменения цвета готового продукта.

Удельный вес цементно-песчаного раствора зависит от вида и пропорций составляющих, в среднем он равен 1800 кг/м³.

Этапы приготовления

Пропорции компонентов зависят от области применения цементного раствора, а следовательно, от марки прочности на сжатие.

Таблица пропорций компонентов раствора – цемента и песка по массе

При небольших объемах работ приготовление цементно-песчаного раствора возможно вручную.

Последовательность:

• Смешивают вяжущее и песок в сухом состоянии в металлической емкости или на стальном листе. Делать это на грунте не рекомендуется, поскольку состав загрязняется.
• После того как смесь приобретет однородный сероватый цвет ее сгребают в гряду или кучку, на вершине которой делают небольшое углубление. В него небольшими порциями добавляют воду.
• Полученный состав вымешивают.

Готовый продукт должен напоминать по густоте сметану, след от лопаты должен быть четким, не расплывчатым.

Приготовление материала в бетономешалке обеспечивает высокую скорость процесса и хорошее качество готовой пластичной смеси, благодаря тщательному перемешиванию и получению полностью однородного продукта.

Как сделать цементный раствор в бетономешалке:

• В барабан заливают примерно половину положенного объема воды. Примерное количество воды – половина от объема цемента.
• Перед тем как развести цемент, в воду вводят добавки, например моющее средство, которое должно полностью раствориться с образованием равномерной пены. Время перемешивания – 3-5 минут.
• В барабан добавляют цемент и половину песка. Время перемешивания – 1-3 минуты.
• Вводят остаток песка, перемешивают, регулируют плотность цементного раствора путем введения нужного количества воды.
• Последний замес – 3-5 минут.

В результате получается однородный продукт, без комков, воздушных пузырей и расслоений. Приготовленный пластичный материал не должен растекаться и рассыпаться. Для проверки его готовности комок выкладывают на ровную поверхность. Требования – из комка не должна вытекать вода, со временем он немного оседает без потери первоначальной формы.

свойства, разновидности, состав, виды, характеристики, применение

Цемент – один из основных материалов, применяемых во всех отраслях строительства. Используется в качестве гидравлического вяжущего в растворах и смесях, необходимых для строительства монолитных сооружений и сборных конструкций, проведения ремонтных работ и отделочных мероприятий. Портландцемент – наиболее популярный тип цемента, получаемый путем тонкого помола клинкера с добавкой двуводного гипса в количестве 1,5…3,5%, необходимого для изменения сроков схватывания вяжущего.

Особенности производства

Изготовление портландцемента происходит в три стадии:

• Приготовление сырьевой смеси. Минералогический состав сырьевой смеси для изготовления портландцемента – карбонатные горные породы (мел, известняк, глинозем, кремнезем) и мергелий, содержащие оксиды кальция, кремния, железа, алюминия, магния. Сырье измельчают и смешивают в оптимальных пропорциях.
• Производство клинкера. Его получают обжигом подготовленной сырьевой массы в высокотемпературных печах при +1300…+1400°C.
• Приготовление портландцемента для поставки потребителям. Клинкер измельчают и смешивают с гипсом. При необходимости в материал добавляют другие компоненты, позволяющие получить определенные свойства готового продукта.

В зависимости от состава сырьевой смеси, меняется истинная плотность портландцемента. Максимальный показатель у бездобавочного цемента – 3100 кг/м³, у шлакопортландцемента и пуццоланового вяжущего она ниже и составляет – 2700-2900 кг/м³.

Основные реакции при затворении цемента водой

После смешивания портландцемента и составов на его основе происходят следующие химические реакции:

• Первоначальное упрочнение материала. Осуществляется, благодаря взаимодействию с водой гипса и трехкальциевого алюмината. В результате такой реакции формируется кристаллическая структура эттрингита, моносульфата и алюмината кальция гидрата.
• Вторая реакция – медленная. Она протекает между водой и трехкальциевым силикатом. При этом образуется силикат кальция, имеющий аморфную структуру. Иначе он называется CSH-гель. В ходе этого этапа продолжается твердение смеси или раствора на основе портландцемента и развитие внутренних сил натяжения. Образующиеся цементные структуры обволакивают и прочно связывают между собой отдельные зерна мелкого и крупного заполнителей.
• В результате третьей стадии в структуре появляется силикагель SiO₂.

