88889.ru

Отделка плиткой и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

1. 2 Требования к химическому составу сырьевых материалов, используемых для производства цемента

1.2 Требования к химическому составу сырьевых материалов, используемых для производства цемента.

Цементная промышленность — одна из наиболее материалоемких отраслей экономики. Ежегодно ею перерабатывается свыше 70 млн. т сырья. Стоимость сырья и основных материалов составляет около 1/4 себестоимости цемента [2].

Разнообразные виды сырья, применяемого при производстве портландцементного клинкера, должны обеспечить получение в результате обжига продукта, содержащего в качестве основных фаз силикаты, алюминаты и алюмоферриты кальция в определенном соотношении. Для высокотемпературного синтеза этих фаз сырьевые компоненты должны содержать преимущественно оксиды Ca, Si, Al, Fe при минимальных количествах вредных примесей. В природных видах сырья данные оксиды могут входить в состав различных минералов:

СаО – в кальцит, доломит, анкерит, полевые шпаты, гипс, волластонит и др.;

SiO2 – в кварц, халцедон, опал, полевые шпаты, глинистые минералы, слюда и др.;

Al2O3 – в глинистые минералы, полевые шпаты, гидроксиды алюминия (гиббсит, бемит, диаспор) и др.;

Fe2O3 – в железняк, магнетит, гетит, лимонит, сидерит, слюды, глинистые минералы, пирит и другие .

К вредным примесям относятся оксиды Mg, S, P, Ti, K, Na.

Сырьевые материалы для производства портландцементного клинкера, портландцемента и его разновидностей можно разделить по своему назначению на следующие группы: материалы для получения портландцементного клинкера и материалы, применяемые в качестве добавок при помоле цемента.

К материалам для получения портландцементного клинкера относят:

основное сырье — карбонатный и алюмосиликатный компонент цементной сырьевой смеси;

добавки, корректирующие химический состав цементной сырьевой смеси;

добавки — интенсификаторы измельчения сырьевой смеси, разжижители шлама, активизаторы грануляции сырьевой смеси, повышающие механическую и термическую прочность сырьевых гранул;

добавки — интенсификаторы минералообразования клинкера, регулирующие процессы кристаллизации составляющих его минералов (минерализаторы, катализаторы и модифицирующие вещества).

Основное количество минерального сырья расходуется в виде карбонатного и алюмосиликатного компонентов и корректирующих добавок к цементной сырьевой смеси, а также активных минеральных добавок при производстве цемента. Доля остальных материалов в общем балансе сырья, расходуемого при производстве клинкера, портландцемента и его разновидностей, весьма мала.

Цементная промышленность располагает разведанными запасами карбонатных и глинистых пород, обеспечивающими в основном выпуск портландцемента [5].

Карбонатные породы. Для производства портландцемента можно применять различные виды карбонатных пород: известняк, мел, известняк-ракушечник, известковый туф, мергель и т.п.

Во всех этих горных породах наряду с углекислым кальцием главным образом в виде кальцита, могут содержаться примеси глинистых веществ, доломита, кремнезема, гипса и ряда других. Полезны примеси тонкодисперсного глинистого вещества и аморфного кремнезема при равномерном распределении их в карбонатной породе. Содержание MgO и SO3 в известняковых породах должно быть ограничено.

Для производства портландцемента пригодны карбонатные породы при содержании не менее 40-43% СаО; 3,2-3,7% MgO. Желательно, чтобы сумма Na2O и K2O не превышала 1%, а содержание SO3 — 1,5-1,7%. В производстве портландцемента большое значение имеют и физические свойства известняковых пород, главным образом твердость, определяющая выбор того или иного дробильного и помольного агрегата [2].

По своему генезису глинистые породы представляют собой: собственно глины, аргиллиты (частично обезвоженные и перекристаллизованные глины), сланцы (слоистые, полностью перекристаллизованные, не распускающиеся в воде глины), лесс (рыхлая глинистая порода), суглинок (коллоидальная пластичная глина, разбухающая в воде).

