Cimentul ( latina caementum - „piatră zdrobită, piatră spartă”) este un liant hidraulic anorganic artificial . Unul dintre principalele materiale de construcție . Când interacționează cu apa , soluții apoase de săruri și alte lichide, formează o masă de plastic, care apoi se întărește și se transformă într-un corp asemănător pietrei . Folosit în principal pentru fabricarea betonului și mortarelor . Cimentul este un liant hidraulic și are capacitatea de a câștiga rezistență în condiții umede, ceea ce este fundamental diferit de alți lianți minerali - ( var de aer ), care se întăresc numai în aer.
Gradul de ciment - o valoare condiționată, ceea ce înseamnă că rezistența la compresiune nu va fi mai mică decât gradul desemnat (200, 300, 400, 500, 600)
Mortar de ciment este un ciment compozit cu clincher redus destinat mortarelor de zidărie și ipsos . Produs prin măcinarea în comun a clincherului de ciment Portland, aditivi minerali activi și materiale de umplutură
Romanii amestecau anumite materiale în var pentru a-i conferi proprietăți hidraulice. Acestea erau:
În ciuda diferențelor, toate aceste materiale conțin oxizi în compoziția lor : dioxid de siliciu SiO 2 ( cuarț sau acid silicic), oxid de aluminiu Al 2 O 3 ( alumină ), oxid de fier Fe 2 O 3 - și provoacă interacțiunea cu varul cu ele ; în acest caz, se adaugă apă ( hidratare ) cu formarea de compuși cu silice în primul rând. Ca rezultat , hidrosilicații de calciu insolubili se cristalizează . În Evul Mediu, s-a descoperit întâmplător că produsele din arderea calcarelor contaminate cu argilă nu erau inferioare amestecurilor puzolanice romane în ceea ce privește rezistența la apă, ba chiar le depășeau.
Aceasta a fost urmată de un secol de experimentare intensă. În același timp, atenția principală a fost acordată dezvoltării depozitelor speciale de calcar și argilă, raportului optim al acestor componente și adăugării altora noi. Abia după 1844 au ajuns la concluzia că, pe lângă raportul exact al componentelor amestecului brut, o temperatură ridicată de ardere (aproximativ +1450 ° C, 1700 K) era în primul rând necesară pentru a realiza o legătură puternică între var si oxizi. Acești trei oxizi, după sinterizarea cu var, determină proprietățile hidraulice; se numesc oxizi care determina hidraulicitatea (factori de hidraulicitate).
Cimentul Portland se obține prin încălzirea calcarului și argilei sau a altor materiale cu compoziție brută similară și activitate suficientă la o temperatură de +1450 ... +1480 °C. Are loc topirea parțială și se formează granule de clincher . Pentru a obține ciment, clincherul este măcinat împreună cu aproximativ 5% piatră de gips. Piatra de gips controlează viteza de setare; poate fi parțial înlocuit cu alte forme de sulfat de calciu. Unele specificații permit adăugarea altor materiale la măcinare. Un clincher tipic are o compoziție aproximativă de 67% CaO, 22% SiO 2 , 5% Al 2 O 3 , 3% Fe 2 O 3 , 3% alte componente și conține de obicei patru faze principale numite alită , belite , faza aluminată și alumino. -faza de ferita . În clincher, mai multe alte faze sunt de obicei prezente în cantități mici, cum ar fi sulfații alcalini și oxidul de calciu.
Alita este cel mai important constituent dintre toate clincherele convenționale de ciment; conținutul său este de 50-70%. Acesta este un silicat tricalcic, Ca 3 SiO 5 , a cărui compoziție și structură sunt modificate prin plasarea ionilor străini în rețea, în special Mg 2+ , Al 3+ și Fe 3+ . Alita reacționează relativ rapid cu apa și în cimenturile normale de toate fazele joacă cel mai important rol în dezvoltarea rezistenței; pentru puterea de 28 de zile, contribuția acestei faze este deosebit de importantă.
Conținutul de belite pentru clincherul normal de ciment este de 15-30%. Este un silicat dicalcic de Ca 2 SiO 4 modificat prin introducerea de ioni străini în structură și este de obicei prezent complet sau în mare parte sub formă de β-modificare. Belita reacționează lent cu apa, având astfel un efect redus asupra rezistenței în primele 28 de zile, dar crește semnificativ rezistența în perioadele ulterioare. După un an, punctele forte ale alitei pure și ale belitei pure în condiții comparabile sunt aproximativ aceleași.
Conținutul fazei de aluminat este de 5-10% pentru majoritatea clincherelor normale de ciment. Acesta este aluminat tricalcic prescurtat ca 3СaAS (compoziție - 3CaO*Al 2 O 3 *SiO 2 ), modificat semnificativ în compoziție și uneori în structură, din cauza ionilor străini, în special Si 4+ , Fe 3+ , Na + și K + . Faza de aluminat reacţionează rapid cu apa şi poate determina o priză nedorită de rapidă, dacă nu se adaugă un agent de control al prizei, de obicei gips.
