Sastav cementa. Od čega je izrađen cement?

Sudeći po opsegu primjene u izradi mortova i betona na bazi mineralnih veziva, čini se da povijest umjetnog kamenja na bazi cementa traje već stoljećima. No, doista dokazana tehnologija proizvodnje i optimalni sastav cementa postali su poznati prije manje od dva stoljeća.

Izum kamena

Kamenje kuća prapovijesnog doba bilo je u zidu pričvršćeno glinom, ali nisu mogli preživjeti bez pečenja, a najstarije građevine koje su stigle do nas podignute su vapnenom žbukom. Spaljeni i mljeveni vapnenac (kalcijev oksid - Ca (OH)) nakon miješanja s vodom stvrdnjava, apsorbira ugljični dioksid iz zraka, a zatim se ponovno pretvara u kamen. Glavni nedostatak veziva za vapno je njegova niska otpornost na vlagu, pa se danas više koristi u proizvodnji silikatnih opeka.

Druga vrsta zračnog veziva (tj. Dobivanje snage u zraku) - gips. Dobiva se toplinskom obradom i naknadnim mljevenjem prirodnog gipsanog kamena (CaSO ₄ -2H ₂ O) ili prirodnog anhidrida (CaSCu). Gipsano vezivo ima dugu povijest od davnina do danas. Najživopisniji primjeri su luksuzni štukaturni i kiparski ukrasi, limeni materijali (GVL, GKL) za suhu gradnju i metode dorade.

Hidraulička veziva

Opseg veziva za zrak je ograničen na ona mjesta gdje gotove konstrukcije nisu izložene vlazi, inače je potrebno koristiti vodoodbojne (vodoodbojne) aditive ili izvesti hidroizolacijske mjere, stoga je upotreba hidrauličkih veziva praktičnija i raširenija.

To uključuje tvari koje tvore hidrate (u koju ulazi molekula vode kristalna rešetka kao sastavni dio spoja, kada se transformacija u tijelo slično kamenu i daljnje stvrdnjavanje može dogoditi u vlažnom okruženju, a izlaganje vodi tijekom rada struktura ne dovodi do njihovog uništenja.

Malteri i betoni za izradu vodonepropusnih konstrukcija pripremaju se na bazi hidrauličkog vapna (od sedimentnih vapnenačkih stijena posebnog sastava - laporca) i portlandskog cementa, pri čemu potonji daju monolitnim i montažnim elementima zgrade potrebnu čvrstoću, a vapnene žbuke se koriste tamo gdje su opterećenja minimalna.

Povijest cementa

Pokušaji prevladavanja niske otpornosti vapnenastih i gipsanih spojeva poduzeti su još od antičkih vremena. Cement (caementum, preveden iz latinskog - slomiti, lomljeni kamen) pojavio se dodavanjem raznih vrsta vapna mineralne tvari koji imaju hidrofobna svojstva. U tu svrhu korišteni su drobljeni ostaci pečene glinene opeke, razne vulkanske stijene. Dakle, sastav cementa, koji su koristili graditelji antičkog Rima, uključivao je pucolane - naslage pepela poznatog Vesuviusovog vulkana.

Eksperimenti su trajali mnoga stoljeća, sve dok nije bila potrebna velika količina izdržljivog i jeftinog veziva za graditelje da ne razviju optimalnu tehnologiju za njezinu proizvodnju. Odlučni doprinos takvim istraživanjima dao je ruski vojni tehničar Yegor Cheliyev, koji je objavio knjigu o cementu za podvodne radove (1825.) i zidara iz engleskog Leedsa, Johna Aspdina, koji je dobio patent za portland cement (1824.). Ovo ime dolazi od engleskog otoka Portland, koji se nalazi u engleskom kanalu i sastoji se od vapnenastih stijena. Kamenje iz kamenoloma na ovom otoku smatrano je najprestižnijim građevinskim materijalom u Engleskoj. Aspdinov umjetni kamen bio je vrlo sličan u boji i snazi.

Zanimljivo je da je Chelievova tehnologija više u skladu s onim što se danas zove Portland cement, a Aspdina cement je izrađen bez sinterovanja sada prihvaćenih sirovina.

Tehnologija proizvodnje

Cementno vezivo različitih proizvođača može se razlikovati u sirovinama, ali glavne tehnološke operacije su identične. Prva faza je priprema početnih mineralnih sirovina, tj. Nekoliko stupnjeva mljevenja vapnenca i gline, miješanje tih komponenti u pravilnim proporcijama. Što je cement? To je obično 3 težinska dijela vapnenca i 1 dio gline. Ponekad se koristi sedimentna stijena - lapora, gdje su ti sastojci u pravom omjeru.

Suha i mokra metoda

Postoje dva načina za postizanje željenog stanja smjese: "suho" i "mokro". Ako je sadržaj vlage u komponentama visok, glina i mekani vapnenac (kreda) rastapaju u vodi, a zatim se iz ove suspenzije, koja se naziva sirovo blato, voda uklanja jakim zagrijavanjem (isparavanjem). Ispada jednolična fina mješavina. Ekonomičniji način je "suh", gdje nema stupnja dovođenja mulja u čir, i smjesa se drobljuje mehanički.