Глинистые породы являются основными носителями примесей, главным образом щелочей, серы, хлора, а также тяжелых металлов.

Анализ химического состава глин свидетельствует об относительно высоком содержании в них щелочей и серы.

Характерный признак кристаллических решеток всех глинистых минералов — слоистое строение. Внутри слоев между ионами существует прочная ионная и ковалентная связь, а между ионами пакетов — слабая связь за счет остаточных сил. Это обусловливает способность глин расщепляться на тонкие частицы, самопроизвольно диспергироваться в воде, набухать, поглощая между пакетами молекулы воды.

Глинистое сырье имеет разнообразный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. Химический состав легкоплавких глин характеризуется наличием трех основных оксидов (% по массе): SiO2 — 60-80; Al2O3 — 5-20; Fe2O3 — 3-15. В небольших количествах в глинах могут содержаться CaO и MgO в виде углекислых солей. Присутствуют и растворимые соли, содержащие Na2O и K2O. Эти примеси, а также MgO нежелательны. Их количество в глинах должно быть по возможности минимальным. При обжиге труднее всего вступают во взаимодействие крупнокристаллический кварцевый песок, крупные частицы полевых шпатов и слюд. В связи с этим количество крупных фракций более 0,2 мм не должно превышать 10%. Главным признаком пригодности глины для производства портландцемента являются значения ее силикатного и глиноземного модулей, которые определяют величину этих модулей в портландцементе, так как карбонатный компонент сырьевой смеси обычно содержит немного глинистых примесей .

Читайте так же:
Гост цемент методы испытаний активности

Пригодность карбонатного и глинистого компонентов сырьевой смеси определяется по их химическому составу и физическим свойствам и может быть выявлена только в их взаимосвязи. Оценка качества цементного сырья производится на основании установленных практикой технических требований

Согласно этим требованиям, содержание СаО в натуральном мергеле должно быть не менее 40 и 42,5% в других карбонатных породах при хороших показателях значений силикатного и глиноземного модулей.

Содержание SiO2, Al2О3 и Fe2O3 в сочетании с их содержанием в глинистом компоненте должно обеспечивать благоприятные значения коэффициента насыщения (КН), силикатного (n) и глиноземного (р) модулей. Содержание MgO должно быть не более 3,3-3,5%, но не менее 1%. Содержание R2О должно быть не выше 1%, P2O5 не более 0,5% и SO3 не более 1,5-1,7%. Содержание SiO2, Al2О3 и Fe2O3 в глинистых породах должно обеспечивать оптимальные значения КН, силикатного и глиноземного модулей. В соответствии с этим значение силикатного модуля в глинах принимается обычно 2,5-3,5, глиноземного 1,5-2,5. Таким значениям модулей соответствует содержание в глинах SiO2 — 50-65%; Al2О3 — 15-20%; Fe2O3 — 5-10%

Количество MgO вместе с содержащемся в карбонатном компоненте должно быть в клинкере не более 4,5%. Содержание K2O + Na2O не более 3%, SO3 не более 1%.

Примесь кварцевых зерен затрудняет помол сырья, а включения крупной гальки и кремния делают глину непригодной для производства портландцемента без предварительного обогащения.

Состав сырьевой смеси должен обеспечить возможность синтеза силикатов, алюминатов и алюмоферритов с заданными соотношениями между минералами. Так как все клинкерные минералы — кальциевые соли, то преобладающим компонентом сырьевой смеси должны являться также соединения кальция. Кислотные оксиды в состав сырьевой смеси вносятся с глинистыми породами. Примерное соотношение карбонатов кальция и глинистых пород чаще всего составляет, в процентах по массе, 75-80% и 20-25%.

В качестве сырьевых материалов, содержащих оксиды кальция, кремния и алюминия, можно использовать и другие природные виды сырья, а также искусственные материалы, получаемые в виде отходов тех или иных производств. К ним относятся основные и кислые доменные шлаки, отход, получаемый при производстве глинозема, белитовый (нефелиновый) шлам, отходы от переработки горючих сланцев, зола и др.

