История цемента

История цемента

 

Цемент и изготавливаемые из него бетон и железобетон являются в настоящее время основными строительными материалами, которые используются в самых разнообразных областях строительства. Цемент представляет собой вяжущий материал, который при растворении водой превращается в пластичную массу, со временем затвердевающую в прочное камневидное тело.

Для строительных нужд вяжущие материалы стали использовать уже в глубокой древности. Одним из первых вяжущих материалов служила природная необожженная глина. Широкое распространение глинистых пород в природе и простота изготовления из них вяжущего материала обусловили повсеместное его применение. Однако со временем из-за слабых вяжущих ее свойств и малой стойкости во влажных условиях глина перестала удовлетворять требованиям строителей. Примерно 3000-4000 лет до н.э. были найдены способы получения искусственных вяжущих путем обжига некоторых горных пород и тонкого измельчения продуктов этого обжига.

Первые искусственные вяжущие - строительный гипс (получаемый обжигом гипсового камня), а затем и известь (получаемая обжигом известняка) - были применены при строительстве уникальных сооружений: бетонной галереи легендарного лабиринта в древнем Египте (3600 год до н.э.), фундаментов древнейших сооружений в Мексике, Великой Китайской стены, римского Пантеона. Глина, гипс и известь способны твердеть и служить только на воздухе, поэтому эти вяжущие материалы получили название воздушных. Все воздушные вяжущие характеризуются относительно невысокой прочностью. Со временем научились повышать водостойкость известковых растворов, вводя в них тонкомолотые обожженную глину, бой кирпича или вулканические породы, известные под названием "пуццоланы". Так их называли древние римляне по месту залежей близ города Поццуолли. На Руси развитие производства вяжущих материалов связано с возникновением древних городов - Киева, Новгорода, Москвы и др.