Nadalje, u rotacijskim pećima - cilindrima promjera oko 5 m, dugačkim oko 200 m, s nagibom za pomicanje sirove mase u procesu pečenja, formira se klinker - zaobljene granule koje se pojavljuju tijekom sinterovanja smjese na temperaturi od 1450-50C kao rezultat fizikalnih i kemijskih interakcija.

Klinker se hladi i staje do dva tjedna prije završne operacije - ko-mljevenjem s određenom količinom gipsa, koji se dodaje kako bi se usporio proces postavljanja. Ovdje se konačno formira sastav cementa, u istom stupnju se uvode različiti mineralni dodaci, dajući vezujućim sredstvima željene specifične osobine.

Kemijska baza

Potrebna svojstva najpopularnijeg veziva određuju kemijski sastav cementa. Kao rezultat tehnološke obrade sirovina, klinker postaje spoj različitih kemikalija u obliku četiriju osnovnih minerala:

1. Alyt, trikalcijev silikat, čini većinu klinkera - 50-60%. Prisutnost u molekularnoj rešetki iona mangana, aluminija i željeza određuje čvrstoću gotovog morta ili betonske mješavine, regrutirane tijekom prvih 28 dana.
2. Belit - dikalcijev silikat - je 15-30%, i osnova je snage, koju je struktura kasnije angažirala.
3. Aluminatna faza - trikalcijev aluminat - 5-10%. Brza reakcija aluminata s vodom i eventualno prebrzo postavljanje zahtijevaju uvođenje gipsa, što usporava taj proces.
4. Feritna faza - tetrakalcijum aluminoferit - 5-15%

Promjenom postotnog sastava ovih faza, uvođenjem dodatnih komponenti, moguće je proizvesti cement, čiji sastav i svojstva najbolje odgovaraju specifičnoj situaciji tijekom gradnje.

Vrste cementa

Šljunčana Portland cement dobiva se dodavanjem granulirane troske u portlandski cementni klinker, nusproizvod taljenja željeza u visoke peći. Korištenje šljake smanjuje troškove, a sastav cementa proizvedenog ovom tehnologijom daje strukturi na temelju toga povećanu otpornost na vodu s bogatim mineralnim sastavom, primjerice brodskim.

Brzo stvrdnjavanje je cement u kojem prevladava alita i aluminatna faza u klinkeru, odlikuje ga izuzetno fino brušenje - sve to ubrzava skupinu čvrstoće.

Portland cement otporan na sulfate koristi se za hidrauličke konstrukcije, čiji su podvodni dijelovi izloženi stalnom izlaganju supstancama koje uzrokuju sulfatnu koroziju. Što je cement, dizajniran za takve kritične strukture? U sirovinama klinkera, prisustvo trikalcijeva aluminata i belita je svedeno na minimum.

Portland cement s smanjenom proizvodnjom topline i jačinom potreban je za izradu konstrukcija velike mase i volumena, kada toplina koju generira egzotermna reakcija očvršćavanja može dovesti do stvaranja pukotina. Sastav ovog cementa sličan je sulfatu.

Bijeli cement

Proizvodi izrađeni pomoću bijeli cement posjeduju povećane estetske kvalitete. Prisutnost u sirovini željezovog oksida i manganovog oksida daje gotovom prahu karakterističnu sivo-zelenu boju, odnosno sastav bijelog cementa sugerira minimalnu prisutnost takvih soli i upotrebu svjetlosnih, kaolinskih vrsta gline za sirovinu.

Postoji mnogo više vrsta veziva cementa s posebnim svojstvima: hidrofobnim, aluminijskim, vodootpornim, ekspandirajućim, naprezanjem, plastificiranim, pjeskovitim itd.

Sastav i snaga

Najvažniji pokazatelj kvalitete cementa je čvrstoća proizvoda izrađenih od njega. GOST je postavio potrebne pokazatelje, koji su označeni posebnim oznakama. Digit znači granica čvrstoće savijanje i kompresija tijekom laboratorijskih ispitivanja standardnih uzoraka na čiju otpornost utječe i sastav cementa. M400 znači da su uzorci izdržali opterećenje od 400 kg / cm² (ili 40 MPa).

Istraživanja pokazuju da je mineralni sastav sirovine najvažniji čimbenik koji utječe na čvrstoću cementnih mortova i betona. Pravilan odabir komponenata omogućuje pronalaženje prave proporcije između brzine snage i konačne vrijednosti otpornosti na stres, koja se s vremenom samo povećava. Sastav cementa M500 omogućuje stvaranje greda i ploča koje mogu izdržati ogromna opterećenja.

Danas se u svijetu proizvodi ogromna količina cementa najrazličitije kvalitete. Izbor sirovina za njega često je određen ekonomskim čimbenicima, a uz ispravan odnos prema procesu gradnje treba znati što se sastoji od cementa, koji će se koristiti za pravi izbor i biti sigurni u snagu i trajnost budućeg doma.