Цемент: его состав и свойства
Сегодня существует огромное количество различных стройматериалов, которые имеют свои преимущества и недостатки. Но, пожалуй, самым популярным из них является цемент. Его используют практически на всех этапах строительства, начиная от монтажа фундамента и заканчивая внутренней отделкой стен. Объяснить его популярность достаточно просто: он обладает высокой прочностью, вяжущим эффектом, позволяет скрыть любые дефекты, с легкостью выдерживает повышенные нагрузки, не боится отрицательных температур. Можно смело сказать, что до сих пор аналогов цементу просто не существует. Именно поэтому он еще долгое время будет оставаться №1 среди всех видов стройматериалов.
Что такое цемент?
Цемент – это стройматериал, который выступает в качестве вяжущего элемента в различных растворах. В целом он представляет собой серый порошок. В отдельно взятых случаях он может иметь изумрудный оттенок. Итоговый цвет цементного порошка зависит от добавок, которые в нём содержатся.
Чтобы получить бетонную смесь, необходимо смешать цемент, воду, песок. При необходимости могут добавляться и другие компоненты. Их выбор зависит от целей и задач, которые необходимо решить. После добавления воды все компоненты образуют пластичную массу, которая со временем начинает затвердевать и трансформироваться в высокопрочный искусственный камень.
История появления цемента
Первое упоминание о цементе появилось примерно 2200 лет назад. В те времена цемент готовили из извести, пемзы, туфа и вулканического пепла. Полученный состав использовали в качестве скрепляющего вещества при строительстве каменных зданий. Также из цемента изготавливали цельнолитые конструкции. Но они были недостаточно прочными, из-за чего их надёжность оставляла желать лучшего.
С каждым столетием качество цемента повышалось, и в 1824 г. Джозеф Аспдин разработал аналог современного портландцемента. Он отличался прекрасным вяжущим эффектом, благодаря чему его можно было использовать для приготовления бетона.
Затвердевший материал отличался повышенной прочностью и износостойкостью.
Однако, несмотря на то, что он прекрасно выдерживал сжатие, растяжения бетона приводили к его разрушению. Инженеры обратили внимание на тот факт, что металлические балки, наоборот, не боятся растяжений, но плохо работают на сжатие. В итоге практически одновременно несколько специалистов пришли к выводу, что необходимо объединить эти две особенности.
В начале 1850-ых годов французский инженер Жан-Луи Ламбо построил небольшие лодки. В качестве исходного материала он использовал бетон, который армировал железной сеткой. Спустя несколько лет Уильям Уилкинсон стал первым, кто решил армировать металлическими балками бетонные панели. Полученные ЖБ-конструкции использовали при строительстве 2-этажного дома.
В 1854-м г. инженер-строитель Франсуа Куанье также проводил эксперименты с железобетоном. Он первым решил связать стальную арматуру перекрытий с боковыми панелями. Однако в массовом производстве железобетон начал использовать человек, который вообще не имел отношения к строительству, – это Джозеф Монье.
В 1846-ом г. его назначили садовником в саду неподалёку от Лувра. Для пересадки апельсиновых деревьев на зиму в теплицу ему нужны были прочные и надежные кадки. Монье решил сделать их из бетона, но у него ничего не получалось. Полученные кадки все время трескались, даже не застыв. В итоге он решил укрепить их металлическими стержнями.
Но тогда цемент не отличался прочностью и разрушался при малейших перепадах температур. Но, к удивлению Монье, его изобретение за 3 года интенсивной эксплуатации так и не вышло из строя – ни одна кадка не растрескалась. После этого садовник начал изготавливать из бетона и другие элементы ландшафтного дизайна.
Через несколько лет на парижской выставке он получил патент за использование армированного бетона в искусственных водоёмах. После этого последовало еще несколько патентов, в том числе за открытие ЖБ- балок, шпал, мостовых конструкций и других изделий. Через несколько лет вчерашний садовник стал самым узнаваемым человеком во Франции. Под его руководством был построен мост в замке Шазелье и еще много других конструкций.
Спустя некоторое время Монье продал все патенты инженеру-строителю Густаву Вайсу. Он, в свою очередь, сместил арматуру в сторону, что позволило повысить прочность и износостойкость железобетонных панелей. Можно смело сказать, что изобретение армированного бетона стало одним из важнейших событий в истории строительства.
Химический состав цемента
Цемент состоит из следующих компонентов:
· известь. Оксид кальция, CaO. В цементном порошке содержится до 60% извести;
· кремниевый диоксид. SiO2. Около 20% от общего объёма;
· алюминий (глинозем, Al2O3). Его количество не превышает 4% от общего объема всей смеси;
· гипс и оксиды железа (Fe2O3). Около 2% от всего объёма сухого вещества;
· оксид магния оксид (MgO). Содержится около 1% данного вещества.
Указанный состав и количество всех этих компонентов характерно для портландцемента. Однако при необходимости его состав может изменяться, поэтому не существует точной или универсальной химической формулы цементного продукта.
Основной элемент любого цементного порошка – это клинкер. Это продукт, полученный путём обжига глины и известняка. После того, как смесь прошла термическую обработку (температура обжига составляет 1500 градусов), клинкер измельчают до гранул, размер которых составляет от 10 до 60 миллиметров.
После измельчения клинкер смешивают с различными добавками:
· гипс. От его количества зависят сроки схватывания бетона;
· корректирующие добавки – это присадки, пластификаторы и другие элементы. Их количество не превышает 20% от общего объема цементного порошка.
