Из чего делают цемент, его виды и состав
Все о компонентах и способах производства цемента
Состав и характеристика компонентов
Разновидности вяжущего
Три способа изготовления
- Сухой
- Мокрый
- Комбинированный
Материал используется очень широко. Его применяют как самостоятельный продукт и вводят в растворы. Все это благодаря свойству сухой смеси — она может становиться пластичной при добавлении воды и через некоторое время отвердевать, превращаясь в подобие камня. Ее характеристики несколько варьируются в зависимости от состава, поэтому важно знать, из чего делают цемент.
В его составе всегда пять основных ингредиентов. Разберем их на примере портландцемента, одной из самых востребованных разновидностей:
- окись кальция — не меньше 61%;
- кремния диоксид — не менее 20%;
- глинозем около 4%;
- окись железа — не меньше 2%;
- окись магния — не менее 1 %.
Instagram zgbi_kamenskii
Необходимые минералы добывают открытым способом, это:
- Карбонатные породы: доломит, мергель, ракушечник, мел и другие известняки.
- Глинистые породы: лесс, суглинки, сланцы.
В качестве добавок используются апатиты, плавиковый шпат, кремнезем, глинозем и т.д.
В продажу поступает множество разновидностей цемента. Они отличаются друг от друга по целому ряду характеристик:
- Прочность. Важнейший показатель, который указывается на маркировке. Она выполняется в виде буквы М и цифры. Последняя и обозначает прочность. Ее определяют в результате проведения технических испытаний.
- Фракция. Определяется помолом смеси. Чем он тоньше, тем более качественной считается продукция. Идеальным считается состав из крупных и мелких частиц, поскольку только тонкий помол требует слишком большого количества воды при замесе.
- Скорость отвердевания. Варьируется путем введения в смесь гипса. В зависимости от назначения продукта может существенно различаться.
- Морозоустойчивость. Определяется реакцией на цикл замораживание и размораживание. Материал характеризуется количеством таких циклов, которые он выдерживает без изменения своих свойств.
Чем он тоньше, тем более качественной считается продукция. Идеальным считается состав из крупных и мелких частиц, поскольку только тонкий помол требует слишком большого количества воды при замесе.Instagram metallgroupvitebsk
Потребность в воде при замесе раствора зависит от плотности материала, поэтому количество воды для замеса разных марок разнится. Избыток жидкости уменьшает прочность цемента.
В зависимости от области применения выделяется несколько типов цементных смесей.
Портландцемент
Отвердевает на воздухе и в воде. Минеральные добавки отсутствуют.
Широко используется для возведения разноплановых монолитных конструкций.
Сульфатостойкий
Его особенность — повышенная устойчивость к химическим агрессивным средам. Характеризуется невысоким коэффициентом насыщения. Это позволяет применять сульфатостойкий цемент для строительства гидротехнических, подземных сооружений и т.п.
Пуццолановый
Может считаться разновидностью сульфатостойкого, но с добавлением активных минералов. Медленно отвердевает, имеет высокую водостойкость. Используется для гидротехнического строительства.
Глиноземистый
Повышено содержание окиси кальция и глинозема. Это позволяет смеси быстро отвердевать. Применяется для изготовления быстро твердеющих жаростойких и строительных растворов, которые находят применение при ремонтных работах, скоростном строительстве, зимнем бетонировании и т.д.
Кислотоупорный
В состав входит кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Замешивается не водой, а жидким стеклом. Используется для получения кислотостойких покрытий.
Не выдерживает постоянного воздействия воды.
Пластифицированный
Изготавливается со специальными добавками, придающими морозостойкость и повышенную подвижность приготовленным на этом цементе растворам. Они приобретают большую прочность, лучше сопротивляются коррозионным воздействиям и отличаются повышенной водонепроницаемостью.
Шлакоцемент
В его рецепт включается шлак, процент содержания которого может варьироваться от 20% до 80% от массы продукта. Это удешевляет материал, замедляет скорость его отвердевания и увеличивает жаростойкость. Применяется для возведения наземных, подводных и подземных объектов.
Instagram tsement_82
Как показывает практика, самым востребованным вариантом является портландцемент. Именно его имеют в виду, когда речь идет о цементе.
Технология изготовления заключается в получении и последующем измельчении клинкера. Так называются гранулы, которые являются промежуточным продуктом производства.
Их состав всегда неизменен. Это известняк и глина, смешанные в пропорции 3:1. В природе существует минерал, полностью идентичный по составу клинкеру. Он называется мергель. Однако его запасы ограничены и не могут обеспечить потребность производства.