Вяжущие материалы использовали при возведении крепостных стен, башен, соборов. В 1584 г. в Москве был учрежден "Каменный приказ", который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также производством извести. Несколько тысячелетий гипс и воздушная известь были единственными вяжущими материалами. Однако они отличались недостаточной водостойкостью. Развитие мореплавания в XVII-XVIII вв. потребовало для строительства портовых сооружений создания новых вяжущих, устойчивых к действию воды. В 1756 году англичанин Д. Смит обжигом известняка с глинистыми примесями получил водостойкое вяжущее, названное гидравлической известью. В 1796 году англичанином Д. Паркером был запатентован роман-цемент, способный твердеть как на воздухе, так и в воде. В наше время эти вяжущие утратили практическое значение, но до второй половины XIX века они были основными материалами для строительства гидротехнических сооружений. Интенсивное развитие промышленности в России в XVIII века, когда было построено 3 тысячи промышленных предприятий, не считая горных заводов, потребовало систематизации накопленного опыта производства и применения вяжущих, создания более эффективных их видов. В 1807 году академик В.М. Севергин дал описание вяжущего вещества, получаемого обжигом мергеля с последующим размолом. Полученный продукт по качеству был лучше роман-цемента. В 1825 году Е.Г. Челиев в книге "Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений" обобщил опыт улучшения свойств вяжущих материалов, накопленный при восстановлении Кремля, разрушенного во время Отечественной войны 1812 года. В Англии в этом же направлении работал Д. Аспдин. В 1812 году он получил патент на "Усовершенствованный способ производства искусственного камня", названного им портландцементом. Полученное Аспдином вяжущее не было портландцементом в современном смысле этого слова, а представляло собой разновидность роман цемента, полученного при несколько повышенной температуре обжига, однако название "портландцемент" сохранилось и поныне. Гидравлическое вяжущее, описанное Челиевым, ближе по свойствам к современному портландцементу, а по качеству превосходило портландцемент Аспдина. Со второй половины XIX века портландцемент прочно вошел в строительную практику. В России над его созданием и совершенствованием много работал А.Р. Шуляченко, которого называют отцом русского цементного производства. Его заслуга состоит в том, что высококачественные отечественные портландцементы почти полностью вытеснили в России цементы иностранного производства. Русские ученные А.Р. Шуляченко, Н.А. Белелюбский и И.Г. Малюга в 1881 году разработали первые технические условия на цемент и предложили классификацию вяжущих. Ими были заложены основы современной науки о твердении вяжущих материалов. В 1885 году в России был созван первый съезд по цементному производству. В 1901 году был основан журнал "Цемент". В 1856 году был пущен в действие первый русский завод по выпуску портландцемента в городе Гроздеце, затем были построены заводы в Риге (1866), Щурове (1870), Пунане-Кунда (1871), Подольске (1874), Новороссийске (1882), и т.д. К 1914 г. в России работало 60 цементных заводов общей производительностью около 1,6 млн. тонн цемента. Одновременно росло производство извести и гипса. В годы первой мировой войны и гражданской войны производство вяжущих материалов в нашей стране резко снизилось, так как многие заводы были разрушены. После установления Советской власти в нашем государстве цементную промышленность пришлось создавать практически заново. Лишь в 1927 году производство цемента превысило довоенный (1913) уровень. Индустриализация и высокие темпы капитального строительства в СССР предопределили ускоренное развитие цементной промышленности. В 1962 году по выпуску цемента СССР вышел на первое место в мире. В 1971 году выпуск цемента в стране превысил 100 млн. тонн. Цементная промышленность СССР отличалась высокой концентрацией производства. Средняя мощность цементного завода в СССР была почти в 2 раза выше, чем в США, и на 30% выше, чем в Японии. Концентрация производства улучшает технико-экономические показатели работы отрасли. Дальнейшее увеличение выпуска цементов и других вяжущих материалов обеспечивается реконструкцией и расширением действующих предприятий, строительством новых, интенсификацией технологических процессов, повышением мощности как заводов в целом, так и отдельных технологических агрегатов, автоматизацией производства. Одновременно с совершенствованием технологии производства расширялся и ассортимент выпускаемых вяжущих материалов. Еще в начале века для строительства подземных и гидротехнических сооружений начали применять пуццолановый портландцемент с повышенной водостойкостью. Развитие металлургии дало цементной промышленности возможность использовать для изготовления шлакопортландцемента и других видов шлаковых вяжущих доменные шлаки. В разработку этих видов цементов большой вклад внесли ученные А.Р. Шуляченко, И.А. Белелюбский, А.А. Байков, С.И. Дружинин, а затем В.А. Кинд, В.Н. Юнг, П.П. Будников, Ю.М. Бутт, С.Д. Окороков, Н.А. Торопов, С.М. Рояк и другие. Производство многокомпонентных цементов в наши дни приобрело важное значение, поскольку это простой и надежный путь экономии топливно-энергетических ресурсов. Современная строительная техника предъявляет к вяжущим материалам новые высокие требования. Для производства железобетонных изделий и конструкций нужны быстротвердеющие портландцементы; для сооружения бетонных дорог - цемент, обладающий повышенной деформативной способностью и морозостойкостью, для декоративных целей требуются белые и цветные цементы, а для ремонтных работ - расширяющиеся цементы. В соответствии с запросами строительства советскими учеными П.И. Боженовым, П.П. Гайджуровым, Л.Д. Ершовым, И.В. Кравченко, Т.В. Кузнецовой, В.В. Михайловым, В.В. Тимашевым, М.И. Хигеровичем и другими разработана технология производства соответствующих специальных цементов. Их ассортимент постоянно расширяется. В настоящее время в нашей стране выпускается около 30 видов цементов. Одновременно повышается качество цемента, растет средняя его марка. Сбывается предсказание Д.И. Менделеева, писавшего в 1891 году, что цемент, составляющий одно из важнейших приобретений между приложениями химии к потребности жизни, есть строительный материал будущего.

 

Технология производства цемента

 

Цемент не является природным материалом. Его изготовление - процесс дорогостоящий и энергоемкий, однако результат стоит того - на выходе получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов (например, бетона и железобетона).