Для приготовления клинкера могут использоваться различные горные породы:
· карбонатные. Имеют кристаллическую либо аморфную структуру. Её выбор определяет эффективность взаимодействия порошка с другими компонентами;
· осадочные породы. Это глина с минеральной основой. При повышенной влажности она начинает разбухать (увеличиваться в объёме) и становится пластичной. Главная особенность – это высокий показатель вязкости.
Карбонатные породы
Для производства цементного порошка используются различные породы:
· мергель. Содержит в своём составе небольшое количество глины;
· мел. Вид мажущегося известняка. Он легко перетирается;
· ракушечник. Имеет пористую структуру, которая начинает разрушаться даже под незначительными сжимающими нагрузками;
· доломит. Обладает прекрасными физическими свойствами, благодаря чему выделяется среди других карбонатных пород.
Глинистые породы
Для изготовления цемента применяют:
· глину. Вид глинистой породы с минеральными включениями;
· лёсс. Отличается пористой структурой. Порода достаточно рыхлая и разрушается при попадании на нее воды. Имеет мелкие зёрна в своем составе, также лёсс может иметь включения силиката или кварца;
· суглинок. Отличается большим содержанием пылеобразных частиц;
· глинистый сланец. Отличается повышенной прочностью (выше, чем у других глинистых пород).
При измельчении сланец преобразуется в пластинчатые частицы. Материал содержит минимальное количество влаги. Имеет стабильный гранулометрический состав.
Корректирующие добавки
Чтобы корректировать цемент, в его состав добавляют различные минеральные добавки. К примеру, модификаторы, изготовленные на базе ископаемых. Они содержат в себе следующие элементы:
· железо;
· плавиковый шпат;
· апатиты;
· глинозём.
Также в качестве корректирующих добавок могут выступать некоторые промышленные отходы: пиритные огарки, минерализаторы, пыль из доменных печей. Все эти добавки улучшают качество цемента и, как следствие, качество самих бетонных конструкций.
Как производят цемент. Способы производства цемента
Сегодня существует 4 способа производства цемента.
Технология заключается в следующем:
· исходное сырьё дробят, а затем просушивают;
· полученную смесь измельчают в порошок;
· её помещают во вращающуюся печь и обжигают;
· полученная смесь охлаждается и фасуется.
Эта технология отличается минимальной себестоимостью и трудозатратами, поскольку здесь все технологические процессы объединены вместе.
Мокрый
В качестве исходного сырья выступает шихта с влажностью до 50%. Главная особенность метода заключается в том, что известь заменяют мелом, а в процессе изготовления добавляют воду. В итоге получается сырьевой шлам. Его помещают в печь, где обжигают. После обжига смесь охлаждается и измельчается. На завершающем этапе добавляют пластификаторы и другие примеси.
Комбинированный метод
Данный способ объединил в себе обе технологии. Итоговая смесь имеет полусухой состав с влажностью 18%.
Сама технология заключается в следующем:
· по мокрой технологии получают сырьевой шлам;
· его высушивают и прессуют в гранулы;
· их помещают в печь для обжига.
Итоговое сырье охлаждается и фасуется.
Бесклинкерный
Существует еще один способ изготовления цемента – это бесклинкерный метод.
В качестве исходного сырья используется доменный либо гидравлический шлак. Его смешивают с добавками, дробят и перетирают до состояния порошка.
Данная технология имеет несколько преимуществ:
· исключается загрязнение окружающей среды, поскольку используются отходы металлургической отрасли;
· можно изготавливать продукцию с различными свойствами;
· готовый продукт устойчив к негативному влиянию окружающей среды;
· минимальные затраты при производстве цементного продукта.
Технические характеристики строительного цемента
Основной технической характеристикой цемента является его марка. Она обозначается комбинацией из цифр и буквы «М». Цифры указывают на максимальный показатель нагрузки в килограммах на единицу объёма застывшего бетона, т.е. это прочность на сжатие.
Также на упаковке указывается и процентное количество добавок. Оно обозначается буквой «Д» и показывает, какие добавки входят в состав цемента.
Например, «Д10» обозначает, что в сухой смеси содержится 10% добавок. Они позволяют повысить прочность, водонепроницаемость бетона, морозостойкость и др.
Самой популярной маркой цемента считается М400. Данный вариант отличается своей универсальностью и подходит практически для любых строительных и отделочных работ.
Но кроме марки, класса и типа, цементы разделяют на несколько видов, которые отличаются сочетанием отдельных компонентов. В целом их различают по следующим критериям:
· активность. Другими словами это прочность цементного раствора на сжатие. Каждый образец проходит испытания, а полученные данные сравниваются с нормативами, на основании чего каждому из них присваивается соответствующая марка. Активность цемента зависит от нескольких факторов: интенсивность помола, состав и количество добавок, активность клинкерных веществ;
· плотность. Наименьшей плотностью обладает свежеприготовленный цемент. Дело в том, что на его частички действуют электростатические силы, которые отталкиваются одна от другой.
Но во время транспортировки и хранения эти силы слабеют, и смесь уплотняется. Стоит отметить, что плотность также зависит от степени помола клинкерных гранул;
· удельный вес. Он определяется соотношением веса к занимаемому объёму. Данное понятие необходимо для правильного составления пропорций в цементном растворе;
· объёмный вес. Рассчитывается по среднему показателю плотности цементного продукта. Во время хранения и транспортировки объёмный вес увеличивается;
· срок годности. Любой цемент имеет ограниченный срок годности. Обычно он составляет 2 месяца при нормальных условиях хранения, после чего продукт становится менее прочным. Если же обеспечить герметичные условия хранения, то срок годности цемента может составлять 1 год;
· насыпная плотность. Это соотношение массы рыхлого цемента к его объёму;
· время застывания. В летнее время года приготовленный цементный раствор застывает за 305 часов. Зимой, при температуре 0 градусов и ниже, бетон затвердевает за 10-20 часов.