Поэтому на заводах используется искусственный аналог мергеля. Для его получения необходимые ингредиенты тщательно смешиваются в больших емкостях специальными барабанами. Подготовленная таким образом масса подается в печи, где обжигается около четырех часов. Температура процесса составляет порядка 1500оС. В таких условиях порошок начинает спекаться в небольшие гранулы. После остывания клинкерные зерна направляются на помол. Их измельчают в больших барабанах с шаровыми ситами грохотами. На этом этапе важно размолоть гранулы и получить порошкообразный продукт определенных размеров. Помол определяется размерами ячеек сита. Полученный порошок смешивается с необходимыми добавками, которые определяют марку и свойства продукта.
Instagram tsement_82
Готовые цементные материалы поступают на хранение или на участок расфасовки, где распределяются в тару различной вместимости либо загружаются в специальные автомобили-цементовозы.
Несмотря на общую технологию, для производства состава в зависимости от свойств сырья могут использоваться три способа.
Сухой способ
- Сырье дробится до получения зерен мелкой фракции.
- Подготовленные гранулы сушатся до достижения нужной влажности. Это делается, чтобы облегчить последующие операции.
- Ингредиенты смешивают в определенных пропорциях. После чего измельчают, получая муку.
- Порошок подается во вращающуюся печь, где обжигается, но не спекается в гранулы.
После остывания готовый продукт направляется на склад или на участок фасовки.
Сухой способ считается наименее энергозатратным, а потому очень выгоден для производителей. К сожалению, он применим не для всех категорий сырья.
Мокрый способ
В некоторых случаях необходимо увлажнение подготовленного к производству материала.
В таких случаях используется мокрый способ. Для приготовления клинкера, который состоит из известняка и глины, замешивается смесь из основных компонентов с добавлением воды. В результате получается вязкая масса, которую называют шламом.
Ее закладывают в печь, где происходит обжиг. В этом процессе из шлама формируются гранулы, которые после остывания отправляются на измельчение.
Instagram tabys.cement
Полученный из клинкера порошок смешивается с размолотыми добавками. Только после этого продукт готов к расфасовке и складированию. Произведенный по такой технологии состав имеют самую высокую себестоимость.
Комбинированный способ
Применяется для снижения стоимости готовой продукции. Представляет собой своеобразный симбиоз сухой и мокрой технологии. Изначально замешивается шлам, который впоследствии обезвоживается. Таким образом делают клинкер. Он поступает в печь, работающую по «сухой» технологии. Далее при необходимости проводится смешивание с наполнителями, и продукт готов.
Более подробно процесс показан на видео.
Качество цемента во многом зависит от сырья, из которого он произведен, и точности соблюдения всех технологических этапов. Учитывая, что характеристики изготовленных из него строительных материалов определяются качеством смеси, стоит обратить на нее самое пристальное внимание.
Материал подготовила
Инна Ясиновская
Производство цемента — как делают портландцемент
Цемент широко применяется в строительстве. Все знают что это такое и для чего он нужен. Но мало кто из нас знает как же он производится и самое главное из чего.
В этой статье вы сможете узнать об изготовление цемента. Давайте рассмотрим его производство на примере самого распространенного вида цементов — портландцемент.
Портландцемент — представляет собой искусственное минеральное гидравлическое вяжущее, получаемое посредством тонкого измельчения клинкера, создаваемого посредством обжига сырьевой смеси до спекания.
Для производства цемента берут сырьевую смесь, состоящую из трех частей известняка (носитель основного окисла — окись кальция) с одной частью глины, содержащей окислы кремния, алюминия, железа.
Иногда такие смеси встречаются в природе — это так называемые известковые мергели-натуралы. Однако такие месторождения чрезвычайно редки. Гораздо чаще встречаются известняки, которые содержат большее или меньшее количество глины, чем это требуется.
Поэтому к ним приходится добавлять чистый известняк (например мел), либо глину.
На большинстве цементных заводов пользуются искусственными смесями. Иногда вместо глины используют диатомит, трепел, глинистые сланцы, мергелистую глину, лесс, а также доменные шлаки или золу горючих сланцев,которые близки по своему химическому составу к глине!
Производство портландцемента складывается из трех основных производственных процессов: приготовления смеси, ее обжига и размола обожженного продукта (клинкера) в порошок.
В настоящее время существуют два основных способа производства: мокрый и сухой. Мокрый — более применим. Приготовление по мокрому способу осуществляется измельчением и смешением исходного сырья с водой.
В результате получается сметанообразная жидкость — шлам с содержанием воды 32—45%.
По сухому способу исходные материалы предварительно высушивают и смешивают. Полученный порошок называют сырьевой мукой.