Помимо основных (карбонатных и глинистых) сырьевых материалов для приготовления сырьевой смеси для обжига клинкера используют различные корректирующие добавки [2].

Корректирующие добавки:

— железосодержащие (пиритные огарки, колошниковая пыль, конверторный шлам, феррошлак);

— кремнеземсодержащие (кварцевый песок, маршалит, опока, кремнегель, отработанные формовочные массы, диатомит);

— алюмосодержащие (бокситы, золы, углемоечная порода, алюминатные глины);

— комбинированные (базальты, золы, шлаки).

Содержание определяющих оксидов практически во всех добавках (природных и техногенных) колеблется в довольно широких пределах .

Огарки и колошниковая пыль — мелкозернистые материалы с влажностью около 20%. Пески (маршалит) — мелкозернистая порода с естественной влажностью 2%, объемной массой 2600 кг/м 3 . Опоки — большей частью кусковидный пористый материал с объемной массой 1200 — 2600 кг/м 3 , естественной влажностью от 1 до 40%. Диатомит отличается относительно низкой объемной массой — 1500 кг/м 3 , высокой пористостью (до 60%) и водопоглащением (около 40%). Отработанные формовочные массы — сухой мелкозернистый материал (естественная влажность около 1%, плотность 2600 кг/м 3 , объемная масса 1300-1400 кг/м 3 ). Базальты — плотные породы (плотность до 3000 кг/м 3 ) с объемной массой 1600-2700 кг/м 3 и естественной влажностью 1-4 %. Кремнегель, конверторный шлам — тонкодисперсные материалы с высокой влажностью. Бокситы — разнообразные по структуре породы от твердых и плотных до мягких, глиноподобных.

В качестве добавок, корректирующих значения силикатного и глиноземного модулей, применяют различные материалы. Чтобы увеличить содержание в сырьевой смеси Fe2O3, используют колчеданные огарки, колошниковую пыль, железную руду. Колчеданные (железные, пиритные) огарки являются отходом сернокислого производства, а колошниковая пыль — доменного. Для повышения содержания SiO2 употребляют трепел, диатомит, опоку, маршалит, кварцевый песок, а для повышения содержания Al2O3 — боксит и богатые глиноземом маложелезистые глины. Чаще всего используют железосодержащие корректирующие добавки [2].

В конечном счете выбор компонентов сырьевой смеси и их соотношения определяются заданным составом портландцементного клинкера и содержанием в исходном сырье вредных примесей. Требования по ограничению их содержания в сырьевой смеси должны строго соблюдаться. Содержание P2O5 в сырьевой смеси не должно превышать 0,3%, TiO2 – не более 1,3%. Содержание MgO, SO3 и щелочей ограничивается с учетом вида используемого топлива. При обжиге на беззольном топливе содержание MgO должно быть не более 3,2%, SO3 не более 1%, Na2O + K2O не более 0,8%, а при обжиге на зольном топливе их содержание должно быть соответственно не более 3,1; 0,8 и 0,7%. Избыток P2O5 и TiO2 вызывает распад алита при высоких температурах.

Читайте так же:
Можно ли использовать цемент вместо плиточного клея использовать

Повышенное содержание щелочей замедляет усвоение СаО в процессе обжига, вызывает образование сваров и колец в печи, снижает стойкость футеровки, а при твердении может вызвать разрушение цементного камня.

Нарушение норм содержания в сырьевой смеси MgO и SO3 также может стать причиной возникновения напряжений в твердеющем цементном камне и его разрушения.

Оптимальным соотношением SO3/MgO/R2O считается 4/9/1,5 при R2O = 1,1-1,35% и 1,0-1,2/2,5-3,0/1,0 при R2O = 0,5-1,2%. Эффективным показателем сырьевой смеси может служить отношение MgO/(SO3 + R2O). Оптимальные значения этого показателя на уровне не менее 2,0.