Цементные заводы, как правило, находятся сразу же на месте добычи сырьевых материалов для производства цемента. Производство цемента включает две ступени: первая - получение клинкера, вторая - доведение клинкера до порошкообразного состояния с добавлением к нему гипса или других добавок. Первый этап самый дорогостоящий, именно на него приходится 70% себестоимости цемента. А происходит это следующим образом: первая стадия - это добыча сырьевых материалов. Разработка известняковых месторождений ведется обычно сносом, т. е. часть горы "сносят вниз", открывая тем самым слой желтовато-зеленого известняка, который используется для производства цемента. Этот слой находится, как правило, на глубине до 10 м (до этой глубины он встречается четыре раза), и по толщине достигает 0,7 м.

Затем этот материал отправляется по транспортеру на измельчение до кусков равных 10 см в диаметре. После этого известняк подсушивается, и идет процесс помола и смешивания его с другими компонентами. Далее эта сырьевая смесь подвергается обжигу. Так получают клинкер.

Вторая стадия тоже состоит из нескольких этапов. Это: дробление клинкера, сушка минеральных добавок, дробление гипсового камня, помол клинкера совместно с гипсом и активными минеральными добавками. Однако надо учитывать, что сырьевой материал не бывает всегда одинаковым, да и физико-технические характеристики (такие как прочность, влажность и т. д.) у сырья различные. Поэтому для каждого вида сырья был разработан свой способ производства. К тому же это помогает обеспечить хороший однородный помол и полное перемешивание компонентов.

В цементной промышленности используют три способа производства, в основе которых лежат различные технологические приемы подготовки сырьевого материала: мокрый, сухой и комбинированный. Для каждого способа используется определенный вид оборудования и строго определенная последовательность операций. Без цемента не обходится ни одно строительство, а это лучший показатель его высоких эксплуатационных характеристик.

 

Способы производства цемента

 

Мокрый способ

 

Мокрый способ производства используют при изготовлении цемента из мела (карбонатный компонент), глины (силикатный компонент) и железосодержащих добавок (конверторный шлам, железистый продукт, пиритные огарки). Влажность глины при этом не должна превышать 20%, а влажность мела - 29%. Мокрым этот способ назван потому, что измельчение сырьевой смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии - шлама влажностью 30 - 50%. Далее шлам поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 7 м, а длина - 200 м и более. При обжиге из сырья выделяются углекислоты. После этого шарики-клинкеры, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок, который и является цементом.

Сухой способ

 

Сухой способ заключается в том, что сырьевые материалы перед помолом или в его процессе высушиваются. И сырьевая шихта выходит в виде тонкоизмельченного сухого порошка.

 

Комбинированный способ

 

Комбинированный способ, как уже следует из названия, предполагает использование и сухого и мокрого способа. Комбинированный способ имеет две разновидности. Первая предполагает, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, потом её обезвоживают на фильтрах до влажности 16 - 18% и отправляют в печи для обжига в виде полусухой массы. Второй вариант приготовления является прямо противоположным первому: сначала используют сухой способ для изготовления сырьевой смеси, а затем, добавляя 10 -14% воды, гранулируют, размер гранул составляет 10 - 15 мм и подают на обжиг.

 

Шлакопортландцемент марки 400 (ШПЦ III/A-400).

 

Шлакопортландцемент ШПЦ III / A - 400. Общестроительный шлакопортландцемент гарантированной марки 400. Шлакопортландцемент - гидравлическое вяжущее, получаемое путём тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с гранулированным доменным шлаком до 45% и двуводным гипсом. Сырьём для производства служит известняк и глины, которые добываются открытым способом в бахчисарайском карьере. Производится согласно ДСТУ БВ.2.7-46-96 ("Будівельні матеріали. Цементи загально будівельного призначення. Технічні умови."). С помощью рентгенофлуоресцентного анализатора осуществляется контроль качества выпускаемой продукции. Качество цемента также подтверждается сертификатом, выданным органом по сертификации цементов СЕПРОЦЕМ, который регулярно осуществляет технический надзор на соответствие выпускаемого ШПЦ III / A - 400 требованиям стандарта. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: для изготовления строительных растворов; для производства монолитных и сборных железобетонных конструкций и деталей, особенно с применением тепловлажностной обработки; для внутримассивного бетона гидротехнических сооружений; в качестве штукатурного материала в каменной кладке. ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ: Стабильностью всех параметров; повышенная трещиностойкость; радиационное качество - 1 класс согласно ДБН В.1.4 - 1.01.97.