Ускорить или замедлить процесс застывания можно при помощи различных добавок;
· тонкость помола или размер гранул. Чем меньше частица цемента, тем быстрее он затвердевает, и, соответственно, тем он прочнее в застывшем состоянии. Оптимальный размер частиц 40-80 микрометров.
Типы цемента и сферы их использования
Существует несколько типов цемента:
· портландцемент. Имеет традиционный состав. Применяется для изготовления бетонных конструкций и изделий. Также его используют для оштукатуривания внутренних и наружных стен;
· шлакопортландцемент. Имеет в своем составе до 25% шлака (уголь, полученный после сжигания клинкера). Используется для изготовления массивных бетонных и ЖБ-конструкций;
· глиноземный. Имеет в своем составе шлак и гипс. Отличается высокой скоростью затвердевания. Не боится повышенной влажности. Применяется для изготовления водонепроницаемых изделий и конструкций;
· сульфатостойкий.
Устойчив к агрессивным и химически активным средам. Применяется для изготовления и бетонирования подводных конструкций;
· пуццолановый. Содержит в своём составе активные минеральные добавки. Используется для изготовления сложных и водонепроницаемых конструкций;
· кислотоупорный. При его изготовлении используется не вода, а жидкое кварцевое стекло. Данный материал устойчив к агрессивным средам, поэтому он используется в тех областях, где необходима устойчивость к кислотам и химически активным веществам;
· пластифицированный. Имеет в своем составе специальные добавки. Они повышают пластичность цемента и делают его более мягким. Используется при изготовлении сложных конструкций.
Класс прочности цемента
Согласно ГОСТ 31108-2016, термин «марка цемента» — это то же самое, что и «класс прочности». Как говорилось выше, он обозначается комбинаций из цифры и буквы «М». В свою очередь данная цифра обозначает вес, который способен выдержать цемент без разрушения.
К примеру, если он выдержит нагрузку в 200 килограммов, то он имеет марку М200.
Согласно данной классификации цементный продукт делится на несколько классов:
· М50. Применяется для штукатурных работ;
· М100. Используется при возведении кирпичной кладки;
· М200. Цемент данного класса прочности используют для стяжки пола;
· М300. Используют для возведения фундамента;
· М400. Универсальный вариант, подходит практически для любых строительных работ;
· М500. Также считается универсальным вариантом и используется при любых строительных работах;
· М600. Высокопрочный цемент. Используется на различных этапах строительства. Не боится влаги, а также способен выдерживать повышенные механические нагрузки. Благодаря этому пользуется огромной популярностью среди потребителей.
Проверки на прочность проводятся в лабораториях с использованием специального оборудования. Во время испытаний учитываются и другие характеристик: тонкость помола, количество и состав добавок.
Во время испытаний определяется и предел прочности на сжатие и изгиб.
Чем цемент отличается от бетона
Некоторые новички считают, что цемент и бетон – это одно и то же. Но это распространенная грубая ошибка. Цемент – это сухой порошок, который используется для приготовления бетонного раствора. Его смешивают с водой, песком или гравием, а также другими составляющими. А бетон – это застывший раствор, который отличается повышенной прочностью и износостойкостью. Стоит отметить, что до момента застывания бетон представляет собой подвижную бетонную смесь.
Строительная лаборатория ООО «Бюро «Строительные исследования» занимается испытаниями конструкций и материалов в Санкт-Петербурге и Москве
Основная специализация лаборатории:
- Испытания бетона
- Геотехнический контроль грунта
- Другие области испытаний
- Наши вакансии
Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:
1.
Заполнив форму на нашем сайте
2. По телефонам:
+7(812)386-11-75 — главный офис в Санкт-Петербурге
+7(965)006-94-59 (WhatsApp, Telegramm) — отдел по работе с клиентами Санкт-Петербург и Москва
3. Написать нам на почту
Подписывайтесь на наши социальные сети и YouTube канал, там много интересной информации и лайфхаков.
Задайте вопрос по этой статье, заполнив форму (телефон не обязателен)
из чего состоит, пропорции компонентов, производство
Качества любого искусственного вяжущего определяются его способом изготовления и процентным содержанием сырьевых компонентов. Цемент не является исключением, из всех видов он относится к самым сложным. Это вещество получают путем измельчения до порошкообразного состояния гипса и обожженного однородного многокомпонентного клинкера и соединения их со специальными добавками. В итоге свойства и сфера применения вяжущего зависят от соотношения этих веществ между собой, температуры обработки и тонкости помола.
Оглавление:
- Разновидности
- Пропорции компонентов
- Особенности маркировки
Главными компонентами являются оксиды алюминия, кальция и кремния, при затворении водой они образуют химические соединения, упрочняющиеся при затвердевании во влажной среде. Общие требования регламентируются ГОСТ 30515-2013, согласно этому межгосударственному стандарту все цементы классифицируются на группы, различающиеся по виду клинкера на портландцементные, глиноземистые и смешанные (ПЦ и сульфатоалюминаты). В первом случае типичный состав содержит CaО (67%), SiO
Для производства глиноземистых и высокоглиноземистых цементов в качестве сырья используются бокситы и известняки (преобладает доля низкоосновных алюминатов кальция, процентное содержание Al2O3 возрастает до 50 %).
