Большая Советская Энциклопедия
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 Ц. 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 Ц., почти полностью вытеснившие из строительной практики Ц. иностранного производства. Однако в дореволюционной России количество цементных заводов, их мощность и технический уровень были недостаточными. Единственным научным учреждением, занимавшимся исследованиями по Ц., была механическая лаборатория Петербургского института инженерных путей сообщения.
Октябрьская революция 1917 открыла широкие возможности для развития цементной промышленности и науки о Ц. 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. Ц., разработана теория его твердения, усовершенствована технология цементного производства, созданы новые высокоэффективные виды Ц. 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 Ц. 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 Ц. нужные качества. В зависимости от способа приготовления сырьевой смеси различают сухой, мокрый и комбинированный способы производства Ц. Выбор способа обусловлен главным образом технико-экономическими показателями: возможной степенью концентрации производства, расходом топлива и электроэнергии, трудовыми затратами.
При сухом способе производства Ц. 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 Ц. достигаются правильным проектированием сырьевой смеси и получением в процессе производства Ц. нужного состава ≈ химического, минералогического, гранулометрического и вещественного (под минералогическим составом Ц. понимается качественный и количественный перечень минералов, входящих в состав клинкера; под вещественным составом ≈ качественный и количественный перечень веществ, входящих в состав готового Ц.). 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 Ц. осуществляется на основе требований соответствующих ГОСТов. Стандартизованы также методы физико-механических испытаний при определении свойств Ц.
По прочности Ц. делится на марки. Марка Ц. 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 Ц. возможно изменение состава и методов изготовления и хранения образцов.
О составе, особых свойствах и областях применения главнейших видов Ц., выпускаемых в СССР, см. табл. За рубежом выпускаются примерно такие же, как и в СССР, виды Ц. По своим техническим качествам Ц. сов. производства принадлежат к числу лучших Ц. 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 Ц.: постоянное увеличение объёма его выпуска (в СССР к 1980 достигнет 143≈146 млн. т в год); расширение ассортимента специального Ц. и увеличение объёма их производства (особенно высокопрочных, быстротвердеющих, декоративных и расширяющихся Ц.); повышение средней марочной прочности выпускаемых Ц. (в частности, увеличение производства Ц. марки 600 и освоение выпуска Ц. марки 700); интенсификация процесса твердения Ц. (достижение высокой прочности через 4≈6 ч твердения); рациональное территориальное размещение цементных заводов с целью сокращения перевозок сырья и готового продукта; снижение себестоимости Ц.; 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.