Портландцемент с добавками марки 400 (ПЦ II/Б-Ш-400).

 

Портландцемент ПЦ II / Б - Ш- 400. Общестроительный портландцемент с минеральной добавкой от 21% до 35% гарантированной марки 400. Портландцемент ПЦ II / Б - Ш - 400 - вяжущее вещество, получаемое путём тонкого измельчения клинкера с двуводным гипсом и активной минеральной добавки - шлака доменного гранулированного, вводимой в количестве до 32%. Производится согласно ДСТУ БВ.2.7-46-96 ("Будівельні матеріали. Цементи загально будівельного призначення. Технічні умови."). Качество цемента также подтверждается сертификатом, выданным органом по сертификации цементов СЕПРОЦЕМ, который регулярно осуществляет технический надзор на соответствие выпускаемого ПЦ II / Б - Ш - 400 требованиям стандарта. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: в жилищном строительстве; в железобетонных монолитных конструкциях; для изготовления сборного железобетона; для гидротехнических сооружений (при службе в пресной воде), для наружных частей монолитного бетона массивных сооружений, для производства плит оболочек, находящихся в зоне переменного уровня воды; при производстве бетонных работ с быстрой распалубкой и для зимних бетонных работ по способу "Термоса" с применением дополнительного обогрева (электропрогрев). ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ: равномерностью изменения объема изготавливаемого раствора; высоким темпом нарастания прочности изделий после пропаривания; стабильностью всех параметров; радиационное качество - 1 класс согласно ДБН В.1.4 - 1.01.97.

 

Портландцемент с добавками марки 400 (ПЦ II/А-Ш-400).

 

Портландцемент ПЦ II / A - Ш- 400. Общестроительный портландцемент с минеральной добавкой от 6% до 20% гарантированной марки 400. Портландцемент ПЦ II / А - Ш - 400 - вяжущее вещество, получаемое путём тонкого измельчения клинкера с двуводным гипсом и активной минеральной добавки - шлака доменного гранулированного, вводимой в количестве до 19%. Производится согласно ДСТУ БВ.2.7-46-96 ("Будівельні матеріали. Цементи загально будівельного призначення. Технічні умови."). Качество цемента также подтверждается сертификатом, выданным органом по сертификации цементов СЕПРОЦЕМ, который регулярно осуществляет технический надзор на соответствие выпускаемого ПЦ II / A - Ш - 400 требованиям стандарта. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: в жилищном строительстве; в железобетонных монолитных конструкциях; для изготовления сборного железобетона; для гидротехнических сооружений (при службе в пресной воде), для наружных частей монолитного бетона массивных сооружений, для производства плит оболочек, находящихся в зоне переменного уровня воды; при производстве бетонных работ с быстрой распалубкой и для зимних бетонных работ по способу "Термоса" с применением дополнительного обогрева (электропрогрев). ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ: низкой коррозийной способностью; стабильностью всех параметров; повышенная прочностью в начальные сроки твердения; радиационное качество - 1 класс согласно ДБН В.1.4 - 1.01.97.

 

Портландцемент бездобавочный марки 500 (ПЦ I-500).