Соотношения остальных компонентов у них зависят от целевого назначения и варьируются в следующих пределах: СаО – 35-45 %; А12О3 – 30-50 %; Fe2O3
В зависимости от пропорций компонентов и вещественного состава выделяют следующие востребованные в частном и промышленном строительстве группы:
- Портландцементы – самая популярная разновидность, представляющая смесь тонкого помола клинкера с преобладающей долей высокоосновных силикатов кальция и гипса. Сырьем служат известняк (до 78%) и глина (до 25%).
- Глиноземистые, изготавливаемые путем помола сырья из бокситов и известняков, обожженных или расплавленных до однородного состояния. Эти виды характеризуются высокой скоростью затвердевания, их используют как в качестве самостоятельного вяжущего, так и для производства специальных марок: водонепроницаемых, расширяющихся, напрягающихся.
Из-за повышенной твердости клинкера они проигрывают портландцементу в энергозатратности и себестоимости. - Шлакопортландцементы – с долей доменного, электротермофосфорного или топливных шлаков от 36 до 65%.
- Пуццолановые, с добавлением к продуктам помола ПЦ клинкера активных минеральных добавок. Их пропорция достигает 40%, из-за образования химических реакций с зернами цемента они имеют отличные от обычных марок свойства.
- Смешанные – получаемые путем совместного помола клинкеров разных видов или вводом многокомпонентных минеральных смесей (например, шлака и золы-уноса).
Из-за повышенной твердости клинкера они проигрывают портландцементу в энергозатратности и себестоимости.К реже используемым видам относят романцемент (соединение помола ПЦ клинкера и известняковых и магнезиальных мергелей, не производится промышленных масштабах), магнезиальные (затворяемые солевыми растворами, характеризующиеся высокой скоростью схватывания и стойкостью к механическим нагрузкам после застывания) и кислотоупорные составы на основе кварца, разводимые жидким стеклом.
Химический состав цементов разных групп
Пропорции клинкера и остальных компонентов:
| Наименование | Вещественный состав сухой смеси, % | Минералогический состав клинкера, в % по массе | ||
| Доля клинкера | Доля гипса | Другие добавки | ||
| Обычный ПЦ | До 80 | 1,5-3,5 | Минеральные примеси – до 20% | ЗСаО х SiO2 – 45-67 2CaO х SiO2 – 13-35 ЗСаО х Al2O3 – 2-12 4СаО хAl2O3 х Fe2O3 – 8-16 |
| Гидрофобный | До 90 | — | Мылонафт, олеиновые кислоты – до 0,05 | |
| Тампонажный | — | Активная минеральная добавка – до 25 инертная – до 10 шлак – до 15 песок – до 10 пластификаторы – 0,15 | ||
| Шлако-портландцемент | 40-70 | До 3,5 | Гранулированный диатомитовый шлак – 30-60 | |
| Пластифицированный | До 90 | — | пластификаторы – 0,15-0,25 | |
| Быстротвердеющий | 90 | 1,5-3,5 | Активная минеральная добавка – до 10 | ЗСаО х SiO2 и ЗСаО х Al2O3 – до 65 2CaO х SiO2 и 4СаО хAl2O3 х Fe2O3 до 33 |
| Высокопрочный | 90 | 1,5-3 | — | ЗСаО х SiO2 – до 70 ЗСаО х Al2O3 – 8 |
| Декоративный (белый цемент) | 80-85 | — | Диатомит – 6 Инертная минеральная добавка – 10-15 | 3CaO х SiО2 – 45-50 2CaO х SiO2 – 23-37 ЗСаО х Al2O3 – до 15 4СаОхAl2O3хFe2О3 – до 2 |
| Пуццолановый сульфатостойкий | До 60 | До 3,5 | Породы осадочного происхождения – 20-35 Лава, обожженная глина, топливная зола-унос – 25-40 | ЗСаО х SiO2 — до 50 ЗСаО х Al2O3 – 5 ЗСаО х Al2O3 и 4СаОхAl2O3хFe2О3 – 22 Al2O3— 5 MgO – 5
|
| Сульфатостойкий | До 96 | До 3,5 | — | |
| Глиноземистый | 99 | 1 | Точные пропорции зависят от назначения СаО·Аl2О3 – преобладающая доля СА2 С12А7 C2S 2СаО·Аl2О3·2SiO2 | |
| То же, расширяющийся | До 70 | 20 | Бура – 10 | |
| Напрягающийся | Клинкер ПЦ – 65-70 Глинозем – 13-20 | 6-10 | Совместный помол глиноземистого и портландцементного клинкера | |
Сфера применения и основные свойства разновидностей приведены ниже:
| Наименование | Оптимальная область использования, преимущества | Ограничения, возможные недостатки |
| Портландцемент | Монолитные и сборные бетонные и ж/б конструкции, изготовление растворов, дорожное строительство | Окончательный набор прочности – через 28 дней |
| ЩПЦ | Массивные сооружения, подвергаемые воздействию пресных и минерализованных вод. Характеризуется повышенной сульфатостойкостью | Медленное затвердевании в начале, низкая морозостойкость |
| Пуццолановый | Подземные и подводные конструкции, подверженные агрессивному воздействию сульфатных вод | Не рекомендуются для объектов с перепадами уровня влажности, при риске частых промерзаний или твердении раствора в сухих условиях |
| Глиноземистый | Производство жаростойких строительных смесей, быстротвердеющих или аварийных бетонов | Не используются для заливки массивных конструкций, максимально допустимая температура окружающего воздуха на начальной стадии затвердевания составляет +25 °C |
| Напрягающий | Изготовление тонкостенных изделий, напорных ж/б труб, гидроизолирующих покрытий | Зависят от марки, возможны ограничения в температуре эксплуатации. Единственным недостатком является сложный процесс производства, и как следствие – высокая цена |
Основные марки
Вид выбранного вяжущего определяет пропорции и свойства строительных смесей.