Интенсифицирующее влияние на процессы клинкерообразования оказывает комплекс (Mn2O3 — TiO2 — SО3) при соотношении компонентов 0,6-1,21/0,5-1,0/0,3-0,8.

Выше были рассмотрены материалы, применяемые для приготовления сырьевых смесей для обжига портландцементного клинкера, являющегося основной составляющей портландцемента, который получают путем тонкого измельчения портландцементного клинкера и добавок различного функционального назначения [6].

К материалам, добавляемым к клинкеру при производстве цемента, относят:

добавки–регуляторы сроков схватывания цемента;

гидравлические (активные минеральные) добавки;

пластифицирующие и гидрофобизирующие добавки, придающие цементам специальные технические свойства;

интенсификаторы процесса измельчения цемента.

Из наиболее перспективных способов повышения качества цемента без существенного изменения технологии его производства, является введение в его состав различных добавок, активно влияющих в процессе гидратации цемента на формирование структуры и свойства цементного камня

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Способы производства портландцемента

Производство портландцемента — сложный технологический процесс добычи и доставки на завод сырьевых материалов (глины и известняка), приготовления сырьевой смеси (дробление, помол и усреднение ее состава), обжига сырьевой смеси до спекания (получение клинкера), помола клинкера с гипсом и добавками (получение портландцемента).

В зависимости от вида подготовки сырьевой смеси к обжигу применяют три способа производства портландцементного клинкера — мокрый, сухой и комбинированный.

При мокром способе измельчение и перемешивание сырьевых компонентов осуществляется в присутствии определенного количества воды. Полученная таким образом сырьевая смесь в виде жидкотекучей массы (сырьевой шлам) содержит 32—45 % воды. При сухом способе сырьевые материалы измельчаются и перемешиваются в сухом виде, в результате чего образуется тон-кий минеральный порошок (сырьевая мука). При комбинированном—сырьевую смесь готовят по мокрому способу, затем полученный сырьевой шлам обезвоживают (фильтруют) и полусухую массу («сухарь») подвергают грануляции и обжигу в печах.

Для производства портландцемента по мокрому способу в качестве сырья применяют твердый известняк, глину или мел. Твердый известняк подвергают двух- трехстадийному дроблению в щековых дробилках. Глину предварительно измельчают в валковых дробилках, затем перерабатывают в водную суспензию в болтушках. Если вместо известняка используют мел, то его измельчают в мельницах самоизмельчения или распускают в болтушках. Глиняный или меловой шлам и раздробленный известняк в соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера, транспортируют в сырьевую мельницу для совместного помола. Полученный сырьевой шлам влажностью 32—45 % перекачивают насосами в вертикальные резервуары (шламбассейны), где он корректируется для достижения заданного химического состава. Откорректированный шлам из вертикальных шламбассейнов поступает в горизонтальные шламбассейны, где и хранится до подачи в печь для обжига. Обжиг сырьевого шлама осуществляется в длинных вращающихся печах. Полученный клинкер охлаждают в холодильниках, дробят совместно с гипсом и добавками, а затем направляют для помола в цементные мельницы или для хранения на склад. Из мельницы цемент транспортируют в силосные склады, а затем потребителям.

При производстве цемента сухим способом известняк и глину после предварительного дробления и сушки загружают в сырьевую сепараторную мельницу для одновременного помола и сушки, в результате чего получают сухую сырьевую муку с остаточной влажностью 1—2% На большинстве новых цементных заводов для сухого помола применяют мельницы «Аэрофол», в которых совмещены процессы мелкого дробления, сушки и помола. Сырьевая мука подается в гомогенизационные смесительные силосы, в которых производится ее усреднение и корректирование состава, а также создаются запасы муки, необходимые для бесперебойной работы печей. От-корректированная по составу сырьевая мука поступает в систему циклонных теплообменников, состоящую из нескольких ступеней. Там она высушивается, дегидратируется и частично декарбонизируется во взвешенном состоянии. Из циклонов мука подается на обжиг во вращающуюся печь, готовый клинкер пересыпается в холодильник. После охлаждения клинкер поступает на склад. Все последующие технологические операции аналогичны соответствующим операциям мокрого способа.

