Гидравлическое вяжущее вещество Гидравлическое вяжущее вещество - вяжущее вещество, твердеющее в воде и во влажных условиях (портландцемент, гидравлическая известь, романцемент...), получаемое при тонком измельчении Измельчение | Помол | Дробление - это процесс уменьшения размеров частиц твердого материала с помощью механического воздействия цементного клинкера, гипса Гипс - минерал из класса сульфатов, по составу CaSO4·2H2O (мало растворимая водная серно-известковая соль), представляет из себя природный камень, который благодаря своим свойствам широко примененяется в строительстве и добавок, в составе которого преобладают силикаты кальция Силикаты кальция - неорганическое вещество, в виде бесцветныых кристаллов, соль щелочноземельного металла кальция и метакремниевой кислоты. Основой портландцемента являются силикаты (а именно алит Алит - фаза трехкальциевого силиката СзS, кристаллы имеют шестигранную/прямоугольную форму, содержание в клинкере 40-60%, определяет прочность и скорость твердения ПЦ и белит Белит - двухкальциевый силикат C2S (присутствует 1—3% примесей/включений в виде оксидов Fe, Al, Mg, Cr), является вторым основным минералом ПЦ клинкера). Это вид цемента, чаще всего применяется по всему миру.

Проиcхождение

Первым природным вяжущим была глина. Глина и жирная земля после смешивания с водой и высыхания приобретали некоторую прочность. Предшественник бетона был обнаружен на берегу Дуная более 5000 лет до н.э, который приготавливался на гравии и красноватой местной извести Известь - материал, получаемый обжигом карбонатных горных пород (известняков, мела), состоящий в основном из СаО и MgO. Более чем за 3 тыс. лет до н. э., в Египте, Индии и Китае массово начали изготавливать искусственные вяжущие - такие как гипс.

Известь является древнейшим искусственным минеральным вяжущим веществом Вяжущее вещество (ВВ) - вещества, способные затвердевать в результате физико-химических процессов после гипса. Римляне составили первые рекомендации по изготовлению и применению известковых растворов. Применив вулканический пепел вулканический пепел - один из продуктов измельчения магмы, выброшенной вулканом при извержении, состоящей из частиц пыли и песка размером менее 2 мм в качестве добавок был изобретён предок пуцоланнового цемента Пуцоланнового цемент - цемент, в составе которого присутствует активная кремнеземистая (пуццолановая) добавка, повышающая стойкость изделий к разрушающему воздействию пресных и сульфатных вод.

Для приготовления строительного раствора в Киевской Руси Киевская Русь - средневековое гос-во в Восточной Европе, возникшее в IX веке в результате объединения ряда восточнославянских и финно-угорских племён под властью князей династии Рюриковичей использовалась известь разного состава - жирная белая известь (воздушная), а из известняка с глинистыми примесями - серая (гидравлическая, которая обладает способностью схватываться во влажной среде и использовалась при кладке).

Производство

Цемент Цемент (с лат. caementum — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое вяжущее вещество. При взаимодействии с водой, водными растворами солей, кислотами и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает получают в результате помола клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания сырьевой смеси (известняк и глина, состав компонентов тщательно подбирается в виде зерен размером до 40 мм. В зависимости от приготовления сырьевой смеси различают два основных способа производства портландцемента: мокрый и сухой.

В процессе измельчения клинкера дополнительно вводят добавки, которые позволяют добиться необходимых свойиств ПЦ:
- гипс (СaSO4∙2H2O) влияние на скорость схватывания,
- активные минеральные добавки (не более 15%, вводятся для снижения стоимости, регулирование некоторых свойств): пиритные огарки, пески, бокситы, пыль колошниковая, опоки, трепелы.

В процессе производства обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1450-1480°C в течение 2-4 часов в длинных вращающихся печах (3,6×127м, 4×150м и 4,5×170м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В процессе обжига происходят сложные физико-химические процессы в компонентах. Условное деление печи по температуре на зоны следующее:

  • зона испарения (70-200°С) — при постепенном повышении температуры испаряется влага; сырьевая смесь подсушивается. Подсушенный материал комкуется. Перемещаясь, комья распа­даются на более мелкие гранулы. Зона испарения отсутсвует при сухом способе производства;
  • зона подогрева (200-650°C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации Дегидратация - химическая реакция с отщеплением молекул воды и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al2O3∙2SiO2∙2H2O → Al2O3∙2SiO2 + 2H2O; далее при температурах 600…1000°C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты;
  • зона декарбонизации Декарбонизация - освобождение от углерода (900-1200°C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твёрдофазового синтеза новых соединений (СаО∙ Al2O3 — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С3А), протекающих ступенчато;
  • зона экзотермических реакций Экзотермическая реакция - хим реакция, сопровождающаяся выделением теплоты (1200-1350°C) завершается процесс твёрдофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера;
  • зона спекания (1300→1480→1300°C) происходит частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который, взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО, образует минерал АЛИТ (С3S) Алит - фаза трехкальциевого силиката СзS, кристаллы имеют шестигранную/прямоугольную форму, содержание в клинкере 40-60%, определяет прочность и скорость твердения ПЦ;
  • зона охлаждения (1300-1000°C) медленное снижение температуры. Образование из жидкой фазы кристаллов клинкерных минералов.

Согласно ГОСТ 10178—85 допускается выпуск трех разновид­ностей портландцемента: ДО — без добавок, Д5 — с введением до 5% активных минеральных добавок всех видов и Д20, в кото­рую разрешается вводить свыше 5%, но не более 20% добавок, в том числе до 10% активных минеральных добавок осадочного происхождения (кроме глиежа) или до 20% доменных и электро - термофосфорных гранулированных шлаков, глиежей и прочих активных минеральных добавок.

Статья подходящей тематики

Краткое описание темы. libero sit amet erat mollis consequat.