Важно заранее проверить, из чего состоит цемент, величину его водопотребности, размеров зерен и сроки схватывания. Главным критерием качества является прочность на сжатие, в лаборатории она определяется для изделий из ЦПР, смешанного в соотношении 1:3 и затвердевающего в нормальных условиях в течение 28 дней. В зависимости от выдерживаемого давления выделяют группы от 100 до 600 кг/см
Следующим фактором идет процентное соотношение добавок к клинкеру, у стандартных видов максимум составляет 20%. Маркировка этого показателя обозначается буквой «Д», идущее за ней число характеризует долю минеральных примесей (пример: ПЦ М400 Д0 указывается для портландцемента с прочностью на сжатие не менее 400 кг/см2 без добавок). Приведенная маркировка соответствует ГОСТ 10178-85, помимо вышеперечисленной она включает информацию о дополнительных свойствах (обозначается только при их наличии), также зависящих от состава клинкера и введенных добавок.
- Н – нормированный;
- Б – быстротвердеющий;
- СС – сульфатостойкий;
- ВРЦ – расширяющийся водонепроницаемый;
- ПЛ – с пластификаторами;
- БЦ – белый (декоративный) цемент.
С 2003 г вступил в силу ГОСТ 31108 (соответствующий евростандартам), согласно которому вначале указывается состав с примечанием о наличии или отсутствии добавок (II или I). Все варианты с минеральными примесями разделяются на две группы: А – с процентным содержанием от 6 до 60%, Б – от 21 до 35%. Тип добавки обозначают римскими цифрами. Последними идут класс прочности и норма сжатия материала. Стандартный диапазон для общестроительных смесей варьируется от 22,5 до 52,5 (соответствует марке от М300 до М600). Для исключения ошибок рядом с маркировкой всегда указывается ГОСТ, введение цемента осуществляется со строгим соблюдением пропорций.
Химический состав цемента и функции ингредиентов, присутствующих в цементе
Химический состав цемента и функции ингредиентов для цемента обсуждаются здесь.
Химический состав цемента зависит от сырья, используемого при производстве цемента. Этими сырьевыми материалами являются известь, кремнезем, глинозем и оксид железа.
Содержание
- Каков химический состав цемента?
- Химический состав цемента и функции ингредиентов
- Химический состав цемента с процентным содержанием
- Функции химических соединений, присутствующих в цементе
- Основные соединения цемента
- Основные соединения цемента, их общее название и приблизительный диапазон массы
- Оксидный состав и соответствующий OPC состав Bogue’s Compounds-
- Bogue’s Compounds
- 1. Трехкальциевый силикат
- 2. Двухкальциевый силикат
- 3. Трехкальциевый алюминат
- 4. Тетракальция алюминоферит
- Тепловая гидратация компонентов цемента
- Незначительные соединения цемента
- Важность щелкала в цементе
- Важность GYPSUM в Cement
9000 9000 - . Цемент) В соответствии с IS: 269 – 1989
- Важные моменты, на которые следует обратить внимание в отношении изменчивости состава цемента (изменение свойств цемента) —
- Микроструктура состава цемента
- Key Take Away
- Часто задаваемые вопросы
При высоких температурах сырье вступает в реакцию друг с другом в печи. Молекулярный состав реструктурируется в печи путем прокаливания. В результате образуется ряд сложных химических соединений.
После этого достигается состояние химического равновесия за исключением небольшого остатка несвязанной извести. Это связано с тем, что известь не успевает прореагировать. Но при охлаждении равновесие не сохраняется. И эта скорость охлаждения влияет на степень кристаллизации.
Глинозем и железо производят алюминат трикальция и алюминат тетракальция. Глинозем и железо снижают температуру с 2000°C до 1350°C (от 3500°F до 2500°F).
Вышеупомянутое снижение температуры требуется для образования трехкальциевого силиката. В противном случае для снижения температуры потребовалась бы энергия, и, следовательно, стоимость увеличилась бы.
Химический состав цемента и функции ингредиентовВ ходе реакции образуются оксиды сырья. Относительные пропорции этих оксидов наряду со скоростью охлаждения и тонкостью помола влияют на свойства цемента.
Химический состав цемента в процентахПриблизительный химический состав цемента в процентах приведен в таблице ниже:
Функции химических соединений, присутствующих в цементе- Оксид кальция CaO
Он регулирует прирост прочности цемента
Он регулирует прочность цемента
Недостаток CaO в цементе снижает его прочность и время схватывания.
2. Силикагель SiO 2
Придает прочность цементу.
Избыток кремнезема снижает схватывание цемента.
3. Оксид алюминия Al 2 O 3
Отвечает за быстрое схватывание цемента
Избыток оксида алюминия снижает прочность цемента 3
Придает цементу характерный серый цвет
Также помогает при сплавлении различных материалов
5. Оксид магния MgO
Придает цвет цементу
Придает цементу твердость конкретный.
6. Щелочи Na 2 O, K 2 O, P 2 O 5
Щелочи присутствуют в виде остатков в цементе.
Избыток щелочей вызывает высолы в бетоне
Избыток щелочи может также привести к растрескиванию бетона.
7. Триоксид серы SO 3
Триоксид серы придает прочность цементу.