При комбинированном способе производства портландцемента сырьевая смесь в виде шлама, полученного по мокрому способу, выходит из сырьевой мельницы с влажностью 32—45 % транспортируется в вертикальные шламбассейны, где корректируется до получения требуемого химического состава. После этого шлам обезвоживают (фильтруют) в вакуум- или фильтр-прессах до влажности 16—20 %. Полученную сырьевую смесь («сухарь») смешивают с пылью для снижения влажности до 12—14 %, а затем подвергают грануляции (формованию). Смесь в виде гранул обжигают во вращающихся печах. Дальнейшие операции производства портландцемента осуществляют в той же последовательности, что и при мокром способе производства.

Читайте так же:
Бетон соотношение цемент песок гравий вода

Способ производства цемента выбирают в зависимости от технологических факторов, а также от вида и сорта топлива, предназначенного для обжига клинкера. С технологической точки зрения целесообразность применения того или иного способа обусловливается составом и свойствами сырья — влажностью, однородностью, твердостью, размучиваемостью. При влажном, легко размучиваемом сырье с низкой степенью однородности лучше использовать мокрый способ производства при неразмучиваемом однородном сырье с низкой влажностью — сухой.

В нашей стране преобладание мокрого способа производства клинкера окупается сравнительно высокой производи тельностью печей, лучшей гомогенизацией сырьевой смеси, сравнительно простой технологией производства Однако не устраняется основной недостаток мокрого способа — высокая энергоемкость процесса клинкера. Сухой способ обладает значительными технико-экономическими преимуществами по сравнению с мокрым. Сочетание вращающихся печей с циклонными теплообменниками и декарбонизаторами обеспечивает снижений удельного расхода теплоты при обжиге клинкера на 40-50%.

В условиях экономии топливно-энергетических ресурсов большое значение имеет ориентация нашей цементной промышленности на расширение сухого способа производства. Этот способ распространен и в капиталистических странах.

Следует отметить, что при сухом способе лучшие по сравнению мокрым способом технико-экономические показатели достигают*« только при применении сырья с влажностью 8—10%. Применение комбинированного способа производства целесообразно при влажности сырья свыше 15%, Удельный расход теплоты снижается более чем на 20 % по сравнению с мокрым и на 2—3 % превышает расход теплоты, необходимой при сухом способе (на сырье влажностью 8—10%). По сравнению с мокрым способом расход топлива снижается на 20—30 %, производительность печных агрегатов повышается на 10%, однако потребность в электроэнергии увеличивается на 18%.

Независимо от выбранного способа производства современные цементные заводы должны быть оснащены высокопроизводительным технологическим оборудованием, обеспечивающим автоматизацию отдельных производственных процессов.

Способы производства цемента

Цемент относится к категории гидравлических вяжущих компонентов. Считается самым востребованным строительным материалом. Получается при помоле цементного клинкера, получаемого обжигом природного или искусственного сырья. Так как в природе редко встречаются породы подходящего состава, большинство производителей использует смесь карбонатного щебня и глины.

Качество портландцемента зависит от содержания оксидов кальция, не менее 60-68 %, кварца 19-25 %, алюминия 4-8 %, железа 2-6%. Наличие повышенного содержания сернистого ангидрида, более 3,5 % или окиси магния более 4,5 %, может привести к усадке цементного камня при твердении. Для улучшения качественных показателей готового продукта, в клинкер при помоле добавляют активные минеральные добавки в виде доменного шлака, измельченных вулканических пород.

Добыча и первичная обработка сырья

В качестве основного сырья используется известняк желтого или зеленоватого оттенка. Добывается в карьерах глубиной до 10 км открытым способом. Залегает неравномерными пластами, количество которых не более 4-х. Известняк, прошедший 3-х разовое дробление в карьере, транспортируется на производство автомобильным или ж-д транспортом.