Сырьевая смесь по мокрому способу обжигается во вращающихся печах, по сухому — как во вращающихся печах,так и в шахтных. Вращающаяся обжиговая печь представляет собой металлический цилиндр длиной около 150 м и около 4 м в диаметре.
Цилиндр установлен горизонтально, с небольшим наклоном в сторону от входного отверстия. С одной стороны в эту печь подается шлам (или сырьевая мука), с другой мощной форсункой, действующей сжатым воздухом, в печь (непрерывно подается топливо — нефть, угольная пыль или горючий газ.
Благодаря наклону и вращению печи смесь известняка и глины под действием своей тяжести непрерывно движется навстречу огню, все больше нагреваясь. При этом по мере продвижения вдоль печи смесь претерплевает следующие изменения. При 100 градусах (в зоне подсушивания) она теряет свободную влагу.
Когда она проходит через зону с температурой 450 — 500° (зону подогрева), из нее выгорают органические примеси — вещества органического или растительного происхождения, а также (удаляется химически связанная влага, содержащаяся в глине.
При температуре около 900 градусов (в зоне кальцинирования) начинается разложение известняка.
Затем при 1100 — 1200 начинается соединение окиси кальция с окислами кремния, алюминия, железа (происходят реакции в твердых фазах) с образованием кальциевых алюминатов и ферритов некоторых других соединений. Избыточная окись кальция при этом остается свободной. Эта реакция является экзотермической, поэтому участок печи называется экзотермической зоной.
Наконец, при 1400 — 1450° начинается спекание, т. е. частичное плавление сырьевой смеси, а также заканчивается соединением окиси кальция с другими окислами.
В этой зоне (зоне спекания) процесс спекания сопровождается частичным плавлением материала. По окончании обжига образуется спекшаяся твердая масса — клинкер, зерна зеленовато-серого или темно-серого цвета величиной с орех или горошину. Но это еще не цемент, а лишь его полуфабрикат. Далее клинкер охлаждают. Для этого рядом с печами устанавливают особые вращающиеся барабаны — холодильники.
В них клинкер охлаждается встречной струей воздуха. Пройдя холодильники, он поступает на склад,а оттуда на мельницу,где измельчается чугунными шарами в мелкий порошок. При помоле к клинкеру добавляют до 3% гипсового камня и до 5% гидравлических добавок. Эти добавки улучшают качество цемента и делают его производство дешевле.
P.S. В строительстве клинкером еще называется особый вид кирпича большой прочности. Его применение — главным образом для мощения дорог, улиц и полов в цехах промышленных зданий.
Посмотрите видео: Производство цемента
Крыша своими руками
Предыдущая запись
Из зимы — с чистыми трубами
Следующая запись
Breakthrough, DCVC вложила 55 миллионов долларов в Brimstone
Хьюго Леандри (слева) и Коди Финке, соучредителей Brimstone Energy.
Фото любезно предоставлено Brimstone Energy
Автомобили и электричество привлекают много внимания в разговорах об обезуглероживании, и они должны. Но строительные материалы, такие как цемент и сталь, также должны быть тщательно изучены.
На производство цемента приходится около 8% глобальных выбросов углекислого газа и 5,5% общих глобальных выбросов парниковых газов.
В четверг Breakthrough Energy Ventures, фирма Билла Гейтса, занимающаяся климатическим финансированием, и DCVC, венчурная компания из Силиконовой долины, объявили о начале раунда финансирования на сумму 55 миллионов долларов в Brimstone Energy, стартапе, нацеленном на коммерциализацию углеродоотрицательного цемента.
«Мы должны признать, что цемент представляет собой серьезную проблему для климата и что никто не придумал, как решить ее в масштабе без резкого увеличения затрат или отказа от регулируемых материалов, которые знает и любит строительная отрасль», — партнер Кармайкл. Робертс сказал CNBC.
Компания Brimstone была основана двумя учеными, выросшими на полпути друг от друга по всему миру, связавшимися в Пекине, куда они ездили, чтобы поговорить о туалетах, и теперь они стремятся решить эту огромную проблему с цементом.
Туалеты не масштабируются
Соучредители Коди Финке и Хьюго Леандри пересекались во время выполнения дипломной работы в Калифорнийском технологическом институте в 2017 году, где они оба работали над очисткой сточных вод. Но пара действительно сблизилась, когда они оба посетили выставку Reinvented Toilet Expo в Пекине в 2018 году.0003
«Нам было очень весело есть тараканов на туристическом рынке, бегать по Пекину и обсуждать экологические проблемы, такие как санитария и выбросы парниковых газов», — сказал Финке CNBC. Они также пытались есть змей, как показано на этом фото:
Код Финке (слева) и Хьюго Леандри связываются из-за поедания змей на палочках в Пекине в 2018 году. работал над созданием туалета на солнечной энергии, который также мог генерировать водород и электричество, а его команда из Калифорнийского технологического института выиграла 100 000 долларов от Фонда Билла и Мелинды Гейтс, заняв первое место в благотворительной организации Reinvent the Toilet Challenge в 2012 году9.