Основные соединения цемента Основные соединения цемента, образующиеся после обжига материалов в печи, образуют клинкер цемента.
Эти соединения могут схватываться и затвердевать в присутствии воды.
В основном их идентифицировал Бог. Следовательно, эти основные соединения также называют соединениями Бога.
Major Compounds of Cement, Their Common Name, and Approximate Weight Range| Name of Compound | Formula | Abbreviation | Common Name | Usual Range by Weight |
| Tricalcium silicate | 3 CaO.SiO 2 | C 3 S | alite | 45-60 |
| Dicalcium silicate | 2 CaO.SiO 2 | C 2 S | belite | 15-30 |
| Tricalcium aluminate | 3 Al 2 O 3 .SiO 2 | C 3 A | – | 6-12 |
| Tetracalcium aluminoferrite | 4 Al 2 O 3 . Fe 2 O 3 | C 4 AF | ferrite | 6-8 |
Соотношение этих четырех элементов определяет основные свойства цемента.
Oxide Composition of Typical OPC & Corresponding Composition of Bogue’s Compounds-| Oxide | Composition (%) |
| CaO | 63 |
| SiO 2 | 20 |
| Al2O 3 | 6 |
| Fe 2 O 3 | 3 |
| MgO | 1.5 |
| Na 2 O K 2 O | 1 |
| SO 3 | 2 |
| Другие | 1 |
| Потеря при зажигании | 2 (объясняется ниже) |
| 2 (объяснено ниже) | |
. 0280 |
| Bogue’s Compound | Composition (%) |
| C 3 S | 54 |
| C 2 S | 16.6 |
| C 3 A | 10,8 |
| C 4 AF | 9,1 |
образовавшиеся соединения.
Следовательно, производство цемента с установленным количеством определенного соединения требует тщательного контроля состава оксидов в сырье.
Различные испытания проводятся для определения пропорций этих компонентов в цементе.
Нерастворимый остаток
Согласно BS EN 197-1 нерастворимый остаток не должен превышать 5 % от общей массы цемента с наполнителем.
Потери при прокаливании
Показывает степень карбонизации и гидратации свободной извести и свободной магнезии при контакте цемента с атмосферой. The specified limits of loss on ignition as per ASTM C 150-05 & BS EN 197-1 are as follows-
| Cement Type | Loss on Ignition (in %) |
|---|---|
| ASTM Тип I Цемент | 3 |
| ASTM Тип II Цемент | 3 |
| ASTM Type III Cement | 3 |
| ASTM Type IV Cement | 2.5 |
| ASTM Type V Cement | 3 |
| Cement with Filler material | 5 |
Четыре основных соединения цемента называются соединениями Бога.
1.
Трехкальциевый силикат- Может считаться лучшим вяжущим материалом.
- Облегчает измельчение цементных клинкеров
- Повышает устойчивость к замораживанию и оттаиванию
- Поскольку он гидратируется на ранней стадии, он обеспечивает раннюю прочность цемента
- Его гидратация и характер образовавшегося геля вызывают твердость цемента наряду с 7-дневной прочностью цемента
- Увеличение его содержания сверх указанных пределов может значительно увеличить теплоту гидратации, а также увеличить растворимость цемента в воде
2.
Двухкальциевый силикат - Его гидратация требует времени, поэтому затвердевание происходит на более поздней стадии
- Сила развивается примерно через год
- Обеспечивает стойкость к химическому воздействию
- Увеличение его содержания затрудняет помол клинкеров, снижает раннюю прочность и теплоту гидратации
- Через год вклад C 2 S в прочность и твердость почти равен вкладу C 3 С
Вместе составляют 70-80 % цементных смесей. Большая часть прочности цемента зависит только от этих двух соединений. При гидратации они дают C 3 S 2 H 3 и Ca(OH) 2 . Но C 3 S дает раннюю прочность, а C 2 S отвечает за предел прочности.
Вклад цементных компаундов в прочность цемента 3. Трехкальциевый алюминат- Может быстро реагировать с водой
- Вызывает мгновенное схватывание тонкоизмельченного клинкера за счет мгновенного затвердевания цементного теста. Для предотвращения этого при помоле цемента добавляют 2-3 % гипса.
- Отвечает за начальное схватывание, высокую теплоту гидратации и объемные изменения; таким образом, это причина взлома
- Увеличение его содержания снижает время схватывания, устойчивость к сульфатному воздействию, предельную прочность и теплоту гидратации
Для предотвращения этого при помоле цемента- Он также отвечает за мгновенное схватывание цемента вместе с C 3 A, но выделяет меньше тепла.
- Имеет наименьшую цементирующую способность из всех
- Увеличение его содержания снижает прочность
| Компонент | Теплота гидратации (в Дж/г) 2 2 2 20205 C 3 S | 500 | C 2 S | 260 | C 3 A | 865 | C 4 AF | 420 | |
Реакция теплоты гидратации цемента протекает с большей скоростью на ранней стадии и с меньшей скоростью после нее.
Помимо соединений Bogue, составляющих основную часть продукции, в печи также образуются некоторые второстепенные соединения.
В цементе содержится довольно много второстепенных соединений, таких как CaSO 4 .2H 2 O, MgO, TiO 2 , Mn 2 O 3 , K 90 90, 90, 9 O 9 Na 2 O и щелочи.
Основные соединения играют важную роль в гидратации цемента. Чтобы знать, что такое гидратация цемента и как эти соединения помогают в наборе прочности бетона, Чтение гидратации цемента .
