Цемент (неорганич. вяжущие материалы)

Определение "Цемент (неорганич. вяжущие материалы)" в Большой Советской Энциклопедии

Цемент (нем. Zement, от лат. caementum - щебень, битый камень), собирательное название искусственных неорганических порошкообразных вяжущих материалов, преимущественно гидравлических, обладающих способностью при взаимодействии с водой, с водными растворами солей или др. жидкостями образовывать пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в прочное камневидное тело; один из главнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) сооружений, гидроизоляции и др.

В общем понимании этого термина Цемент (неорганич. вяжущие материалы) известен с древнейших времён. Первыми искусственными вяжущими веществами были гипс и известь, применявшиеся древними египтянами и греками при возведении монументальных сооружений, частично сохранившихся до наших дней. Позднее в качестве вяжущих использовались известковые растворы с добавкой измельченных вулканических пород (в Древнем Риме) или слабообожжённого кирпича-цемянки (в Киевской Руси), придававших им способность твердеть в воде. В 1796 Дж. Паркером был получен патент на гидравлическое вяжущее - романцемент - измельченный продукт обжига природных мергелей. В 1824 Дж. Аспдин в Англии и в 1825 Е. Г. Челиев в России независимо друг от друга создали портландцемент, получаемый обжигом до спекания искусственной смеси известняка и глины, взятых в определённых пропорциях.

Большое значение в развитии теории и практики цементного производства в России имели труды А. Р. Шуляченко, Н. А. Белелюбского, И. Г. Малюги, Н. Н. Лямина, В. И. Чарномского. В результате их работ были созданы высококачественные отечественные Цемент (неорганич. вяжущие материалы), почти полностью вытеснившие из строительной практики Цемент (неорганич. вяжущие материалы) иностранного производства. Однако в дореволюционной России количество цементных заводов, их мощность и технический уровень были недостаточными. Единственным научным учреждением, занимавшимся исследованиями по Цемент (неорганич. вяжущие материалы), была механическая лаборатория Петербургского института инженерных путей сообщения.

Октябрьская революция 1917 открыла широкие возможности для развития цементной промышленности и науки о Цемент (неорганич. вяжущие материалы) Трудами советских учёных А. А. Байкова, В. А. Кинда, В. Н. Юнга, П. П. Будникова, П. А. Ребиндера, Н. Я. Торопова, Ю. М. Бутта, А. В. Волженского и др, были созданы современные основы физикохимии. Цемент (неорганич. вяжущие материалы), разработана теория его твердения, усовершенствована технология цементного производства, созданы новые высокоэффективные виды Цемент (неорганич. вяжущие материалы) с особыми свойствами, удовлетворяющими потребности различных отраслей народного хозяйства. В СССР научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы, связанные с развитием цементной промышленности и повышением её технического уровня, осуществляются рядом специализированных институтов (НИИЦемент, Гипроцемент, НИИЦеммаш и др.), а также кафедрами некоторых вузов.

Современный процесс производства Цемент (неорганич. вяжущие материалы) включает: добычу цементного сырья природного или использование в качестве такового некоторых промышленных отходов (металлургических шлаков, зол ТЭС, вскрышных пород и т.п.); дробление и тонкое его измельчение; приготовление однородной сырьевой смеси заданного состава; обжиг её до спекания при температуре 1450-1550 °С; измельчение полученного клинкера в тонкий порошок вместе с небольшим количеством гипса и активных минеральных добавок или др. веществ, придающих Цемент (неорганич. вяжущие материалы) нужные качества. В зависимости от способа приготовления сырьевой смеси различают сухой, мокрый и комбинированный способы производства Цемент (неорганич. вяжущие материалы) Выбор способа обусловлен главным образом технико-экономическими показателями: возможной степенью концентрации производства, расходом топлива и электроэнергии, трудовыми затратами.

При сухом способе производства Цемент (неорганич. вяжущие материалы) сырьевые материалы (известняк и глина) в процессе измельчения и помола в мельницах высушиваются и превращаются в сырьевую муку, состав которой корректируется в соответствии с заданным, после чего мука поступает на обжиг. Современные вращающиеся печи для обжига клинкера, как правило, оборудованы запечными теплообменниками, в которых осуществляется подогрев и частичная декарбонизация сырьевой смеси. Расход тепла на обжиг клинкера составляет 750-850 ккал/кг клинкера. При мокром способе размол сырьевых компонентов осуществляется в мельницах в присутствии воды, которая играет роль понизителя твёрдости, интенсифицирует процесс помола и снижает удельный расход энергии на помол. Полученная сметанообразная масса (шлам) корректируется до заданного состава и направляется на обжиг. За счёт испарения воды шлама в печи расход тепла на обжиг увеличивается н в зависимости от размера и конструкции печи составляет 5,45-6,7 Мдж/кг (1300-1600 ккал/кг) клинкера. При комбинированном способе сырьевая смесь готовится по схеме мокрого способа, затем обезвоживается на вакуум-фильтрах или вакуум-прессах, формуется (обычно в виде гранул) и поступает на обжиг. Расход тепла при этом составляет около 4,19 Мдж/кг (1000 ккал/кг) клинкера.