После предварительной сушки на складе под навесом, проводится первичный помол шихты с добавлением специальных добавок, корректирующих качественный состав. Для этого используются следующие способы приготовления цементного клинкера:

Мокрый

Поступившая из карьера глина, предварительно измельчается в валковых дробилках и перерабатывается в жидкую фазу. Затем точно взвешенные сырьевые компоненты, состоящие из молотого известняка, мела, жидкой глины, измельчаются и перемешиваются в сырьевой мельнице при добавлении воды.

В результате получается сырьевой шлам с влажностью 32-45 %. С помощью гидравлических насосов он перекачивается в вертикальные резервуары, где выдерживается и корректируется до заданного количественного, химического состава. Готовая смесь из резервуаров поступает в горизонтальные шламбассейны, где хранится до начала обжига, который осуществляется в длинных вращающихся печах.

Полученный цементный клинкер из печи поступает в специальный холодильник, после чего, пройдя предварительное дробление вместе с гипсом, поступает на герметичный бункерный склад. Для окончательного дробления используются шаровые мельницы. Они обеспечивают необходимую тонкость помола, от которой зависит активность цемента.

Этот способ производства цемента используется в том случае, если известковый мергель имеет значительные отклонения от требуемого химического состава, а в глине присутствуют посторонние примеси. Кроме того значительно уменьшается загрязнение окружающей среды. Однако на стоимость конечного продукта влияет большой расход топлива при обжиге.

Сухой

После предварительного дробления, сушки, известняк и глина загружается в сепараторную мельницу, где сырье размалывается и одновременно сушится до влажности 1-2 %. Готовая минеральная мука подается в специальные силосы для создания запаса, корректировки количественного и химического состава. После этого направляется в ступенчатые циклонные теплообменники для окончательной сушки, дегидратации, декарбонизации во взвешенном состоянии.

Из циклонов подготовленный состав муки подается в наклонную печь, в которой сырье обжигается, перемещаясь навстречу горючим газам сгоревшего топлива. Спекшийся клинкер пересыпается в холодильник и поступает на склад. После охлаждения, выдержки, перемалывается с помощью шаровой мельницы. Готовый цемент перекачивается в герметичные емкости для хранения и отправки потребителям. Этот способ производства наиболее распространен, так как считается более экономичным.

Читайте так же:
Масса одного литра цемента равна

Комбинированный

Шлам влажностью 32-45 %, полученный по мокрой технологии, после выдержки в вертикальных резервуарах фильтруется в вакуум-прессах до влажности 15-20%. Затем смешивается с цементной пылью, гранулируется и поступает в печь для обжига. Далее следует последовательность операций идентичная предыдущим способам производства.

Вывод

Технология производства цемента подбирается в зависимости от качества сырья, его химического состава, физического состояния, наличия ближайших источников топлива, населённых пунктов, экологических требований.

Интересная история с цементом, создание цементов. Факты

---- -

Цементом именуют искусственный, порошкообразный вяжущий материал, который при контакте с водой, водными растворами солей, а также другими жидкостями образуют пластичную смесь, со временем затвердевающую и превращающуюся в прочное тело — цементный камень.

Первым вяжущим материалом была природная глина. Она смешивалась с жирной землей и водой, а после высыхания приобретала некую прочность. Но так как ее было явно недостаточно (эту смесь использовали для строительства зданий, которые не требовали большой прочности), люди продолжали искать другие более совершенные вяжущие.

Самый ранний предок современного бетона был найден во время археологических раскопок на берегу Дуная (территория современной Югославии), в хижине древнего поселения. Пол жилища времен каменного века был выполнен из бетона 25-й толщины. Проведя соответствующий анализ, ученые установили примерную дату находки — 5000 до н.э. и состав бетона — гравий и красноватая известь. Историки утверждают, что эта находка скорее исключение, чем правило, поскольку применение извести в массовом строительстве датируется более поздними сроками.