Это не означает, что второстепенными соединениями можно пренебречь. На самом деле, термин «минорное соединение» относится к его количеству, а не к важности. Это можно понять по следующим примерам:
Важность щелочей в цементе Наличие этих щелочей повышает рН до 13,5, что хорошо для защиты арматурной стали от коррозии.
Щелочи реагируют с заполнителями в бетоне, что вызывает разрушение бетона. Это явление известно как реакция щелочного агрегата и отрицательно сказывается на прочности бетона.
Значение гипса в цементеБольшое значение имеет количество гипса, присутствующего в клинкере.
Содержание гипса зависит от содержания C 3 A и содержания щелочи. Если C 3 A увеличивается, потребность в гипсе также увеличивается. (Увеличение C 3 A требуется, если также увеличивается тонкость помола цемента.)
Но добавление гипса увеличивает характеристики расширения цемента и вызывает разрушение застывшего цементного теста.
Таким образом, необходимо определить оптимальное содержание гипса. Его определяют по выделению теплоты гидратации. Обеспечивается желаемая скорость ранней реакции, так что небольшое количество C 3 A доступно для реакции даже после того, как весь гипс будет объединен.
Ниже приведены некоторые химические требования цемента OPC марки 33 согласно IS: 269-1989:
1. Коэффициент насыщения известью представляет собой отношение процентного содержания извести к объему кремнезема, глинозема и оксида железа. Он не должен быть больше 1,02.
2. Процент оксида оксида железа
3.
4.
5.
6.
Свойства)-1. Отношение кремнезема к глинозему и оксиду железа определяет скорость схватывания цементного теста.
Соотношение = SiO2Al2O3+FE2O3
2. Тепло от гидратации может быть уменьшено на
— Увеличение содержания кремнезема до 21 %
— ограничивающее содержание охищренного алемина
3. – ограничение содержания железа до 4 % 4. Добавление небольшого процента оксида железа в высококремнистое сырье облегчает его сжигание. Но избыток этого оксида железа приводит к образованию твердых клинкеров. Эти твердые клинкеры затем затрудняют измельчение. Оксид железа нейтрализует некоторые нежелательные свойства, возникающие из-за реакции извести с глиноземом. Кроме того, если известь сама по себе вступает в реакцию с оксидом железа, это вызывает нестабильность. Меры предосторожности при изменении сырья для цемента: 1. Ограничение содержания извести – Количество извести не должно превышать определенного предела. В противном случае извести будет трудно сочетаться с другими составами. А известь останется в виде свободной извести в клинкере цемента. Свободная известь в клинкере задерживает гидратацию цемента и, таким образом, ухудшает его прочность. 2. Ограничение содержания кремнезема – Если вместо глинозема и оксида железа увеличить количество кремнезема, цемент не будет плавиться должным образом. Образование цементных клинкеров также будет затруднено. Увеличение общего содержания глинозема и оксида железа способствует увеличению ранней прочности цемента. С развитием науки и техники мы теперь можем распознавать микроструктуру цементного бетона до гидратации, а также после гидратации. Кристаллическая/аморфная структура гидратированного/негидратированного цемента может быть выявлена с помощью Ле Шателье и Торнебом наблюдали четыре различных типа кристаллов в тонких срезах цементных клинкеров. Описание этих четырех кристаллов было похоже на описание основных компонентов Богом. Следовательно, соединения Бога также упоминаются в литературе под этими названиями. Сырье цемента — Стина, Silica, Alumina, Iron Oxide
Стойкость к сульфатному воздействию может быть повышена за счет0003
СЭМ-изображение цементаОптическое микроскопическое изображение цемента
Эти четыре типа кристаллов были названы Торнебомом алитом, белитом, целитом и фелитом. Bogue’s Compound Tornebohm’s Name for Crystal C 3 S Alite C 2 S Belite C 3 A Целит C 4 AF FELITE Ключевой выпуск
| Оксид | Процентный диапазон | Функция | ||
| CARO | 601059||||
| CARO | 601867.||||
| SIO 2 | 17-25 | IMPARTSIONS . | 3-8 | Отвечает за быстрое схватывание цемента Избыток- Снижает прочность цемента0894 облегчает слияние различных материалов |
| MGO | 0,1-4 | . Придает цвет . 2 O, P 2 O 5 | 0,4-1,3 | Избыток щелочи вызывает высолы в бетоне Избыток щелочи вызывает появление трещин в бетоне | SO 102 3 | 1.3-3 | Придает прочность |
0894 Управление. Расположенный в цементе Вышеперечисленные оксиды, присутствующие в сырье, соединяются друг с другом при высоких температурах клинкерования и образуют комплексные соединения.
Основные соединения цемента t-
Основные соединения цемента были определены на основе работы Bogue. Поэтому их также называют соединениями Бога.
- C 3 S – Трехкальциевый силикат
- C 2 S – Двухкальциевый силикат
- C 3 A – Трехкальциевый алюминат
- C 4 AF – Тетракальциевый алюмоферрит
Основные соединения ответственны за гидратацию цемента, что приводит к увеличению прочности цемента. Основные соединения составляют около 90 % от общего количества цементных соединений.
Второстепенные соединения цемента –
Хотя процентное содержание второстепенных соединений в составе цемента меньше, они все же значительны.
Второстепенные соединения в цементе включают CaSO 4 .2H 2 O, MgO, TiO 2 , Mn 2 O 3 , K 2 O, Na 2 O и щелочи.
Щелочи могут способствовать реакции щелочного агрегата в бетоне, что отрицательно сказывается на прочности бетона.
