Хим. добавки для производства цемента

Цемент – это популярный, один из главных стройматериалов, являющийся искусственным минеральным гидравлическим веществом неорганической природы, имеющий вяжущие свойства. Контактируя с водой, водными растворами солей и прочими жидкими средами, формирует массу с пластичными характеристиками, которая в дальнейшем становится твердой и трансформируется в камневидный материал. Главнейшее предназначение цемента – применение в качестве компонента бетона и стройрастворов. С его помощью создают бетон и укрепленные арматурой сооружения, фундаменты и балочные конструкции в многоэтажных строениях.

Выступая гидравлическим вяжущим, он обладает такой особенностью, как получение прочностных качеств во влажных условиях. В этом состоит его принципиальное отличие от прочих минеральных вяжущих, например, от гипса и воздушной извести, затвердение которых происходит исключительно в воздушной среде.

Из чего производят цемент? Основной компонент, составляющий данный материал – клинкер. Именно он сказывается на свойствах и крепости. Также используют хим. добавки для производства цемента. Согласно стандартам изготовления, активных минеральных добавок в его структуре может пребывать около 15 %. Их влияние в таком объеме на главные качества и тех. характеристики небольшое. Повысив объем добавок до 20 %, можно изменить свойства цемента, который в таком случае уже будет являться пуццолановым цементом.

Главным образом, в состав могут входить соединения глины и карбонатов, в некоторых случаях – искусственные сырьевые компоненты (отходы, шлаки) или естественные субстанции, как например, остатки оксида алюминия.

Рассыпное состояние материала характеризуется объемным весом 900-1300 кг/м³, более плотное – до 2000 кг/ м³.

Изготовление цементов с добавками и без регламентируют соответствующие стандарты.

Состав напрямую отображается на свойствах данного стройматериала. Среди основных:

- мех. прочность. По прочностным характеристикам цементы бывают четырех типов: 400, 500, 550 и 600. Этот показатель обуславливает устойчивость к разрушению под влиянием определенных факторов;

- время застывания. Важнейшее свойство, влияющее на процесс укладки цемента. При нормальной густоте и работе с ровными поверхностями материал должен равномерно менять объем в процессе высыхания. В ином случае чрезмерное напряжение может негативно отобразиться на состоянии покрытия, привести к его преждевременному разрушению. Чтобы определить, как будет меняться объем, можно провести предшествующее укладке тестирование (кипячение застывших цементных лепешек);

- зернистость помола. Данный показатель влияет на скорость, с которой происходит высыхание, а также на прочность сооружения. Чем измельченнее материал, тем более крепким и лучшим он является. В наибольшей степени эти преимущества проявляются на начальном этапе твердения. Зернистость, как правило, составляет 3000-3200 кг/м³, а определяет ее удельная поверхность компонентов, находящихся в 1 кг цемента;

- плотность. Определяется размером воды при затворении, применяемым при приготовлении смеси. То есть, сколько воды необходимо, чтобы укладка была нормальной, а высыхание происходило, как полагается. Уменьшить водорасход и увеличить цементопластичность позволяют пластификаторы как органические, так и неорганические;

- устойчивость к низким температурам, то есть возможность противостоять кратковременной заморозке воды, повышающей параметры на 8-9 %. Важность данного показателя объясняется тем, что в замороженном состоянии происходит давление воды на цементопокрытие, приводящее, в свой черед, к нарушениям структуры и постепенному разрушению;

- сцепление с арматурой. Должно быть надежным во избежание сдвига арматуры в цементе. Это главный фактор, который обеспечивает совместное функционирование арматуры и цемента, дает возможность работать под нагрузкой, использовать конструкцию в качестве цельного монолита;

- выделение тепла. Когда цемент застывает, происходит тепловыделение. Застывание должно происходить медленно и постепенно, чтобы покрытие было равномерным и по всему его периметру не образовывались трещины и расколы. Чтобы достичь оптимальных объемов и скорости выделения тепла (уменьшить эти показатели), можно задействовать спец. минералогические составы.

Виды цемента

На сегодняшний день промышленность предлагает различные виды данного строительного материала.

Зависимо от сырья, цемент может быть известковым, мергелистым и глинистым со шлаком и бокситом. Последний вид примечателен водонепроницаемостью, морозо- и огнестойкостью. Еще по вещественному составу существует разделение на чистоклинкерные (бездобавочные) цементы и те, в состав которых входят минеральные добавки. По назначению – на общестроительные и специальные. Общестроительные, в свою очередь, по скорости затвердевания делятся на те, которые твердеют нормально, и те, которые быстро. По срокам схватывания цементы бывают медленно-, нормально- и быстросхватывающимися.

