Основные минералы цементного клинкера

Цемент (лат. caementum — «щебень, битый камень») — искусственное неорганическое вяжущее вещество. Один из основных строительных материалов. При взаимодействии с водой, водными растворами солей и другими жидкостями образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов. Цемент является гидравлическим вяжущим и обладает способностью набирать прочность во влажных условиях, чем принципиально отличается от некоторых других минеральных вяжущих — (гипса, воздушной извести), которые твердеют только на воздухе.

Цемент для строительных растворов — малоклинкерный композиционный цемент, предназначенный для кладочных и штукатурных растворов. Изготавливают совместным помолом портландцементного клинкера, активных минеральных добавок и наполнителей.

Исторические сведения о цементе

Римляне подмешивали к извести определённые материалы для придания ей гидравлических свойств. Это были:

• пуццоланы (отложения вулканического пепла Везувия);
• дроблёные или измельчённые кирпичи;
• трасс, который они нашли в районе г. Эйфеля (затвердевшие отложения вулканического пепла).

Несмотря на различия, все эти материалы содержат в своем составе оксиды: диоксид кремния SiO2 (кварц или кремнекислота), оксид алюминия Al2O3 (глинозём), оксид железа Fe2O3 — и вызывают взаимодействие с ними извести; при этом происходит присоединение воды (гидратация) с образованием в первую очередь соединений с кремнезёмом. В результате кристаллизуются нерастворимые гидросиликаты кальция. В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига загрязнённых глиной известняков по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их.

После этого начался вековой период усиленного экспериментирования. При этом основное внимание было обращено на разработку специальных месторождений известняка и глины, на оптимальное соотношение этих компонентов и добавку новых. Только после 1844 года пришли к выводу, что, помимо точного соотношения компонентов сырьевой смеси, прежде всего необходима высокая температура обжига (порядка +1450 °С, 1700 K) для достижения прочного соединения извести с оксидами. Эти три оксида после спекания с известью определяют гидравлические свойства, и их называют оксидами, обусловливающими гидравличность (факторами гидравличности).

Портландцемент получается при нагревании известняка и глины или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры +1450…+1480 °С. Происходит частичное плавление, и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента клинкер размалывают совместно примерно с 5 процентами гипсового камня. Гипсовый камень управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67 % СаО, 22 % SiO2, 5 % Al2О3, 3 % Fe2O3 и 3 % других компонентов и обычно содержит четыре главные фазы, называемые алит, белит, алюминатная фаза и алюмоферритная фаза. В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз, таких как щелочные сульфаты и оксид кальция.

Алит является наиболее важной составляющей всех обычных цементных клинкеров; содержание его составляет 50—70 %. Это трёхкальциевый силикат, Са3SiO5, состав и структура которого модифицированы за счёт размещения в решетке инородных ионов, особенно Mg2+, Al3+ и Fe3+. Алит относительно быстро реагирует с водой и в нормальных цементах из всех фаз играет наиболее важную роль в развитии прочности; для 28-суточной прочности вклад этой фазы особенно важен.

Содержание белита для нормальных цементных клинкеров составляет 15—30 %. Это двукальциевый силикат Ca2SiO4, модифицированный введением в структуру инородных ионов и обычно полностью или большей частью присутствующий в виде β-модификации. Белит медленно реагирует с водой, таким образом слабо влияя на прочность в течение первых 28 суток, но существенно увеличивает прочность в более поздние сроки. Через год прочности чистого алита и чистого белита в сравнимых условиях примерно одинаковы.

Содержание алюминатной фазы составляет 5—10 % для большинства нормальных цементных клинкеров. Это трехкальциевый алюминат сокращенно обозначаемый 3СaAS (состав — 3CaO*Al2O3*SiO2), существенно изменённый по составу, а иногда и по структуре, за счёт инородных ионов, особенно Si4+, Fe3+, Na+ и К+. Алюминатная фаза быстро реагирует с водой и может вызвать нежелательно быстрое схватывание, если не добавлен контролирующий схватывание агент, обычно гипс.