Необходимо определить оптимальное содержание гипса, так как большее количество гипса вызывает характеристики расширения цемента, что приводит к нарушению затвердевшего цемента.
IS: 269 -1989 : Было указано, что некоторые химические требования к цементу марки 33 для OPC. В этом коде указаны ограничения для следующих факторов:
- Известь до кремнезема, глинозема и оксида железа
- Глинозем в оксид железа
- Нерастворимый остаток
- Магнезия
- Содержание серы
- Потери при прокаливании
Изменение процентного содержания сырья должно производиться с осторожностью. В противном случае могут возникнуть неблагоприятные последствия.
Избыток извести приводит к тому, что известь остается в свободном состоянии в клинкере, вызывая непрочность цемента.
Избыток кремнезема затрудняет образование клинкеров.
Микроструктура цемента –
По мере развития науки и техники новые технологии помогают детально изучать микроструктуру цемента. Для этого можно использовать силовой электронный микроскоп с увеличением 50000 и более.
Часто задаваемые вопросы
Каков химический состав цемента?
Химический состав цемента: Трехкальциевый силикат (C 3 S), двухкальциевый силикат (C 2 S), трехкальциевый ауминат (C 3 A), и алюмоферрит тетракальция (C 4 AF) составляют более 90 % химических компонентов цемента. Сульфат кальция (CaSO 4 .2H 2 O), оксид магния (MgO), оксид титана (TiO 2 ), оксид марганца (Mn 2 O 3 ), щелочи (K 0 2 O , Na 2 O, P 2 O 5 ) в незначительных количествах присутствуют в цементе.
Химический состав цемента зависит от сырья, используемого в производстве цемента – извести, кремнезема, глинозема и оксида железа.
В чем разница между цементом и бетоном?
Цемент – материал, обладающий вяжущими свойствами. Цемент — это материал, используемый в бетоне вместе с заполнителями и водой.
Дайте определение цементу.
Цемент представляет собой мелкоизмельченный порошок, обладающий вяжущими свойствами, который при добавлении воды может образовывать пасту и набирать прочность.
Как сделать цемент?
Цемент можно производить путем смешивания водорослевых и кремнистых материалов в сухом или влажном виде на заводе с последующим измельчением их в мелкий порошок.
Танудж Пармар
Я Профессор Танудж Пармар, исполняющий обязанности доцента Государственного инженерного колледжа доктора С. и С. Ганди, Сурат. В настоящее время я работаю над кандидатской диссертацией. в области транспортного машиностроения.
Изображение предоставлено СЭМ-изображением цемента, изображением цемента под оптическим микроскопом.
Состав обычного портландцемента
Состав обычного портландцемента
Основными химическими компонентами обычного портландцемента являются:
- Кальций
- Силикагель
- Глинозем
- Железо
Кальций обычно получают из известняка, мергеля или мела, а кремнезем, глинозем и железо получают из песков, глин и железных руд.
Другое сырье может включать сланцы, ракушки и побочные продукты промышленного производства.
Портландцемент является ключевым ингредиентом в строительной отрасли и используется для производства бетона, раствора и других строительных материалов. Обычный портландцемент (OPC) является наиболее часто используемым типом портландцемента и состоит из нескольких ключевых ингредиентов. В этой статье мы обсудим состав OPC и его свойства.
Состав обычного портландцемента:
Базовый состав OPC:
Содержимое | % |
СаО | 60-67 |
SiO 2 | 17-25 |
Ал 2 О 3 | 3-8 |
Fe 2 О 3 | 0,5-6,0 |
MgO | 0,5-4,0 |
Щелочи | 0,3-1,2 |
СО 3 | 2,0-3,5 |
Основное соединение, которое обычно образуется в процессе смешивания:
- 1-трикальцийсиликат (3CaO. SiO 2 )
- Силикат 2-дикальция (2CaO.SiO 2 )
- Алюминаты 3-трикальция (3CaO.Al 2 O 3 )
- 4-тетракальциевый алюмоферрит (4CaO.Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 )
SiO 2 )Оксид кальция (CaO) : Это один из основных ингредиентов OPC и обычно составляет около 60-67% его состава. Оксид кальция получают из известняка или мела, которые являются минералами карбоната кальция.
Кремнезем (SiO 2 ) : Кремнезем является вторым наиболее распространенным компонентом в OPC, на его долю приходится около 17-25% его состава. Обычно его получают из глины или песка.
Оксид алюминия (Al 2 O 3 ) : Это еще один важный ингредиент OPC, составляющий около 3-8% его состава. Оксид алюминия получают из глины или сланца.
Оксид железа (Fe 2 O 3 ) : Оксид железа составляет около 0,5-6% состава OPC и поступает из железной руды.
Гипс (CaSO 4 .2H 2 O) : Гипс добавляется в OPC в процессе производства для контроля времени его схватывания. Обычно он составляет около 2-5% состава OPC.
Точный состав OPC может варьироваться в зависимости от конкретного производственного процесса и используемого сырья. Однако эти пять ключевых компонентов обычно присутствуют в большинстве типов OPC.
OPC обладает несколькими важными свойствами, которые делают его идеальным конструкционным материалом. Некоторые из ключевых свойств OPC включают:
Высокая прочность на сжатие : OPC известен своей высокой прочностью на сжатие, что делает его идеальным для использования в строительстве, где требуется прочный и долговечный материал.
Хорошая удобоукладываемость : OPC обладает хорошей удобоукладываемостью, что означает, что ему можно легко придавать форму и формовать различные формы и структуры.
Состав цемент: состав, химическая формула и производство