Если брать за основу разделения главный минерал, можно выделить следующие виды:

- романцемент. Здесь преобладает белит. В наши дни такой цемент практически не изготавливают;

- портландцемент. Основа – алит. Самый популярный вид в современном строительстве;

- глиноземистый Ц. Доминирует алюминатная фаза;

- магнезиальный Ц. Связующее, которое именуют также цементом Сореля. Производится, в основном, из магнезита. Затворение происходит при помощи водных солевых растворов;

- кислотоупорный Ц. В основе – гидратированный силикат натрия. Совокупность белый песок + кремнефтористый натрий, затворяемая водным раствором жидкого стекла.

По технологии изготовления цементы бывают сухими и мокрыми. Отдельно можно выделить биоцемент, отличие которого состоит в применяемых производственных технологиях, а именно биотехнологиях.

Если брать за основу такую характеристику, как прочность, существуют различные марки цемента: от М200 до М600. Шаг может составлять 50 или 100. О чем говорят эти числа? О том, в сколько раз проявляется крепость при стискивании: в 100-600 кг/см² (10-60 МПа). Обозначения М200, М300, М400, М500 и М600 гарантируют, что заявленная прочность при сдавливании будет не меньше этих величин.

Марка цемента влияет на его применение и стоимость. Так, М600, благодаря высокопрочности, имеет наибольшую цену. Его еще называют военным или фортификационным, ведь, зачастую, используют при возведении сооружений оборонного значения (бункеров, шахтных пусковых установок и т.д.).

Кроме марок, которые обуславливает крепость, выделяют и прочностные классы. В чем их отличие? В том, что выведение прочности происходит не усредненно, а с 95 %-ной точностью (когда 95 проб из 100 отвечают сообщенному классу). Классы обозначаются числами от 30 до 60 (крепость при сдавливании в МПа). Отдельной группой стоят цементы без нормирования прочности на сжатие.

Также не стоит забывать о цементе для стройрастворов (малоклинкерном композиционном), предназначение которого – кладка и штукатурка. Чтобы его создать, измельчают не только портландцементный клинкер и активные минеральные добавки, но и наполняющие компоненты.

Портландцемент и шлакопортландцемент – в чем разница между этими двумя материалами? В том, что первый оперативнее твердеет, а минеральных добавок в его составе находится 10-15 %. Главные компоненты (клинкер и гипс) обжигают при t 1500 °C. Без него сегодня практически не обходится строительная отрасль. А основное достоинство выглядит, как возможность трансформироваться в твердую камнеглыбу, в том числе, при контакте с водной средой.

Кроме этих двух видов, отдельно выделяют цемент, затвердевающий в воде, напрягающий (оперативно поддается схватыванию и высыханию), тампонажный (подходит для создания газовых и нефтяных скважин), декоративный (белого цвета) и сульфатоустойчивый (твердеет более медленно, однако обладает высокой стойкостью к низким температурам).

Как делают цемент

Весь производственный процесс можно условно разделить на два объемных технологических процесса: получение клинкера (требует больших затрат труда и энергии), помол клинкера совместно с определенными добавками. Сырье для создания клинкера добывают в спец. разработанных карьерах.

Клинкер – это результат обжига сырьевых компонентов (известняк, глина, рухляк, доменный шлак, нефелиновый шлам и др.), взятых в нужном соотношении, в ходе которого формируются силикаты кальция, алюмоферритная и алюминатная фазы. Печь для обжига выглядит как вращающийся цилиндр из металла, который, к тому же, наклонен под нужным углом, обеспечивающим перемещение материала вдоль печи. В ней происходят сложные физ.-хим. процессы. Условно печь можно разделить на несколько зон, в которых осуществляются такие технологические этапы, как подогрев, декарбонизация, экзотермические реакции, спекание и охлаждение.

После обжига клинкер охлаждают в холодильных камерах, измельчают и подают, используя транспортеры, в бункеры мельниц для дальнейшего помола, в частности, и вместе с минеральными добавками. Уже из мельниц полученный материал перемещают в специально отведенные для хранения места.

Для многоэтапного контроля качества, соблюдения правильных дозировок компонентов и тестирования конечного продукта на прочность на предприятиях оборудуют лаборатории.