Ферритная фаза составляет 5—15 % обычного цементного клинкера. Это — четырёхкальциевый алюмоферрит, сокр. 4СaAFS (4CaO*Al2O3*Fe2O3*SiO2), состав которого значительно меняется при изменении отношения Al/Fe и размещении в структуре инородных ионов. Скорость, с которой ферритная фаза реагирует с водой, может несколько варьировать из-за различий в составе или других характеристиках, но, как правило, она высока в начальный период и является промежуточной между скоростями для алита и белита в поздние сроки.

Выдающийся учёный химик Шуляченко Алексей Романович считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Антонова для обжига и производства клинкера. По вопросам цементной технологии и твердения гидравлических вяжущих много работ провели Ю. М. Бутт, С. М. Рояк, И. Ф. Пономарев, Н. А. Торопов и другие.

Виды цемента

По наличию основного минерала цементы подразделяются:

• романцемент — преобладание белита, в настоящее время не производится;
• портландцемент — преобладание алита, наиболее широко распространён в строительстве;
• глинозёмистый цемент — преобладание алюминатной фазы;
• магнезиальный цемент (Цемент Сореля) — на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
• смешанные цементы — цементы, получаемые путём смешения вышеприведенных цементов с воздушными вяжущими, минеральными добавками и шлаками, обладающими вяжущими свойствами.
• кислотоупорный цемент — на основе гидросиликата натрия (Na2O·mSiO2·nH2O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяется водным раствором жидкого стекла.

В подавляющем большинстве случаев под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера. В конце ХХ века количество разновидностей цемента составляло около 30.

По прочности цемент делится на марки, которые определяются главным образом пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40×40×160 мм, изготовленных из раствора цемента состава 1:3 с кварцевым песком. Марки выражаются в числах М100 — М600 (как правило с шагом 100 или 50) обозначающим прочность при сжатии соответственно в 100—600 кг/см² (10—60 МПа).

Цемент с маркой 600 благодаря своей прочности называется «военным» или «фортификационным» и сто́ит заметно больше марки 500. Применяется для строительства военных объектов, таких как бункеры, ракетные шахты и так далее.

Также по прочности в настоящее время цемент делится на классы. Основное отличие классов от марок состоит в том, что прочность выводится не как средний показатель, а требует не менее 95 % обеспеченности (то есть 95 образцов из 100 должны соответствовать заявленному классу). Класс выражается в числах 30—60, которые обозначают прочность при сжатии (в МПа).

Производство цемента

Цемент 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.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4∙2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Минералогический состав цементного клинкера

Трехкальциевый силикат (алит) является активным минералом. Быстро твердеет и набирает прочность, сопровождается значительным тепловыделением.

Двухкальциевый силикат (белит) в начальный период твердеет медленно.

Трехкальциевый алюминат — низкая стойкость против серно-кислых соединений.

Четырехкальциевый алюмоферрит твердеет медленнее алита, но быстрее белита. Прочность ниже алита.

Применение портландцемента

Приготовление растворов невысоких марок для кладочных и штукатурных работ, бетонные изделия.

Какой самый лучший раствор для клинкера?

Перед покупкой раствора, важно иметь ввиду, что есть два сорта, которые различаются по объему использования:

• Строительный раствор для клинкера для кладки кирпича — используется только для кладки клинкерного кирпича и заполнения швов. Его нельзя использовать для изготовления швов, потому что он является не очень устойчивым к воздействию воды, которая через некоторое время вымывает его;
• Универсальный клинкерный раствор — используется в двух случаях: для кладки кирпича и цементации. Все благодаря особым свойствам строительного раствора, которые получаются в процессе производства. Благодаря ним эта смесь для кладки клинкера отличается прежде всего высокой герметичностью и не боится воздействия воды. Смесь является одновременно эластичной и паропроницаемой. Следует также упомянуть тот факт, что универсальный раствор отличается значительной механической прочностью, а значит является более долговечным.

Безусловно, это далеко не все параметры, по которым различаются клинкерные растворы. Вот на что еще важно обратить внимание:

Абсорбируемость раствора

Это очень важный показатель для этих строительных смесей, поскольку он влияет не только на прочность клинкерного кирпича, но и на процесс связывания раствора. Кирпичи по этому параметру тоже могут отличаться — есть так называемые неабсорбируемые сорта (до 2% абсорбируемости) или очень абсорбируемые (даже более 15%).