Необходимые свойства Цемент (неорганич. вяжущие материалы) достигаются правильным проектированием сырьевой смеси и получением в процессе производства Цемент (неорганич. вяжущие материалы) нужного состава - химического, минералогического, гранулометрического и вещественного (под минералогическим составом Цемент (неорганич. вяжущие материалы) понимается качественный и количественный перечень минералов, входящих в состав клинкера; под вещественным составом - качественный и количественный перечень веществ, входящих в состав готового Цемент (неорганич. вяжущие материалы)). Правильное проектирование сырьевой смеси - одно из важнейших условий, обеспечивающих нормальное протекание и полное завершение процессов клинкерообразования при обжиге и высокие экономические показатели производства. Контроль качества готового Цемент (неорганич. вяжущие материалы) осуществляется на основе требований соответствующих ГОСТов. Стандартизованы также методы физико-механических испытаний при определении свойств Цемент (неорганич. вяжущие материалы)

По прочности Цемент (неорганич. вяжущие материалы) делится на марки. Марка Цемент (неорганич. вяжущие материалы) определяется пределом прочности при изгибе образцов-призм размером 40´40´160 мм и при сжатии их половинок, изготовленных из цементного раствора состава 1: 3 (по массе) с нормальным (кварцевым) песком (срок твердения образцов в воде 28 сут с момента изготовления). Для специального Цемент (неорганич. вяжущие материалы) возможно изменение состава и методов изготовления и хранения образцов.

О составе, особых свойствах и областях применения главнейших видов Цемент (неорганич. вяжущие материалы), выпускаемых в СССР, см. табл. За рубежом выпускаются примерно такие же, как и в СССР, виды Цемент (неорганич. вяжущие материалы) По своим техническим качествам Цемент (неорганич. вяжущие материалы) сов. производства принадлежат к числу лучших Цемент (неорганич. вяжущие материалы) в мире.