Разновидности портландцемента и области их применения

В соответствии с ГОСТом 31108-2016 портландцемент по составу, а следовательно, по физическим и техническим характеристикам разделяют на 5 основных видов. 

Бездобавочный

Обозначение – ЦЕМ I. В составе присутствуют только клинкер и гипс. Допустимое содержание минеральных добавок – до 5%. Основная особенность бездобавочного портландцемента – свойство быстро схватываться и набирать прочностные характеристики. Уже на следующий день после заливки бетон или цементно-песчаный раствор приобретают примерно 50% от марочной прочности. Бездобавочное вяжущее применяется при строительстве монолитных и сборных бетонных и железобетонных конструкций. Не рекомендуется для использования в особых условиях, отличающихся от нормальных.

С активными минеральными добавками

Маркировка – ЦЕМ II. Портландцементный клинкер и активные минеральные добавки могут перемалываться совместно или по отдельности. Количество добавок – 6-35%. Чем выше их содержание в портландцементе, тем медленнее бетон или цементно-песчаный раствор набирают марочную прочность. В качестве таких добавок используют горные породы – диатомит, опоку, трепел, пемзу, вулканический пепел и другие.

Введение этих компонентов в состав портландцемента позволяет снизить себестоимость, но при этом немного ухудшаются прочность и другие технические свойства конечного продукта. Есть еще один положительный момент использования активных минеральных добавок, основу которых составляет аморфный кремнезем. Этот компонент легко реагирует с гидроксидом кальция, который образуется при гидратации цемента. При этом происходит образование труднорастворимых гидроксидов кальция, не вымывающихся из цементного камня. Их присутствие значительно повышает водонепроницаемость конечного продукта.

Шлакопортландцемент

Обозначение – ЦЕМ III. Вяжущее, содержащее гранулированный шлак в количестве 6-35%, относится к нормально твердеющим. Его получают совместным помолом клинкера, шлака и гипса. В шлаках, как и в активных минеральных добавках, содержится амфорный кремнезем. Шлакопортландцемент стоит дешевле обычного цемента примерно на 15%. Он медленнее набирает прочность, но через 2-3 месяца по этому показателю опережает портландцемент такой же марки. Минус шлакосодержащего вяжущего – низкая морозостойкость. Поэтому оно используется при строительстве массивных наземных, подземных и подводных конструкций, которые не подвергаются частым циклам замораживания-оттаивания.

Пуццолановый

Обозначается как ЦЕМ IV. Его получают совместным помолом клинкера, минеральной добавки и гипса. Возможно перемалывать их отдельно, а затем тщательно смешивать. Ограничение по содержанию трехкальциевого алюмината – не более 8%. Для него характерно медленное твердение в первые сроки схватывания. Во влажных условиях бетон из пуццоланового цемента догоняет бетон из обычного портландцемента через 3-6 месяцев.

Благодаря медленному твердению, пуццолановые цементы выделяют меньшее количество тепла, поэтому они применяются при строительстве массивных конструкций, для которых важным моментом является отсутствие термических деформаций. ППЦ хорошо набирают прочность при повышенных температурах, поэтому они используются при изготовлении изделий, которые подвергаются тепловой и влажностной обработке в автоклавах. Бетоны на ППЦ имеют высокую водонепроницаемость и сульфатостойкость, но низкую морозостойкость. Поэтому они используются при строительстве подводных и подземных объектов или подводной и подземной частей наземных объектов, которые находятся в контакте с мягкими и сульфатсодержащими водами. Количество циклов замораживания-оттаивания для таких бетонных конструкций должно быть сведено к минимуму.

Таблица пропорций компонентов портландцементов различных типов

Соответствие классов прочности и марок портландцемента по ГОСТам 31108-2016 и 10178-85

Маркировку и свойства цемента в настоящее время регламентируют два действующих ГОСТа, что приводит к некоторой путанице:

• ГОСТ 31108-2016 – совсем новый, и он приведен в соответствие с европейскими стандартами. Согласно этому нормативу в маркировке применяется буквосочетание ЦЕМ с буквенно-цифровыми обозначениями, которые мы показали в таблице, расположенной выше. Прочность по этому ГОСТу обозначается классами.
• ГОСТ 10178-85. В соответствии с этим стандартом значение прочности обозначается маркой.