Faza de ferită este de 5-15% din clincherul convențional de ciment. Aceasta este aluminoferită tetracalcică, abr. 4СaAFS (4CaO*Al 2 O 3 *Fe 2 O 3 *SiO 2 ), a cărui compoziție se modifică semnificativ odată cu modificarea raportului Al/Fe și plasarea ionilor străini în structură. Viteza cu care faza feritică reacţionează cu apa poate varia oarecum din cauza diferenţelor de compoziţie sau a altor caracteristici, dar este în general ridicată la începutul vieţii şi intermediară între alită şi belite mai târziu în viaţă.
Remarcabilul chimist A. R. Shulyachenko este considerat părintele industriei ruse de ciment. Cuptorul cu arbore Antonov a fost utilizat pe scară largă pentru arderea și producția de clincher. Yu. M. Butt, S. M. Royak, I. F. Ponomarev , N. A. Toropov și alții au lucrat mult pe problemele tehnologiei cimentului și întărirea lianților hidraulici.
În funcție de prezența mineralului principal, cimenturile sunt subdivizate [1] :
Este cunoscut și biocimentul , care diferă de cimentul obișnuit prin faptul că este produs folosind biotehnologie .
În marea majoritate a cazurilor, cimentul se referă la cimentul Portland și cimenturile pe bază de clincher de ciment Portland. La sfârșitul secolului al XX-lea, numărul soiurilor de ciment era de aproximativ 30 [1] .
În ceea ce privește rezistența, cimentul este împărțit în grade, care sunt determinate în principal de rezistența la compresiune a jumătăților de probe de prismă de 40 × 40 × 160 mm, realizate dintr-o soluție 1: 3 de ciment cu nisip de cuarț. Gradele sunt exprimate în numere M200 - M600 (de obicei în trepte de 100 sau 50) indicând rezistența la compresiune, respectiv, de 100-600 kg/cm² (10-60 MPa). Cimentul cu gradul 600 este numit „militar” sau „fortificație” datorită rezistenței sale și costă mult mai mult decât gradul 500. Este utilizat pentru construcția de instalații militare, cum ar fi buncăre, silozuri de rachete și așa mai departe.
În prezent, cimentul este împărțit în clase de rezistență. Principala diferență dintre clase și note este că puterea nu este derivată ca medie, ci necesită cel puțin 95% securitate (adică 95 de eșantioane din 100 trebuie să corespundă clasei declarate). Clasa este exprimată în numere 30-60, care indică rezistența la compresiune (în MPa).
Cimentul se obține prin măcinarea fină a clincherului și a gipsului . Clinkerul este un produs de ardere uniformă până la sinterizarea unui amestec brut omogen format din calcar și argilă de o anumită compoziție, asigurând predominanța silicaților de calciu.
La măcinarea clincherului se introduc aditivi: gips CaSO 4 2H 2 O pentru controlul timpului de priză, până la 15% aditivi minerali activi (cenușuri de pirit, praf de ardere, bauxite, nisipuri) pentru îmbunătățirea unor proprietăți și reducerea costului cimentului.
Prăjirea amestecului brut se efectuează la o temperatură de +1450 ... +1480 ° C timp de 2-4 ore în cuptoare rotative lungi (3,6 × 127 m, 4 × 150 m și 4,5 × 170 m) cu schimbătoare de căldură interne , pentru a simplifica sinteza mineralelor esențiale din clincher de ciment. În materialul ars au loc procese fizice și chimice complexe. Cuptorul rotativ poate fi împărțit condiționat în zone:
În 2010, producția mondială de ciment a ajuns la 3,325 miliarde de tone. Primii trei producători sunt China (1,8 miliarde de tone), India (220 de milioane de tone) și Statele Unite (63,5 milioane de tone). Potrivit lui Rosstat, producția de ciment Portland, ciment aluminos, ciment de zgură și cimenturi hidraulice similare în Rusia s-a ridicat în 2012 la 61,5 milioane de tone.
Cei mai mari producători de ciment din lume pentru 2011 [2] :
Primii zece producători de ciment din Rusia în 2013 (volum în milioane de tone / cotă de piață în%) [4] :
Capacitatea de proiectare a centralelor pe baza rezultatelor anului 2014 (milioane tone pe an):
În decembrie 2014, întreprinderile Mordovcement au intrat sub controlul Eurocement Group [5] .
În 2019 [6] , cifra de afaceri globală a cimentului a fost estimată la 12,1 miliarde USD.Cei mai mari exportatori au fost: Vietnam (1,39 miliarde USD), Turcia (993 milioane USD), Thailanda (704 milioane USD), Germania (558 milioane USD) și Canada (534 milioane USD) . Cei mai mari importatori sunt SUA (1,27 miliarde dolari), China (918 milioane dolari), Bangladesh (641 milioane dolari), Filipine (512 milioane dolari), Franța (480 milioane dolari). Cota Rusiei în exporturile mondiale de ciment a fost de 0,55% (aprox. 67 milioane USD), în import - 0,67% (aproximativ 82 milioane USD).
| Materiale de construcție | |
|---|---|
| Structural | |
| Acoperișuri | |
| Finisare | |
| Substituenți | |
| Astringente | |