Состав цемент: состав, химическая формула и производство — ЖК Акваполис

Содержание

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

2 (22%), Al₂O₃ (5%), Fe₂O₂ (3%) и до 3% посторонних веществ.

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

– 0-15 %; SiO₂ – 5-15 %. Для изготовления сульфатсодержащих смесей используются клинкеры на основе ферритов кальция.

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).

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
Наименование	Доля клинкера	Доля гипса	Другие добавки	Минералогический состав клинкера, в % по массе
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	До 90	—	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

2. Из них в частном строительстве наиболее востребованы марки от М300 до М500, но бывают и исключения.

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.

Из них наиболее востребованы:

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
. 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

Каков химический состав цемента?

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 ингредиентов

В ходе реакции образуются оксиды сырья. Относительные пропорции этих оксидов наряду со скоростью охлаждения и тонкостью помола влияют на свойства цемента.

Химический состав цемента в процентах

Приблизительный 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

Bogue’s Compounds Химический состав цемента с процентным содержанием

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
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

4. Тетракальциевый алюмоферит

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

Теплота гидратации компонентов цемента

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

Скорость гидратации чистых цементных компаундов

Реакция теплоты гидратации цемента протекает с большей скоростью на ранней стадии и с меньшей скоростью после нее.

Незначительные соединения цемента

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 цементе

Большое 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.

Химические требования к цементу OPC (цемент марки 33) в соответствии с IS: 269 – 1989

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

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

с добавлением пуццоланового материала, такого как летучая зола

3. Стойкость к сульфатному воздействию может быть повышена за счет0003

– 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.

Микроструктура цементного состава
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
методов дифракции рентгеновских лучей
Рентгенофлуоресцентный метод
Под мощным электронным микроскопом с увеличением 50000 и более
СЭМ-изображение цементаОптическое микроскопическое изображение цемента
Ле Шателье и Торнебом наблюдали четыре различных типа кристаллов в тонких срезах цементных клинкеров. Эти четыре типа кристаллов были названы Торнебомом алитом, белитом, целитом и фелитом.
Описание этих четырех кристаллов было похоже на описание основных компонентов Богом. Следовательно, соединения Бога также упоминаются в литературе под этими названиями.
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
Сырье цемента — Стина, Silica, Alumina, Iron Oxide
111111111119 гг.
601059 601867. 0894 Управление. Расположенный в цементе
дефицит- уменьшает прочность и время настройки
Оксид Процентный диапазон Функция
CARO
CARO
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
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 )
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