Вот почему необходимо точно определить, к какому бетонному кирпичу подходит раствор, который мы выбрали. В противном случае он может не схватиться, что, конечно, приведет к потере его твердости. Раствор будет легко разрушаться, а его цвет будет неоднородным.

Температура использования

Использование раствора в неподходящих условиях определенно повлияет на его прочность. Изделия хорошего качества можно использовать в диапазоне температур от 5 до 25 градусов по Цельсию.

Класс прочности

Он помечается буквой М и назначенным ему номером. Чем оно выше, тем оно прочнее. В случае строительных заборов, фасадных стен или дымоходов, стоит выбрать раствор с классом прочности не менее М10.

Назначение

Есть три варианта на выбор — мы можем купить клинкерный раствор для внутренних, наружных или универсальных работ.

Каким должен быть клинкерный раствор для наружных работ? Прежде всего, он должен быть водо- и морозостойким. Следует также отличать устойчивость к появлению микроорганизмов на его поверхности и механическим повреждениям.

Расход материала

Для клинкерных строительных смесей этот параметр показывает какую площадь стены можно выложить клинкером, используя один мешок. Это значение дано с учетом толщины кирпича.

Добавки для измельчения клинкера

Гипс добавляется в клинкер в первую очередь в качестве добавки, предотвращающей схватывание цемента, но он также очень эффективен для облегчения шлифование клинкера, предотвращая агломерацию и покрытие порошка на поверхности шаров и мельница стена.

Органические соединения также часто добавляют в качестве вспомогательных средств измельчения, чтобы избежать агломерации порошка. Триэтаноламин (TEA) обычно используется в количестве 0,1 мас. % и оказался очень эффективным. Иногда используются другие добавки, такие как этиленгликоль, олеиновая кислота, и додецилбензолсульфонат. [3]

Относительно новый материал нередко продается по завышенной цене. При этом простота производства не исключает появление на рынке фальсифицированного товара. Текстурная поверхность нуждается в периодической уборке. Если затянуть с мероприятием, то придется прибегать к механической чистке, которая может привести к повреждению декоративного покрытия. Агрессивные моющие средства использовать не рекомендуется по той же причине. Кроме того, отмечается узкий выбор готовой продукции. Покупка материала из разной партии сопровождается отличием внешних характеристик.

Интересный факт. Изобретателям гибкого клинкера (кералина) было поручено декоративное оформление объектов, возводимых для проведения Азиатской олимпиады. В итоге в 2008 году ими был расширен ассортимент доступных материалов благодаря имитации кожи, дерева и камня.

Сегодня чаще используется гибкий клинкер, имитирующий различный кирпич (например обожженный ArtRock).

Малый вес готовой продукции позволяет использовать строительный материал для декорирования фасадов любых строений. Это могут быть жилые, административные, социальные здания. А также оформляются постройки культурного назначения: беседки, террасы, летние домики.

Внутри помещения из-за легкости и экологичности гибкий клинкер применяется для отделки потолка, стен, перегородок, коробов. Для укладки пола такой кирпич применять не рекомендуется.

Гибкость отделочного материала позволяет укрывать Основание практически любой формы. Ограничением может быть только острота углов. Возможно придется дополнительно закреплять декоративный уголок для внешнего или тонированный герметик для наружного.

Плитка облицовочная – дама эффектная, но требует должного отношения к своей внешности. Поэтому для наведения лоска консультанты VipKlinker рекомендуют использовать специальные инструменты:

• швабра с вискозной тканью – подходит ежедневного протирания плиточного пола;
• моющий пылесос;
• жесткая щетка для удаления жира и грязи;
• 2 ведра – одно для чистой воды, другое для чистящего средства.

Ухаживайте за декоративной плиткой правильно и сохраните красивый пол и стены десятилетиями.

Три тысячелетия назад декоративная плитка была привилегией избранных – греческих жрецов, восточных богачей, правителей. При раскопках в долине Тибра и Евфрата археологи до сих пор находят древние керамические мозаики – облицовку храмов и дворцов.