0003
Он был в восторге от этой идеи, но масштабировать ее было дорого.
«Я чувствовал, что технология обработки сточных вод отлично справляется с очисткой сточных вод, но для спасения жизней ее необходимо было внедрить. Даже с оптимистичными предположениями я не понимал, как эту технологию можно использовать, поскольку она была слишком дорого», — сказал Финке CNBC. «Итак, поэтому шансы на удар были низкими».
Закончив исследования туалетов, Финке начал искать другие места, куда можно было бы направить свою энергию. Примерно в то же время Дэвид Дэниелсон из Breakthrough Energy Ventures выступил в Калифорнийском технологическом институте с докладом о секторах с тяжелыми выбросами углерода, которые еще не привлекали особого внимания новаторов. Финке помнит, что Дэниелсон упомянул сталь, цемент и удобрения, и это лишь некоторые из них.
Финке использовал свои знания в области химии для разработки идей по совместному производству чистого водорода и других товаров, таких как серная кислота или цемент.
В 2019 году они решили стать соучредителями для развития и коммерциализации своих лабораторных исследований.
Леандри, выросший на французской территории острова Реюньон недалеко от Мадагаскара, был немного знаком с цементным миром, потому что он стажировался в бетонном бизнесе своего отца.
В 2020 году они получили финансирование в размере 500 000 долларов США от Министерства энергетики в рамках программы федерального правительства ARPA-E, или Агентства перспективных исследовательских проектов — Энергетика, для продолжения разработки своих химических идей.
Хотя ни один из них сейчас не работает над туалетами на солнечных батареях, основное убеждение Brimstone исходит из их туалетных дней: любое решение, которое они создают, не может быть просто хорошим для мира; это должно иметь финансовый смысл для клиентов, чтобы оказать большое влияние.
«Один из наших ключевых критериев в Brimstone заключается в том, что мы считаем, что для того, чтобы технология, которую мы разрабатываем, была принята во всем мире, она должна существенно экономить деньги людей», — сказал Финке.
«Мы не знаем ни одного примера в истории, когда всемирное внедрение шло бы от более низкой стоимости к более высокой. Всегда от более высокой стоимости к более низкой стоимости.»
Новый процесс производства обычного цемента
Обычно для производства цемента требуется нагревание известняка, при котором выделяется углекислый газ. По словам Финке, даже если энергия, используемая для нагревания известняка, будет на 100% чистой, 60% выбросов углерода останется из-за того, что изначально содержится в известняковой породе.
Некоторые компании работают над производством безвредного для климата цемента, улавливая углекислый газ и храня его под землей или используя его. Другие компании, занимающиеся инновациями в этой области, производят альтернативный продукт, который выполняет те же функции, что и цемент, но не является цементом.
Процесс Бримстоуна создает то, что известно как обычный портландцемент (OPC), но вместо использования известняка он включает измельчение силиката кальция и использование выщелачивающего агента для извлечения кальция.
По словам Финке, силикат кальция составляет около 50% земной коры, и он настолько распространен, что его часто измельчают и используют для производства гравия. Процесс защищен четырьмя патентами.
Кстати, название компании происходит от архаичного названия серы, которое использовалось в предыдущей версии процесса. «Мы больше не используем серу, но по-прежнему используем камни, и у нас есть пламенная страсть к обезуглероживанию», — говорит Финке.
Инвесторам нравится нацеленность компании на создание цемента, отвечающего отраслевым стандартам, по аналогичной или более низкой цене вместо альтернативы, которая может быть дороже и требует преодоления новых нормативных барьеров.
«Brimstone — первая компания, которую мы видели, которая может производить тот же самый материал, который мы используем сегодня для строительства наших зданий и мостов — обычный портландцемент — но без выбросов углерода и с потенциальной стоимостью такой же или меньше чем традиционный цемент», — сказал Робертс в интервью CNBC.
Это ключ и для DCVC.