 

Портландцемент ПЦ I - 500. Портландцемент бездобавочный гарантированной марки 500. Портландцемент марки ПЦ I - 500 - вяжущее вещество, получаемое путём тонкого измельчения клинкера с двуводным гипсом, вводимым в количестве 1,0-4,0%. Производится согласно ДСТУ БВ.2.7-46-96 ("Будівельні матеріали. Цементи загально будівельного призначення. Технічні умови."). Качество цемента также подтверждается сертификатом, выданным органом по сертификации цементов СЕПРОЦЕМ, который регулярно осуществляет технический надзор на соответствие выпускаемого ПЦ I - 500 требованиям стандарта. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: для изготовления высокопрочных сборных обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций; для монолитных железобетонных конструкций; при проведении аварийных ремонтных и восстановительных работ ввиду высокой начальной прочности бетона; для гидротехнических сооружений (при службе в пресной воде); для аэродромного строительства; для дорожного строительства; при производстве бетонных работ с быстрой распалубкой и для зимних бетонных работ по способу "Термоса" с применением дополнительного обогрева (припаривание, электропрогрев). ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ: повышенной прочностью в начальные сроки твердения; высоким темпом нарастания прочности изделия после пропаривания; стабильностью всех параметров; высокой морозостойкостью; радиационное качество - 1 класс согласно ДБН В.1.4 - 1.01.97.

 

Сульфатостойкий шлакопортландцемент марки 400(ССШПЦ-400-Д60).

 

Сульфатостойкий шлакопортландцемент ССШПЦ - 400 - Д 60. Сульфатостойкий шлакопортландцемент гарантированной марки 400. Сульфатостойкий шлакопортландцемент - гидравлическое вяжущее, получаемое путём тонкого измельчения портландцементного клинкера совместно с гранулированным доменным шлаком до 40% и двуводным гипсом. ССШПЦ 400-Д60 обладает свойствами шлакопортландцемента, но в отличие от обычного ШПЦ производится на клинкере нормированного состава, где содержанием трехкальциевого алюмината (C3Al) ограничивается до 8%, что соответствует еще большей стойкости этого цемента по отношению к действию мягких сульфатных вод. Производится согласно ДСТУ БВ.2.7-85-99 ("Будівельні матеріали. Цементи загально будівельного призначення. Технічні умови."). С помощью рентгенофлуоресцентного анализатора осуществляется контроль качества выпускаемой продукции. Качество цемента также подтверждается сертификатом, выданным органом по сертификации цементов СЕПРОЦЕМ, который регулярно осуществляет технический надзор на соответствие выпускаемого ШПЦ III / A - 400 требованиям стандарта. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: для изготовления строительных растворов; для производства монолитных и сборных железобетонных конструкций и деталей, особенно с применением тепловлажностной обработки; для производства монолитных и сборных железобетонных надземных, наружных и подводных конструкций, подвергающихся воздействию пресных, а также минеральных вод с учетом норм агрессивности воды-среды; для внутримассивного бетона гидротехнических сооружений; в качестве штукатурного материала в каменной кладке. ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ: стойкостью против многих агрессивных средств (минерализированные воды); стабильностью всех параметров; повышенная трещиностойкость; радиационное качество - 1 класс согласно ДБН В.1.4 - 1.01.97.

Белый цемент (БЦ).

 

Белый цемент (БЦ) изготавливают из маложелезистого клинкера (серый цвет обычного цемента обусловлен главным образом наличием соединений железа в исходных сырьевых материалах). Белый цемент является материалом с уникальными характеристиками, которые позволяют использовать его в изготовлении скульптурных элементов, колонн, а также при отделочных работах, например, фасада здания. Эстетические требования, предъявляемые к фасадам и другим парадным строительным элементам, делают применение белого цемента особенно эффективным. Белый цемент применяют также для цветных цементнобетонных дорожных покрытий, например на площадях у монументальных сооружений.

 

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ).

 

Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) представляет собой быстросхватывающее и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного помола и тщательного смешивания измельченных глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция. Цемент характеризуется быстрым схватыванием: начало процесса - ранее 4 мин., конец не позднее 10 мин. с момента растворения. Линейное расширение образцов из цементного теста, твердеющих в воде в течение 1 сут., должно быть в пределах 0,3-1%. ВРЦ применяют для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов, раструбных соединений создания гидроизоляционных покрытий, заделки стыков и трещин в железобетонных конструкциях и т.д.