Массовое использование при возведении построек вяжущих компонентов началось примерно 3000 лет до н.э., и тогда начали задействовать не известь, а гипс. Это объяснялось тем, что при обжиге последнего необходимо было гораздо меньшее количество топлива. Известь — это один из самых древних искусственных вяжущих материалов, впереди него только гипс. Историки предполагают, что известково-гипсовые смеси использовались египтянами еще при строительстве пирамид. Гипс, однако, долгое время был лидером, поскольку производство его было менее затратным. Как видите, сэкономить люди стараются всегда и на чем только могут, начиная использованием безлимитных тарифов и заканчивая сырьем для производства.

Впервые в большом масштабе известь начала использоваться греками для облицовки и в строительстве гидротехнических сооружений. Для производства кладочных растворов она широко стала применяться только в римский период.

Римляне внесли большой вклад в развитие строительного искусства, оставив после себя прекрасные памятники древнего мира. Они же составили самые первые правила по производству и использованию растворов на основе извести, а также впервые задействовали вулканический пепел в качестве примеси.

В Киевской Руси главным вяжущим компонентом, используемым в строительстве, была известь. Технология ее изготовления была следующая: поначалу известняк обжигался в печах, а затем гасился в специальных ямах. Из чистого известняка получали воздушную жирную известь (белая), она применялась в основном для облицовочных работ, если же добавлялись глиняные примеси, образовывалась гидравлическая известь (серая), которая использовалась при кладке, поскольку имела способность «схватываться» во влажной среде. Однако некоторые исторические исследования говорят о том, что данным правилом руководствовались далеко не всегда, впрочем, вопрос рационального применения разных типов вяжущих компонентов актуален и по сей день. В качестве заполнителя растворов использовалась цемянка — мелкотолченая керамика, туф и пемза. Применялась как обожженная и после размолотая глина, так и недообоженный кирпич, а затем мелкотолченый кирпичный бой наиболее крупных фракций, что позволяло давать меньшую усадку при затвердении и увеличивать стойкость к растрескиванию. Хотя тонкомолотая глина придавала цемянке дополнительные гидравлические свойства. Но вопрос экономии, удешевления материалов и задействования отходов производства стоял, видимо, уже тогда, и не всегда решался в пользу сохранения качества продукции.

Многие древние народы широко применяли в качестве заполнителя толченую керамику. Например, в Индии в известь примешивала сурку — молотый кирпич. Примечательно, что в раннем строительстве песок в качестве заполнителя практически никогда не применялся. В качестве вяжущего, как правило, использовался гипс, а роль заполнителя играл дробленый алебастр. В 1584 году в Москве учредили специальный «Каменный приказ», который отвечал как за производство кирпича и заготовку камня (строительного), так и за изготовление извести. В частности в нынешней столице нашей Родины появились также первые производители сухих смесей для строительства, которые именовались тогда «сементом». В эти смеси примешивали различные добавки — яйца, кизяк, бычью кровь, творог и т.д., что говорило о высоких требованиях к качеству строящихся зданий.

Читайте так же:
Как залить зимой цементный раствор

Немецкий химик и минеролог профессор Фукс в 1829 году продемонстрировал, что любой кремнеземистый минерал может быть использован для гидравлического цемента, если предварительно подвергнуть его обжигу. То есть абсолютно все породы, такие как гранит, полевой шпат, слюда, глина и даже кремнезем (горный хрусталь, к примеру) после обжига затвердевают с известью при добавлении воды. Вопрос стоял только лишь в доступности данного сырья и энергоемкости производства и, как следствие, его экономичности. Французский инженер Вика проводил подобные исследования многим раньше, в 1812 году он продемонстрировал, что обожженная углекислая известь и глина при измельчении затвердевает вместе с водой без всяческих добавок, а в 1818 доказал, что любой известковистый минерал, имеющий в своем составе определенное количество глины может дать после прокаливания гидравлическую (то есть затвердевающую в воде) глину. В 1841 году Вика пришел к тому, что большинство глин имеют свойство превращаться после соответствующего обжига в пуццоланы, т.е могут затвердевать с известью и водой. Далее французский инженер начал изучать свойства различных глин, мергелей, известняков и благодаря этому на его Родине производство гидравлических известей и цементов стало развиваться быстрыми темпами.