Таблица соответствия марок и классов прочности портландцемента

Состав и классификация цемента — PetroWiki

Почти все буровые цементы состоят из портландцемента, кальцинированной (обожженной) смеси известняка и глины. Водный раствор портландцемента используется в колодцах, потому что его легко перекачивать и он быстро затвердевает даже под водой. Он называется портландцементом, потому что его изобретатель Джозеф Аспдин считал, что затвердевший цемент напоминает камень, добытый на острове Портленд у побережья Англии.

Дозировка материалов

Цемент

Portland можно легко модифицировать, в зависимости от используемого сырья и процесса, используемого для их объединения.

Дозирование сырья основано на серии одновременных расчетов, которые учитывают химический состав сырья и тип производимого цемента: Американское общество испытаний и материалов (ASTM) Тип I, II, III , или белый цемент V, или класс A, C, G или H Американского нефтяного института (API) ^{[1] [2]}

Классификация цемента

Основным сырьем для производства портландцемента является известняк (карбонат кальция) и глина или сланец.Часто добавляют железо и глинозем, если они еще не присутствуют в глине или сланце в достаточном количестве. Эти материалы смешиваются вместе, мокрыми или сухими, и загружаются во вращающуюся печь, в которой известняковая суспензия при температурах от 2600 до 3000 ° F расплавляется в материал, называемый цементным клинкером. После охлаждения клинкер измельчают и смешивают с небольшим количеством гипса, чтобы контролировать время схватывания готового цемента.

Когда эти клинкеры гидратируются с водой в процессе схватывания, они образуют четыре основные кристаллические фазы, как показано в Таблица 1 и Таблица 2 . ^[3]

• Таблица 1 — Анализ типичного цикла производства портландцемента

• Таблица 2 — Типичный состав и свойства классов API портландцемента

Портландцементы обычно производятся в соответствии с определенными химическими и физическими стандартами, которые зависят от их применения. В некоторых случаях для получения оптимальных композиций необходимо добавлять дополнительные или корректирующие компоненты.Примеры таких добавок:

• Песок
• Кремнистые суглинки
• Пуццоланы
• Диатомовая земля (DE)
• Пирит железный
• Глинозем

В расчетах также учитываются глинистые или кремнистые материалы, которые могут присутствовать в больших количествах в некоторых известняках, а также из золы, образующейся при использовании угля для обжига печи. Также необходимо учитывать незначительные примеси в сырье, так как они могут существенно повлиять на характеристики цемента.

В США есть несколько агентств, которые изучают и составляют спецификации для производства портландцемента. Из этих групп наиболее известными в нефтяной промышленности являются ASTM, который занимается цементами для строительства и использования в строительстве, и API, который составляет спецификации для цементов, используемых только в скважинах.

Спецификация ASTM. C150 ^[1] предусматривает восемь типов портландцемента: типы I, IA, II, IIA, III, IIIA, IV и V, где «A» обозначает воздухововлекающий цемент.Эти цементы предназначены для удовлетворения различных потребностей строительной отрасли. Цемент, используемый в колодцах, находится в условиях, не встречающихся при строительстве, таких как широкий диапазон температур и давления. По этим причинам были разработаны различные спецификации, которые охватываются спецификациями API. В настоящее время API предоставляет спецификации, охватывающие восемь классов цементов для скважин, обозначенных как классы от A до H. Классы API G и H являются наиболее широко используемыми.

Цементы для нефтяных скважин также доступны в вариантах со средней сульфатостойкостью (MSR) или высокой сульфатостойкостью (HSR).Сульфатостойкие марки используются для предотвращения разрушения затвердевшего цемента в скважине, вызванного сульфатной атакой пластовых вод.

Классификация API

Нефтяная промышленность покупает цементы, произведенные преимущественно в соответствии с классификациями API, опубликованными в API Spec. 10А. ^[4] Далее определяются различные классы цементов API для использования при скважинных температурах и давлениях.

Класс A

• Этот продукт предназначен для использования в тех случаях, когда не требуются особые свойства.
• Доступен только в обычном классе O (аналогично ASTM Spec. C150, тип I). ^[1]

Класс B

• Этот продукт предназначен для использования в условиях, требующих средней или высокой сульфатостойкости.
• Доступен как в классе MSR, так и в классе HSR (аналогично ASTM Spec. C150, тип II). ^[1]

Класс C

• Этот продукт предназначен для использования в условиях, когда требуется высокая ранняя прочность.
• Доступен в обычных, O, MSR и HSR классах (аналогично ASTM Spec.C150, тип III). ^[1]

Класс G

• Никакие добавки, кроме сульфата кальция или воды, или того и другого, не должны перемалываться или смешиваться с клинкером во время производства скважинного цемента класса G.
• Этот продукт предназначен для использования в качестве основного цемента для скважин. Доступен в вариантах MSR и HSR.

Класс H

• Никакие добавки, кроме сульфата кальция или воды, или того и другого, не должны перемалываться или смешиваться с клинкером во время производства скважинного цемента класса H.
• Этот продукт предназначен для использования в качестве основного цемента для скважин. Доступен в вариантах MSR и HSR.

Свойства цемента, указанные в спецификации API

Химические свойства и физические требования сведены в Таблицы 3 и Таблицы 4 , соответственно. ^[3] Типичные физические требования для различных классов цемента по API показаны в Таблице 5 . ^[3]

• Таблица 3 — Химические требования к цементам API

• Таблица 4 — Физические требования к цементам API

• Таблица 5-Физические требования к различным типам цемента

Хотя эти свойства описывают цементы для целей спецификации, цементы для нефтяных скважин должны иметь другие свойства и характеристики, чтобы обеспечить их необходимые функции в скважине.(API RP10B предоставляет стандарты для процедур испытаний и специального оборудования, используемого для испытания цементов для нефтяных скважин, и включает:

• Приготовление суспензии
• Плотность суспензии
• Испытания на прочность при сжатии и неразрушающие звуковые испытания
• Время загустевания
• Статические испытания на водоотдачу
• Испытания рабочих жидкостей
• Испытания на проницаемость
• Реологические свойства и прочность геля
• Расчет перепада давления и режима течения шламов в трубах и кольцевых зазорах
• Процедуры испытаний в Арктике (вечная мерзлота)
• Испытание на стабильность суспензии
• Совместимость скважинных флюидов. ^[5]

Ссылки

1. ↑ ^{1,0 1,1 1,2 1,3 1,4} ASTM C150-97a, Стандартные спецификации для портландцемента. 2000. Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. http://dx.doi.org/10.1520/C0150_C0150M-12
2. ↑ ASTM C114-97a, Стандартные методы химического анализа гидравлического цемента. 2000. Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. http://dx.doi.org/10.1520/C0114-11B.
3. ↑ ^{3,0 3,1 3,2} Смит, Д.К. 2003. Цементирование. Серия монографий, SPE, Ричардсон, Техас 4, гл. 2 и 3.
4. ↑ API Spec. 10A, Технические условия на цементы и материалы для цементирования скважин, 23-е издание. 2002. Вашингтон, округ Колумбия: API.
5. ↑ API RP 10B, Рекомендуемая практика для испытания цемента для скважин, 22-е издание. 1997. Вашингтон, округ Колумбия: API.

См. Также

Цементные работы

PEH: Цементирование

Интересные статьи в OnePetro

Внешние ссылки

Монография SPE по цементированию

Категория

.

Состав цемента

Состав цемента
Состав
цемента

Введение

Портландцемент получает свою прочность за счет химических реакций между
цемент и вода. Этот процесс известен как гидратация.
Это сложный процесс, который лучше всего понять при первом понимании.
химический состав цемента.

Производство цемента

Портландцемент производится путем дробления, помола и дозирования.
следующие материалы:

• Известь или оксид кальция, CaO: из известняка, мела, ракушек, сланца или известняка
  рок
• Кремнезем, SiO ₂ : из песка, старых бутылок, глины или глинистой породы
• Глинозем, Al ₂ O ₃ : из бокситов, переработанного алюминия,
  глина
• Железо, Fe ₂ O ₃ : из глины, железной руды, железного лома
  и зола уноса
• Гипс, CaSO ₄ .2H ₂ 0: найден вместе с известняком

Материалы без гипса дозируются для получения смеси
с желаемым химическим составом, а затем измельчить и смешать
двух процессов — сухой процесс или мокрый процесс. Затем материалы подаются
через печь при температуре 2600º F для производства серовато-черных гранул, известных
как клинкер. Глинозем и железо действуют как флюс, снижающий
точка плавления кремнезема от 3000 до 2600º F.После этого этапа
клинкер охлаждают, измельчают и добавляют гипс для регулирования времени схватывания.
Затем его очень тонко измельчают для производства цемента.

Химическая стенография

Из-за сложной химической природы цемента сокращенная форма
используется для обозначения химических соединений. Сокращение для основных соединений
является:

Химический состав клинкера

Образующийся цементный клинкер имеет следующий типовой состав:

Только репрезентативный вес. Фактический вес зависит от типа
цемента.

Источник: Mindess & Young

Свойства цементных смесей

Эти составы влияют на свойства цемента в различных
способы

На ранних стадиях гидратации выделяет много тепла, но
имеет небольшой вклад в силу.Гипс замедляет скорость гидратации
C ₃ A. Цемент с низким содержанием C ₃ A является сульфатостойким.

Этот состав быстро гидратируется и затвердевает. Это во многом ответственное
для начального схватывания портландцемента и раннего набора прочности.

C ₂ S медленно гидратируется и затвердевает. Это во многом ответственное
для набора силы через неделю.

Это флюс, снижающий температуру плавления
сырье в печи (от 3000 ^o F до 2600 ^o
F). Он быстро увлажняет, но не способствует укреплению
цементная паста.

Правильно смешивая эти соединения, производители могут производить различные
типы цемента для различных условий строительства.

Каталожные номера:

Сидни Миндесс и Дж.Фрэнсис Янг (1981): Бетон, Прентис-Холл,
Inc., Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, стр. 671.

Стив Косматка и Уильям Панарезе (1988): Разработка и контроль
Concrete Mixes, Portland Cement Association, Skokie, Ill. Стр. 205.

Майкл Мамлук и Джон Заневски (1999): Материалы для гражданских и
Инженеры-строители, , Addison Wesley Longman, Inc.,

.

Обычный портландцемент — состав, свойства, типы и применение

Обычный портландцемент — один из наиболее широко используемых типов цемента. Обсуждаются типы, свойства, состав, производство, использование и преимущества обычного портландцемента.

В 1824 году Джозеф Аспдин дал название портландцементу, так как он имеет сходство по цвету и качеству с портландским камнем, который представляет собой бело-серый известняк на острове Портленд, Дорсет.

Составные части обычного портландцемента

Основное сырье, используемое при производстве обыкновенного портландцемента:

1. Глинистые или силикаты глинозема в виде глин и сланцев.
2. Известняк или карбонат кальция в виде известняка, мела и мергеля, представляющий собой смесь глины и карбоната кальция.

Ингредиенты смешивают в пропорции примерно двух частей известковых материалов к одной части глинистых материалов, а затем измельчают и измельчают в шаровых мельницах в сухом состоянии или смешивают во влажном состоянии.

Сухой порошок или влажная суспензия затем обжигается во вращающейся печи при температуре от 1400 ° C до 1500 ° C. Клинкер, полученный из печи, сначала охлаждается, а затем передается в шаровые мельницы, где добавляется гипс, и он измельчить до необходимой степени измельчения в соответствии с классом продукта.

Основные химические составляющие портландцемента следующие:

Вышеупомянутые компоненты, образующие сырье, подвергаются химическим реакциям во время горения и плавления и объединяются с образованием следующих соединений, называемых BOGUE COMPOUNDS .

Пропорции вышеуказанных четырех составов различаются в разных портландцементах. Силикат трикальция и силикаты дикальция вносят наибольший вклад в конечную прочность. Первоначальное схватывание портландцемента происходит за счет трехкальциевого алюмината. Силикат трикальция быстро гидратируется и способствует более ранней прочности.

Введение силиката дикальция происходит через 7 дней и может продолжаться до 1 года.Алюминат трикальция быстро гидратируется, выделяет много тепла и вносит лишь небольшой вклад в прочность в течение первых 24 часов. Алюмоферрит тетракальция сравнительно неактивен.

Все четыре соединения выделяют тепло при смешивании с водой, алюминат выделяет максимальное тепло, а дикальцийсиликат — минимум. Из-за этого трикальцийалюминат отвечает за большинство нежелательных свойств бетона.

Цемент

с меньшим содержанием C3A будет иметь более высокий предел прочности, меньшее тепловыделение и меньшее растрескивание.В таблице ниже приведены состав и процентное содержание найденных смесей для портландцемента с нормальным и быстрым твердением, а также с низким нагревом.

Состав и состав портландцемента:

Свойства обычного портландцемента

Таблица 2: Свойства цемента OPC

Производство цемента OPC

В основном есть 5 этапов производства цемента OPC,

1.Дробление и измельчение сырья

На первом этапе производства цемента сырье измельчается и измельчается до мелких частиц подходящего размера. Различают 3 способа производства цемента

.

• Сухой процесс
• Мокрый процесс
• Полумокрый процесс

Процесс дробления и измельчения зависит от типа производственного процесса. Для сухого процесса сырье перед измельчением сушат.

Рис. 1: Технологическая схема производства цемента OPC.

2. Смешивание или смешивание

На этом этапе измельченное сырье (известняк) смешивается или смешивается с глиной в желаемой пропорции (известняк: 75%, глина: 25%) и хорошо перемешивается с помощью сжатого воздуха до получения однородной смеси. В сухом процессе эти смеси хранятся в силосах; резервуары для жидкого навоза используются в мокром процессе. Полученный материал известен как суспензия, содержащая 35-40% воды.

3. Отопление

Это основной важный этап в производстве цемента OPC, продукт, полученный в результате смешивания, подается в печь с помощью конвейерных лент.

Сначала смесь предварительно нагревают до 550 ° C, при этом вся влага испаряется и глина разбивается на кремнезем, оксид алюминия, оксид железа.

В следующей зоне температура повышается до 1500 градусов Цельсия, где оксиды образуют соответствующие силикат, алюминаты и феррит.

На заключительном этапе продукт охлаждается до 200 ° C, при этом конечный продукт, полученный в печи, известен как цементный клинкер, который имеет форму зеленовато-черных или серых шариков.

4. Шлифовка

На этом этапе цементный клинкер и необходимое количество гипса смешиваются и измельчаются до очень мелких частиц, которые хранятся в силосах, а затем упаковываются в мешки для цемента и распределяются.

Срок годности цемента OPC обычно составляет 3 месяца.

Типы обычного портландцемента

Дифференциация цемента OPC основана на различных кодексах разных стран.

1. AS согласно ASTM 150 (американские стандарты)

• Тип I Портландцемент известен как обычный или универсальный цемент.Обычно предполагается, если не указан другой тип.
• Тип II обеспечивает умеренную сульфатостойкость и выделяет меньше тепла во время гидратации.
• Тип III имеет относительно высокую раннюю прочность. Этот цемент аналогичен типу I, но имеет более мелкий помол.
• Тип IV Портландцемент обычно известен своей низкой теплотой гидратации.
• Тип V используется там, где важна сульфатостойкость. Этот цемент имеет очень низкий (C ₃ A) состав, что объясняет его высокую сульфатостойкость.

2. Согласно норме EN 197 (европейская норма)

• CEM I Состоит из портландцемента и до 5% второстепенных дополнительных компонентов.
• CEM II Портландцемент и до 35% других отдельных компонентов
• CEM III Портландцемент и выше процентное содержание доменного шлака
• CEM IV Портландцемент и до 55% пуццолановых компонентов
• CEM V Портландцемент, доменный шлак или летучая зола и пуццолана

3.Согласно CSA A3000-08 (канадские стандарты)

• ГУ, ГУЛ > Цемент общего назначения
• MS > Цемент со средней сульфатостойкостью
• MH, MHL > Умеренно термостойкий цемент
• HE, HEL > Высокопрочный цемент
• LH, LHL > Низкотемпературный цемент
• HS > Высокая сульфатостойкость; обычно развивает силу медленнее, чем другие типы.

Использует обычного портландцемента

1. Используется для общих строительных целей, где не требуются особые свойства, такие как железобетонные здания, мосты, тротуары, а также в нормальных почвенных условиях.
2. Используется для большинства бетонных кладок

Преимущества обычного портландцемента

1. Обладает высокой устойчивостью к растрескиванию и усадке, но имеет меньшую стойкость к химическому воздействию.
2. Время первоначальной настройки OPC быстрее, чем у PPC, поэтому его рекомендуется использовать в проектах, в которых реквизиты должны быть удалены раньше.
3. Период отверждения OPC меньше, чем у PPC, и стоимость отверждения снижается. Следовательно, рекомендуется там, где стоимость отверждения непомерно высока.Недостатки

Недостатки обычного портландцемента

1. Не может использоваться для массового бетонирования, так как имеет большую теплоту гидратации по сравнению с КПП.
2. Прочность бетона, изготовленного с использованием OPC, меньше, чем у бетона, изготовленного с использованием PPC.
3. Он производит сравнительно менее связный бетон, чем PPC, поэтому перекачка бетона становится немного труднее.
4. OPC имеет более низкую тонкость, следовательно, имеет более высокую проницаемость и, как следствие, более низкую долговечность.
5. OPC дороже PPC.

.

Состав цемента — Большая химическая энциклопедия

Цементный клинкер Цементные композиты Цементная медь Цементированный карбид … [Pg.181]

С начала этого столетия спрос на асбестовые волокна во многих сферах применения, в частности, в теплоизоляция в паровых машинах и технологиях (4). Более того, разработка в 1900 году машины Hatschek для непрерывного производства листов из асбестоцементного композита открыла важную область промышленного применения асбестовых волокон.[Pg.344]

Армирующая способность асбестовых волокон в цементной матрице представляет собой еще один ключевой критерий для оценки асбестовых волокон. Это свойство оценивается путем приготовления образцов асбестоцементных композитов, которые после стандартного периода отверждения испытываются на сопротивление изгибу. Измеренные модули плавления преобразуются в параметр, называемый единицей прочности волокна (FSU) (34). [Pg.354]

Один из подходов к уменьшению очень хрупкой природы этих цементов включал использование более жестких и пластичных наполнителей (62,63). Другой подход к улучшению общих свойств традиционных стеклоиономерных цементов включает разработку гибридных цементно-композитных материалов и цементов, модифицированных смолой (64–68). [Стр.473]

E.I. Du Pont de Nemours, Коллоидные стабильные цементные композиции на основе растворителей, содержащие хлорпреновые полимеры, фенольные смолы и полиизоцианат, U.S. Patent 3,318,834, 9 мая 1967 г. [Pg.675]

Цементно-целлюлозные композиты демонстрируют такую ​​же чувствительность к влажности (Таблица 14), как и пластиковые композиты, то есть они демонстрируют снижение механических свойств.Тем не менее, ранее достигнутые значения снова могут быть достигнуты путем сушки композита [75]. [Pg.808]

Покрытия из цементного состава имеют примерно те же свойства, что и натуральный камень, но при более низкой стоимости. У них более ровный вид… [Pg.78]

Столешницы, сделанные из твердых эпоксидных смесей, устойчивы практически к любым химическим воздействиям, но очень дороги. Они часто продаются со встроенным фартуком и изогнутым соединением, что упрощает очистку. Они намного легче воздействуют на стеклянную посуду, чем на каменный или цементный состав.[Стр.79]

Последний этап в развитии цемента EBA представлен полимерными цементами. Брауэр Стэнсбери (1984b), воспользовавшись тем фактом, что жидкость EBA-HV не ингибирует полимеризацию винила, включил метакрилаты в цементную композицию. Задача состояла в том, чтобы получить материал, который затвердевает после смешивания как за счет полимеризации, так и за счет образования соли или хелата. [Pg.345]

Полимерная композиция для снижения потери жидкости в буровых растворах и композициях для цементации скважин получается путем инициированной свободными радикалами полимеризации водорастворимого винилового мономера в водной суспензии лигнина, модифицированных лигнинов, лигнита, коричневого цвета. уголь и модифицированный бурый уголь [705,1847].Виниловые мономеры могут представлять собой метакриловую кислоту, метакриламид, гидроксиэтилакрилат, гидроксипропилакрилат, винилацетат, метилвиниловый эфир, этилвиниловый эфир, N-метилметакриламид, N, N-диметилметакриламид, винилсульфонат и дополнительные AMPS. В этом процессе может происходить прививка к углям путем передачи цепи. [Pg.46]

Подобные сополимеры с N-винил-N-метилацетамидом в качестве сомономера были предложены для гидравлических цементных композиций [669]. Полимеры состоят из AMPS в количестве от 5 до 95%, винилакриламида в количестве от 5 до 95% и акриламида в количестве от 0 до 80%, все по весу.Полимеры эффективны при забойных температурах скважины от 200 ° до 500 ° F и не подвержены неблагоприятному воздействию рассола. Терполимеры с содержанием AMPS от 30 до 90 мольных процентов, стирола от 5 до 60 мольных процентов и остаточной акриловой кислоты также подходят для операций по цементированию скважин [253]. [Стр.50]

Статистический сополимер N-винилпирролидон / акриламид (от 0,05% до 5,0% по весу) используется для цементных композиций [371, 1076]. Кроме того, необходим сульфонатсодержащий диспергатор цемента. Добавка может использоваться в скважинах с забойной температурой от 80 ° до 300 ° F.Смесь присадок, снижающих водоотдачу, особенно эффективна при низких температурах, например, ниже 100 ° F, и в суспензиях, наполненных силикатом натрия. [Стр.51]

Добавление материалов с низкой плотностью снижает плотность цементной композиции. Эти добавки называют наполнителями, потому что они снижают потребность в … [Pg.135]

Пеноцемент — это особый класс легких цементов. Содержание газа во вспененном цементе может составлять до 75% по объему. Стабильность пены достигается добавлением поверхностно-активных веществ, как показано в Таблице 10-9.Типичная пеноцементная композиция состоит из гидравлического цемента, водного латекса каучука в количестве до 45% от веса гидравлического цемента, латексного стабилизатора, пеногасителя, газа, пенообразователя и стабилизатора пены [ 359 362]. Вспененные высокотемпературные аппликации основаны на кальций-фосфатном цементе [257]. [Стр.139]

Дж. Ф. Барет, Б. Дарго, Ж. Вильяр и М. Мишо. Цементные композиции и применение таких композиций для цементирования нефтяных (или аналогичных) скважин. Патент CA 2207885, 1997.[Pg.355]

В. Барле-Гедар и П. Марой. Вяжущие композиции и их применение для цементирования нефтяных или аналогичных скважин. Патент WO 9901397, 1999. [Pg.356]

J. L. Boles и J. B. Boles. Составы и способы цементирования с использованием вторичного пенополистирола. Патент US 5736594, 1998. [Pg.360]

D. L. Bout и J. D. Childs. Составы и способы цементирования вспененных скважин. Патент US 5133409, 1992. [Pg.361]

B.G. Brake and J. Chatteiji. Добавка для снижения водоотдачи цементных композиций.Патент EP 595660, 1994. [Стр.362]

L. E. Brothers. Способ снижения потери жидкости в цементных композициях, содержащих значительные концентрации солей. Патент US 4640942, 1987. [Pg.363]

L.E. Brothers. Низкотемпературные цементные композиции и методы замедленного схватывания. Патент US 5472051, 1995. [Pg.363]

L. E. Brothers, D. D. Onan и R. L. Morgan. Цементные составы для скважин, содержащие частицы каучука, и способы цементирования подземных зон. Патент США 5779787,1998.[Pg.364]

Р. Карпентер и Д. Джонсон. Способ и цементно-буровой раствор цементный состав для цементирования ствола скважины. Патент WO 9748655, 1997. [Pg.368]

R. B. Carpenter, J. B. Bloys и D. L. Johnson. Цементный состав, содержащий синтетическую гекторитовую глину. Патент WO 9902464, 1999. [Стр.368]

.