Для транспортировки используют ж/д вагоны или автотранспорт. Перевозка может осуществляться насыпью, в контейнерах массой до 1 т или в бумажных мешках, к примеру, по 50 кг.

Минеральные добавки для цемента

Роль минеральных добавок, выступающих заменой части клинкера, заключается в присвоении цементу особых рабочих и эксплуатационных свойств: скорость твердения массы, стойкость к воздействию природных вод, морозоустойчивость и др. Также они призваны минимизировать расход энерго- и материалоресурсов.

Активными минеральными добавками могут выступать искусственные и неорганические природные вещества, имеющие гидравлические и/или пуццолонические свойства. Их тонко измельчают, а после смешивают с гипсом и гашеной строительной известью. Данная смесь уникальна в своем роде, она после воздушного твердения может дальше твердеть под водой.

Среди популярных минеральных добавок можно выделить:

- осадочные (опоки, трепелы, диатомиты);

- вулканические (трассы, пемзы, туфы, пеплы);

- искусственные (кремнеземистые отходы, углистые/глинистые сланцы, зола и зола-унос, шлаки).

Их задействование дает возможность получать пуццолановый портландцемент, который содержит в своем составе до 30 % осадочных веществ и до 40 % вулканических. Его тонкость помола и периоды схватывания такие же, как у классического портландцемента. В самом начале твердения прочность увеличивается медленно. Однако пуццолановый состав более стойкий к влаге, что объясняется гидратацией клинкерных компонентов и взаимодействием минеральной добавки с гидратом кальциевого оксида, формирующегося при отверждении клинкера.

Химические добавки для разных цементных смесей

Хим. добавки позволяют производить различные виды цемента с разными характеристиками.

Так, 5 %-ный алюминий оксид используют для создания сульфатостойких портландцементов (СПЦ), а также всех цементов, основой которых служит глиноземистый (высокоглиноземистый) клинкер. Оксид алюминия выступает ускорителем схватывания и твердения. Среди иных интенсификаторов: поташ, сульфат натрия, нитрат кальция, хлорид кальция. Используя ускорители схватывания, необходимо учитывать, что возможна некоторая потеря итоговой прочности.

Важная добавка для создания кислотоупорных цементов, имеющих в своем составе наполнители – натрий кремнефтористый. Это ускоритель твердения, влияющий в дальнейшем на прочность материала, его жаро- и термостойкость, водо- и кислотоупорность. Но нельзя переусердствовать с внесением данного вещества, ведь его чрезмерное введение может привести к уменьшению механической прочности материала, потере водоустойчивости и слишком быстрому схватыванию, сильно затрудняющему рабочий процесс. Оптимальный объем – 4-6 % от веса наполнителя.

Чтобы создавать жаростойкие цементы, можно использовать такую добавку, как стекло жидкое натриевое. Она также ускоряет твердение, в больших количествах позволяет достигать высокой гидроизоляции. Однако существует очень тонкая грань между большими и чрезмерными объемами, которые, как и в случае с иными интенсификаторами, могут в итоге привести к потере прочности. За этим следует очень внимательно наблюдать.

Не стоит забывать и о противоморозных добавках, позволяющих работать с цементами при низких температурах. Яркий пример – хлорид кальция, который, к тому же, ускоряет схватывание и твердение в обычных условиях, а также помогает реанимировать лежалые цементы. Как вариант, в качестве противоморозной добавки можно использовать поташ, мочевину, нитрат натрия или нитрат кальция. Последнее вещество действует на материал в комплексе, позволяет не только выполнять работы в морозы, но и ускорять набор прочности, препятствовать образованию трещин, замедлять коррозию арматуры, получать качественные поверхности.

В цементной отрасли имеют место и суперпластификаторы – синтетические вещества, используемые в размере 0,1-1,2 % от массы цемента. Им свойственен сильный разжижающий эффект, время действия которого ограничивается сроком 2-3 часа с момента добавления. Самый распространенный суперпластификатор – сульфат натрия.

Очевидно, что минеральные, как и хим. добавки для производства цемента имеют большое значение в данной отрасли. Они не только влияют на сам материал, но и обуславливают свойства, характеристики и долговечность возведенных с его применением конструкций. Поэтому к их выбору и использованию важно отнестись со всей ответственностью.

Остались вопросы по данной теме? Не можете самостоятельно определиться с той или иной добавкой для конкретного вида цемента или выполнения ею какой-либо задачи в смеси? Обращайтесь! Наши специалисты с радостью помогут вам в этом!