Еще одно известное имя в изучении свойств глин — Джеймс Паркер. Он обнаружил, что почва на берегах Темзы, содержащая около 30% глины, после обжига и размалывания дает цемент. Паркер присвоил ему название романского и взял патент на его производство. Чуть позже к подобному открытию пришли французы в Булони и они также приобрели имя романских. Глинистые известняки имели один существенный недостаток — неоднородности, однако этот недостаток стал причиной многих открытий в науке изготовления цементов. Из известняка с небольшим содержанием глины получают гидравлическую известь, с большим — гидравлический цемент с разнообразными характеристиками, а естественные мергели даже маленькой мощности, как правило, имеют очень неоднородный состав. А потому желание изготовить гидравлический цемент, смешав глину и известь, не могло не возникнуть. Вика продемонстрировал, что это возможно сделать, однако массовое использование технология получила в России и Англии. Примечательно, что и в нынешнее время прибор, который определяет срок схватывания цементного теста, называется иглой Вика.

В 1822 году в Санкт-Петербурге выпустили «Трактат об искусстве приготовлять строительные растворы», ее автор Е.Г. Челиев обобщил в этом труде весь опыт улучшения характеристик вяжущих материалов, накопленный русскими строителями при восстановлении Кремля, который во время Отечественной войны был разрушен. Егор Герасимович Челиев был активным участником восстановления Москвы от пожара 1812 года. Именно в то время он начал проводить различные опыты, которые были направлены на поиск состава для кирпича и камня. Желание изготовить еще более совершенный вид гидравлического вяжущего компонента привело строителя к очень важному открытию: если в горне на сухих дровах обжигать смесь извести и глины до «белого каления» (1100-1200 градусов Цельсия), то получается спекшаяся масса, которая в размолотом виде обладала прекрасными механическими способностями и свойством затвердевать в воде. Так, обыкновенный русский каменщик Егор Герасимович Челиев стал изобретателем современного цемента.

В 1824 году британский строитель — Джозеф Аспдин получил патент на усовершенствованный метод изготовления искусственного камня, который он придумал на собственной же кухне. Аспидин взял дробленный известняк и, смешав его с глиной, нагрел, затем он размолол комок полученной смеси и таким образом изобрел гидравлический цемент, который твердел при контакте с водой. Полученный продукт был назван портландцементом, (поскольку в нем были применены камни с карьера острова Портланд), однако он представлял собой, на деле, лишь одну из разновидностей романского цемента, изготовленного при чуть более высокой температуре обжига. Несмотря на это, название портландцемента закрепилось за ним и по сей день.

Гидравлическое вяжущее, придуманное Челиевым было гораздо ближе по свойствам к сегодняшнему портландцементу, и по качеству значительно превосходило продукт Аспидина.

Эксперименты Челиева были продолжены русскими учеными Шуляченко, Дружининым, Байковым, Журавлевым и др. В частности и Д.И. Менделеев в своем труде «Основы химии» рассмотрел ряд вопросов, которые связаны с химией цемента.

Октябрьская революция стала мощным толчком к развитию цементной науки, поскольку цементная промышленность стала базовой для обеспечения экономического величия страны. По всей стране создавались организации, которые занимались проблемами и возможностями развития изготовления цемента.

Сегодня цементной науке уделяют очень мало внимания, люди больше озабочены новыми гаджетами и новостями мобильной связи. В результате наша страна потеряла 75% научного потенциала этой отрасли, а оставшиеся 25% нуждаются в серьезных вложениях, как со стороны производства, так и государства.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector