Портландцемент (Hkjmlgu;eybyum)

Перейти к навигации Перейти к поиску
Портландцемент
Изображение
Портландцемент в мешках на палете
Названо в честь Портленд
Грозящая опасность portland cement exposure[вд]
Сделано из кальций[1], кремний[1], алюминий[1], железо[1], гипс[1] и известь[1]
Дата открытия (изобретения) 1845
Давление пара 0 ± 1 мм рт.ст.[2]
Код PGCH 0521
Временное среднее значение предела допустимого воздействия 5 ± 1 mg/m³[2] и 10 ± 1 mg/m³[2]
IDLH 5000 ± 1000 mg/m³[2]
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Портландцемент (англ. Portland cement) — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путём совместного помола цементного клинкера, гипса и добавок, в составе которого преобладают силикаты кальция (70—80 %). Это вид цемента, наиболее широко применяемый во всех странах.

Впервые получен англичанином Джозефом Аспдином[англ.] в 1824 году; 21 октября 1824 года он запатентовал портлендский цемент.

Название получил по имени острова Портленд в Англии, так как получаемый с его добавками искусственный камень (бетон) по цвету похож на добываемый там природный камень.

Основой портландцемента является силикат (алит и белит).

Процесс производства

[править | править код]

Портландцемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3СаО⋅SiO2 и 2СаО⋅SiO2, 70—80 %).

Самые распространённые методы производства портландцемента — так называемые «сухой» и «мокрый». Всё зависит от того, каким способом смешивается сырьевая смесь — в виде водных растворов или в виде сухих смесей.

При измельчении клинкера вводят добавки: 1,5—3,5 % гипса СaSO4⋅2H2O (в перерасчёте на ангидрид серной кислоты SO3) для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок — для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Сырьём для производства портландцемента служат смеси, состоящие из 75—78 % известняка (мела, ракушечника, известнякового туфа, мрамора) и 22—25 % глин (глинистых сланцев, суглинков) либо известняковые мергели, использование которых упрощает технологию. Для получения требуемого химического состава сырья используют корректирующие добавки: пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы.

При мокром способе производства уменьшается расход электроэнергии на измельчение сырьевых материалов, облегчается транспортирование и перемешивание сырьевой смеси, выше гомогенность шлама и качество цемента, однако расход топлива на обжиг и сушку на 30—40 % больше чем при сухом способе.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1470 °C в течение 2—4 часов в длинных вращающихся печах (3,6×127 м, 4×150 м и 4,5×170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь мокрого способа условно можно поделить на зоны:

  • Сушки (температура материала 100—200 °C — здесь происходит частичное испарение воды).
  • Подогрева (200—650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации 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.
  • Декарбонизации (900—1200 °C). В этой зоне 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 твердофазового 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.
  • Экзотермических реакций (1200—1350 °C). В этой зоне завершается процесс твердофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С3А, С4АF (F — Fe2O3) и C2S (S — SiO2) — 3 из 4 основных минералов клинкера.
  • Спекания (1300 → 1470 → 1300 °C). В этой зоне происходит частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который, взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО, образует минерал алит (С3S).
  • Охлаждения (1300—1000 °C). Здесь температура медленно понижается. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Узнать данный вид цемента можно по внешнему виду — это зеленовато-серый порошок. Как и все цементы, если к нему добавить воду, он при высыхании принимает камнеобразное состояние и не имеет существенных отличий по своему составу и физико-химическим свойствам от обычного цемента.

ПДК в воздухе (согласно ГОСТ 12.1.005-88): 6 мг/м3

Существуют следующие виды портландцемента:

  • быстротвердеющий,
  • нормальнотвердеющий,
  • пластифицированный,
  • гидрофобный,
  • сульфатостойкий,
  • дорожный,
  • белый и цветной,
  • с умеренной экзотермией,
  • с поверхностно-активными органическими добавками.

Сульфатостойкий портландцемент проявляет повышенную стойкость к сульфатной агрессии во время процессов попеременного замораживания и разморозки либо увлажнения-высыхания, отчего и имеет такое своё название. Может иметь марки прочности от 400 до 600. Его широко применяют при возведении мостовых опор и свай. А также он необходим в строительстве всевозможных гидротехнических сооружений.

Пластифицированный и гидрофобный портландцемент тоже дают возможности для самого широкого применения. Первый тип, благодаря добавлению пластификатора, очень удобен в применении, например, для приготовления кладочного раствора. Имеет марки прочности от 300 до 700. Гидрофобный включает в свой состав одноименную добавку, что увеличивает сроки его хранения и облегчает задачу транспортировки на дальние расстояния. Может использоваться как дорожный портландцемент. Обязательное условие для всех цементов, применяемых в дорожном строительстве — долгое время схватывания в растворе, чтобы была возможность привозить на объект уже готовую смесь. Также в данных целях возможно использовать шлакопортландцемент. Однако последний не отличается хорошей морозостойкостью, и, следовательно, имеет весьма ограниченную географическую зону применения.