Главнейшие виды цементов, выпускаемых в ССР

Название	Вещественный состав цемента (в % по массе)	Минералоги- ческий состав клинкера (в % по массе)	Марка цемента	Особые свойства	Основные области применения
Портланд- цемент	Портландцемент- ный клинкер (85); гипс (1,5-3,5) по SO3; активная минеральная добавка (до 15)	3CaO·SiO2(37-72); 2CaO·SiO2(6-47); 3СаО·Al2O3 (2-20); 4СаО·Al2O3·Fe2O3 (2-19)	300, 400, 500, 600		Монолитный бетон гражданских и промышленных зданий и сооружений, сборные железобетонные конструкции, дорожное строительство, наружные части гидротехнических сооружений, строительные растворы
Быстротвер- деющий портландце- мент	Портландцемент- ный клинкер (90); гипс (1,5-3,5) по SO3; активная минеральная добавка (до 10)	3CaO·SiO2 + +3СаО·Al2O3 (до65); 2CaO·SiO2 + 4CaO·Al2O3· Fe2O3 (33)	Не ниже 400; через 3 сут прочность не менее: 4 Мн/м2 (при изгибе), 25 Мн/м2 (при сжатии)	Более быстрое твердение и более тонкий помол, чем у обычного портландце- мента	Сборные железобетонные конструкции, скоростное строительство
Сульфато- стойкий портландце- мент	Портландцемент- ный клинкер (100); гипс (до 3,5) по SO3	3СаО·SiO2 (до 50); 3CaO·Al2O3 (до 5); 3СаО·Al2O3 + + 4СаО·Al2O3Fe2O3 (до 22)	400	Повышенная стойкость к сульфатной агрессии, повышенная морозостой- кость	Для сооружений, находящихся в условиях сульфатной агрессии и в условиях переменного замораживания и оттаивания или увлажнения и высыхания
Пластифици- рованный портландце- мент	Портландцемент с пластифицирую- щей добавкой (0,15-0,25)	Тот же, что у портландце- мента	300, 400, 500	Повышенные пластичность и морозостой- кость	Те же, что и обычного портландцемента; для экономии цемента или бетонной смеси; для повышения морозостойкости бетона
Гидрофобный портландце- мент	Портландцемент с гидрофобной добавкой (0,06-0,3)		300, 400	Длительное сохранение активности, повышенные пластичность и морозостой- кость	Те же, что и обычного и пластифицированного портландцементов и в тех случаях, когда необходимо длительное хранение цемента
Тампонажный портландцемент: а) для «холодных» скважин; б) для «горячих» скважин	Портландцементный клинкер; допускается введение: а) активных (до 15%) или инертных (до 10%) минеральных добавок; б) шлака (до 15%) или песка (до 10%)			Быстрое твердение и медленное схватывание	Тампонирование нефтяных и газовых скважин
Декоративные Портландце- менты (белый и цветные)	Белый портландцемент- ный клинкер (80-84); диатомит (6); инертная минеральная добавка (10) или минеральный пигмент (15)	4СаО·Al2O3·Fe2O3 (до 2)	300, 400, 500	Белый цемент по степени белизны делится на 3 сорта, цветные цементы имеют различную окраску	Отделка зданий и сооружений, скульптурные и покрасочные работы
Сульфато- стойкий пуццолановый портландце- мент	Портландцемент- ный клинкер (60); добавки вулканического (25-40) или осадочного (20-30) происхождения; гипс (до 3,5) по SO3	3СаО·Al2O3 (до 8)	200, 300, 400	Повышенная стойкость к сульфатной агрессии	Подводные и подземные сооружения в условиях постоянного воздействия агрессивных (сульфатных) вод
Шлакопорт- ландцемент	Портландцемент- ный клинкер (40-70); доменный гранулированный шлак (30-60); гипс (до 3,5) по SO3	Тот же, что у портландце- мента	300, 400, 500	Замедленный рост прочности в начале период твердения, пониженные морозостой- кость и тепловыделе- ние, повышенная сульфатостой- кость	Те же, что у портландцемента. Эффективен для сборного железобетона, изготовляемого с тепловлажностной обработкой
	Глинозёмистый шлак (100); допускается введение 1% добавок, не ухудшающих качество цемента	СаО·Al2O2; 12СаО·7Al2O3; СаО·2Al3O3; 2СаО·Al2O3· SiO2; FeO	400, 500, 600 (через 3 сут твердения)	Быстрое твердение при нормальной и пониженной температурах, высокая стойкость к действию минерализован- ных вод, потеря прочности (до 60%) через 15-20 лет	Срочные, аварийные и восстановительные работы, сооружения, подвергающиеся действию минерализованных вод или сернистого газа, жаростойкие бетоны и растворы. Неприменим в условиях повышенной температуры и влажности
Глинозёмис- тый цемент
Гипсоглинозё- мистый расширяю- щийся цемент	Глинозёмистый шлак (70); двуводный гипс (30)	Тот же, что у глинозёмисто-го цемента	400, 500 (через 3 сут твердения)	Расширение при твердении в воде (через 1 сут 0,15%, через 28 сут 0,3-1%), быстрое твердение; высокие плотность, водонепрони- цаемость и сульфатостой- кость	Водонепроницаемые бетоны и растворы, заделка стыков, ремонтные работы, тампонирование нефтяных и газовых скважин
Кислотоупор- ный цемент	Кварцевый песок (90-96): кремнефторис- тый натрий (4-8,5)	SO2; Na2SiF6	Предел прочности при растяже- нии 2 Мн/м2 (через 28 сут твердения)	Стоек к действию большинства минеральных и органических кислот. Нестоек к действию HF, H2SiF6, кипящей воды и водяного пара. Токсичен	Кислотоупорные бетоны и растворы, обмазки и футеровки. Неприменим в аппаратах пищевой промышленности и при температуре ниже -20°С

  Современные тенденции в производстве Цемент (неорганич. вяжущие материалы): постоянное увеличение объёма его выпуска (в СССР к 1980 достигнет 143-146 млн. т в год); расширение ассортимента специального Цемент (неорганич. вяжущие материалы) и увеличение объёма их производства (особенно высокопрочных, быстротвердеющих, декоративных и расширяющихся Цемент (неорганич. вяжущие материалы)); повышение средней марочной прочности выпускаемых Цемент (неорганич. вяжущие материалы) (в частности, увеличение производства Цемент (неорганич. вяжущие материалы) марки 600 и освоение выпуска Цемент (неорганич. вяжущие материалы) марки 700); интенсификация процесса твердения Цемент (неорганич. вяжущие материалы) (достижение высокой прочности через 4-6 ч твердения); рациональное территориальное размещение цементных заводов с целью сокращения перевозок сырья и готового продукта; снижение себестоимости Цемент (неорганич. вяжущие материалы); обеспечение высокой степени механизации и автоматизации цементного производства и дальнейшее улучшение условий труда на предприятиях цементной промышленности.
Лит.: Технология вяжущих веществ, М., 1965; Вяжущие материалы, заполнители для бетонов и нерудные материалы, М., 1973; Краткий справочник технолога цементного завода, М., 1974.
  И. В. Кравченко.