«Способность Brimstone производить OPC очень важна, потому что более 95% всего производимого цемента — это OPC», — заявила CNBC Рэйчел Слейбо, директор DCVC. «Следовательно, никаких новых правил, спецификаций материалов или стандартов не требуется. Это ключевое отличие от других компаний, работающих в космосе, каждая из которых производит новый тип материала, который малоизвестен или непонятен в строительной отрасли. »
Команда Brimstone Energy в лаборатории в Окленде, Калифорния
Фото предоставлено Brimstone Energy
Суперценные побочные продукты
После производства цемента его смешивают с другими ингредиентами — известными в промышленности как «дополнительный цементный материал» — для производства бетона. Химический процесс, разработанный Brimstone для производства цемента, также производит эти материалы, которые «во всем мире становятся все более дефицитными и, соответственно, их денежная стоимость увеличивается», — сказал Слейбо в интервью CNBC.
В устаревших технологиях производства цемента эти материалы обычно представляют собой летучую золу, побочный продукт сжигания угля, или шлак, побочный продукт производства стали. Сжигание угля теряет популярность из-за его вклада в изменение климата, а переработка стали становится дешевле и более распространенной, что означает меньшее количество шлака.
В качестве побочного продукта химический процесс Бримстоуна также производит пару форм магния, которые вступают в реакцию с углекислым газом и превращают его в твердую форму, вытягивая из атмосферы.
«Сидя на земле, ничего не делая, они будут реагировать с углекислым газом и превращать этот углекислый газ в камень», — сказал Финке CNBC.
В целом, цемент Brimstone может быть углеродно-отрицательным, даже если промышленные процессы работают на тепле, полученном из ископаемого топлива, утверждает компания.
Brimstone предпочитает избегать использования ископаемого топлива для производства и использовать чистое тепло от таких компаний, как Antora Energy, но только тогда, когда эта технология доступна в масштабе и по низкой цене.
«Я считаю, что, к сожалению, строятся только более дешевые объекты, а более дорогие — нет, поэтому сегодня завод по производству экологически чистой энергии не будет финансироваться или строиться», — сказал Финке CNBC.
Следующие шаги для Brimstone
У Brimstone есть основная лаборатория в Окленде, штат Калифорния, и дополнительная лаборатория в Кетчуме, штат Айдахо. Стартап из 14 человек еще не принес никакого дохода, а раунд финансирования в размере 55 миллионов долларов США пойдет на строительство пилотного завода, который планируется запустить в 2023 году9.0003
Финке и Леандри предстоит долгий путь.
Но их гонят. Выросший в Сиэтле, Финке помнит, как смотрел «Неудобную правду» Эла Гора и был «опустошен» мыслью о том, что гора Рейнир может растаять.
«Изменение климата — это то, что меня, безусловно, очень волнует», — сказал Финке, и работа над одной ветвью сети решений, необходимых для обезуглероживания, дает ему чувство цели.
смотреть сейчас
Этот парень создает цемент из древесной золы, используя только примитивные методы
Этот парень создает цемент из древесной золы, используя только примитивные технологии Канал YouTube Primitive Technology объясняет, как создать цемент с нуля из древесной золы.
DIY
IE Originals
Science
IE Originals
IE Originals
IE Originals
IE Originals
IE Originals
IE Originals
AERINALALS ARIVERALALS
IE IS IS ORIGINALALSIE Originals
AERALALLALS ARYARYALALS
IE IS IS IS IS IS IS ORIGINALALS
IE
. почти в каждой структуре по всему миру. От скромных жилых домов до высоких небоскребов цемент используется в изобилии.
А как насчет цемента, изготовленного из природных материалов и с использованием примитивных технологий? В этом увлекательном видео от Primitive Technology представлен один из методов примитивного производства цемента.
Материал изготовлен из повторно обожженной древесной золы, смешанной с измельченной терракотой. Исчерпывающий процесс включает сжигание коры и листьев в печи при высоких температурах для получения хорошо сгоревшей белой древесной золы.
Затем эту золу хорошо смешивают с водой. Избыток воды сливают, а полученную пасту превращают в небольшие гранулы и дают полностью высохнуть.
После высыхания гранулу нагревают до красна, а затем бросают в ведро с водой. Вскипятит воду и растворится. Полученную пасту затем смешивают с измельченной терракотовой плиткой, извлеченной из предыдущего проекта.
Затем из него формируют куб и оставляют на три дня. По истечении этого времени он не проявляет никаких признаков распада, даже после погружения в воду на 24 часа.
Самые популярные
Ведущие Primitive Technology предполагают, что полученный материал может иметь полезное применение для скрепления кирпичей там, где известняк или раковины улиток недоступны для производства цемента.
Он отмечает, что древесную золу довольно легко производить, и часто она является отходом от других проектов или жизненных сценариев. Ведущий намерен продолжить свои исследования примитивных технологий производства цемента.