Гидрофобный цемент может быть закуплен для строительства дорожных объектов в готовом виде, либо, если соответствующие компоненты в составе используемого цемента отсутствуют, их необходимо добавлять впоследствии при изготовлении раствора. Это касается гидрофобных составляющих, пластификаторов и смешанных добавок (гидрофобно-пластифицирующих). Не следует употреблять активные минеральные компоненты из-за опасности снижения морозостойкости.

Быстротвердеющий портландцемент и особо быстротвердеющий портландцемент становятся таковыми за счет включения в их состав большого количества трехкальциевого силиката и алюмината (виды клинкера). Поэтому данный тип цемента обладает способностью твердеть в самые короткие сроки без ущерба для его качества. По истечении первых трех суток скорость затвердевания снижается и постепенно становится обычной.

Портландцемент с умеренной экзотермией содержит добавки, отвечающие за уменьшение теплоты гидратации (реакции при соединении вяжущего компонента с водой). Такими свойствами обладает состав с минимальным содержанием алита и алюмината и увеличенным количеством белита и четырехкальциевого алюмо-феррита. Этот продукт незаменим при строительстве массивных конструкций и в жаркую пору года.

Магнезиальный цемент изготавливается с применением доломита или магнезита, обладающего известными огнеупорными свойствами. Цемент отличается повышенной прочностью, хорошим свойством сцепления с любой поверхностью, пониженной теплопроводностью и, как уже было сказано, отличной огнестойкостью. Поэтому применяется для теплоизоляционных перегородок, огнеупорных конструкций, внутренней отделки и т. д.

Тампонажный цемент пятисотой марки производится только по спецзаказу, хотя его себестоимость гораздо ниже, нежели у обычного портландцемента — за счет включения в состав гипса. Тампонажная разновидность цемента используется для консервации скважин газового или нефтяного месторождений для защиты от грунтовых вод. В последнее время вместо нее стали применяться полимерные и иные тампонирующие материалы.

Белый портландцемент отличается своим цветом, что достигается за счет использования особого клинкера (обычный портландцемент имеет серо-зеленый темный оттенок). Может применяться в любой сфере строительства. Также предназначается для создания цветных видов цемента (с помощью добавления красящих компонентов).

Объём производства

[править | править код]

По данным ROIF Expert, в 2019 году в России было произведено 57,3 млн тонн портландцемента. По сравнению с 2018 годом продажи портландцемента в России выросли на 29,7 млрд рублей[3]. Основной объём потребляемой в России продукции производится внутри страны. Доля импорта в потреблении в последние годы колеблется в районе 2,5—3,5 %[4].

Применение портландцемента

[править | править код]

Важнейшее применение — для изготовления бетона, железобетона и железобетонных изделий, строительных растворов. Основным направлением использования портландцемента является жилищное (в особенности монолитное) и индустриальное строительство.

Также применяется на ряде этапов дорожного строительства.

Еще одна из областей применения — отверждение жидких радиоактивных отходов[5], ряде случаев после модификации добавками[6]

Примечания

[править | править код]
  1. 1 2 3 4 5 6 https://binamarga.pu.go.id/bintekjatan/repositori/system/files/1%20SemenPortlandBKT%20%281%29.pdf — С. 1.
  2. 1 2 3 4 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0521.html
  3. Рынок портландцемента в России 2020: Коронавирусные ограничения привели к потере пятой части выпуска. Маркетинговое Агентство ROIF EXPERT. Дата обращения: 30 июня 2020. Архивировано 30 июня 2020 года.
  4. Рынок портландцемента в России: исследование и прогноз до 2024 г. Выпуск: июнь, 2020 г. Маркетинговое Агентство ROIF EXPERT. Дата обращения: 30 июня 2020. Архивировано 30 июня 2020 года.
  5. D. A. Kamorny, A. V. Safonov, K. A. Boldyrev, E. S. Abramova, E. A. Tyupina, O. A. Gorbunova. Modification of the Cement Matrix with Organic Additives for Stabilizing Pertechnetate Ions // Journal of Nuclear Materials. — 2021-12-15. — Т. 557. — С. 153295. — ISSN 0022-3115. — doi:10.1016/j.jnucmat.2021.153295.
  6. Elena Abramova, Mikhail Volkov, Anton Novikov, Mikhail Grigoriev, Konstantin German, Alexey Safonov. Modification of Portland cement matrix with diethyldithiocarbamate for technetium immobilization // Progress in Nuclear Energy. — 2025-01-01. — Т. 178. — С. 105508. — ISSN 0149-1970. — doi:10.1016/j.pnucene.2024.105508.