Cement ( latin caementum - "krossad sten, bruten sten") är ett konstgjort oorganiskt hydrauliskt bindemedel . Ett av de viktigaste byggmaterialen . När den interagerar med vatten , vattenlösningar av salter och andra vätskor, bildar den en plastisk massa, som sedan hårdnar och förvandlas till en stenliknande kropp. Används främst för tillverkning av betong och murbruk . Cement är ett hydrauliskt bindemedel och har förmågan att få styrka i våta förhållanden, vilket skiljer sig fundamentalt från vissa andra mineralbindemedel - ( luftkalk), som bara härdar i luft.
Cementkvalitet - ett villkorligt värde, vilket innebär att tryckhållfastheten inte kommer att vara lägre än den angivna kvaliteten (200, 300, 400, 500, 600)
Murbrukscement är ett lågklinkerkompositcement avsett för mur- och putsbruk . Tillverkad genom gemensam slipning av portlandcementklinker, aktiva mineraltillsatser och fyllmedel
Romarna blandade in vissa material i kalk för att ge det hydrauliska egenskaper. Dessa var:
Trots skillnaderna innehåller alla dessa material oxider i sin sammansättning : kiseldioxid SiO 2 ( kvarts eller kiselsyra), aluminiumoxid Al 2 O 3 ( aluminiumoxid ), järnoxid Fe 2 O 3 - och orsakar att kalk interagerar med dem ; i detta fall tillsätts vatten ( hydratisering ) med bildning av föreningar med kiseldioxid i första hand. Som ett resultat kristalliserar olösliga kalciumhydrosilikater . Under medeltiden upptäcktes det av misstag att produkterna från eldning av lerförorenade kalkstenar inte var sämre än romerska puzzolanblandningar när det gäller vattenbeständighet och till och med överträffade dem.
Detta följdes av ett sekel av intensiva experiment. Samtidigt ägnades den största uppmärksamheten åt utvecklingen av speciella avlagringar av kalksten och lera, till det optimala förhållandet mellan dessa komponenter och tillägget av nya. Först efter 1844 kom de till slutsatsen att, förutom det exakta förhållandet mellan komponenterna i råblandningen, en hög bränningstemperatur (ca +1450 ° C, 1700 K) först och främst var nödvändig för att uppnå en stark bindning mellan kalk och oxider. Dessa tre oxider bestämmer efter sintring med kalk de hydrauliska egenskaperna; de kallas oxider som bestämmer hydrauliciteten (hydraulicitetsfaktorer).
Portlandcement erhålls genom att värma upp kalksten och lera eller andra material med liknande bruttosammansättning och tillräcklig aktivitet till en temperatur på +1450 ... +1480 °C. Partiell smältning sker och klinkergranulat bildas . För att få fram cement mals klinker tillsammans med ca 5 % gipssten. Gipssten styr inställningshastigheten; det kan delvis ersättas av andra former av kalciumsulfat. Vissa specifikationer tillåter tillsats av andra material vid slipning. En typisk klinker har en ungefärlig sammansättning av 67 % CaO, 22 % SiO 2 , 5 % Al 2 O 3 , 3 % Fe 2 O 3 , 3 % andra komponenter och innehåller vanligtvis fyra huvudfaser som kallas alite , belit , aluminatfas och alumino -ferritfas . I klinker finns vanligtvis flera andra faser i små mängder, såsom alkalisulfater och kalciumoxid.
Alite är den viktigaste beståndsdelen av alla konventionella cementklinker; dess innehåll är 50-70%. Detta är ett trikalciumsilikat, Ca 3 SiO 5 , vars sammansättning och struktur modifieras genom placering av främmande joner i gittret, särskilt Mg 2+ , Al 3+ och Fe 3+ . Alite reagerar relativt snabbt med vatten och spelar i normala cement av alla faser den viktigaste rollen i utvecklingen av styrka; för 28-dagarsstyrkan är bidraget från denna fas särskilt viktigt.
Innehållet av belit för normala cementklinker är 15-30%. Det är ett Ca 2 SiO 4 -dikalciumsilikat modifierat genom införande av främmande joner i strukturen och är vanligtvis helt eller mest närvarande i form av β-modifiering. Belite reagerar långsamt med vatten och har därför liten effekt på styrkan under de första 28 dagarna, men ökar styrkan avsevärt i senare perioder. Efter ett år är styrkorna hos ren alite och ren belit under jämförbara förhållanden ungefär densamma.
Halten av aluminatfasen är 5-10 % för de flesta vanliga cementklinker. Detta är trikalciumaluminat förkortat 3СaAS (sammansättning - 3CaO*Al 2 O 3 *SiO 2 ), signifikant förändrad i sammansättning, och ibland i struktur, på grund av främmande joner, särskilt Si 4+ , Fe 3+ , Na + och K + . Aluminatfasen reagerar snabbt med vatten och kan orsaka en oönskat snabb härdning om inte ett härdningskontrollerande medel, typiskt gips, tillsätts.
Ferritfasen är 5-15 % av konventionell cementklinker. Detta är tetrakalciumaluminoferrit, förkortning. 4СaAFS (4CaO*Al 2 O 3 *Fe 2 O 3 *SiO 2 ), vars sammansättning förändras signifikant med en förändring av Al/Fe-förhållandet och placering av främmande joner i strukturen. Hastigheten med vilken den ferritiska fasen reagerar med vatten kan variera något beroende på skillnader i sammansättning eller andra egenskaper, men är i allmänhet hög tidigt och mellanliggande mellan alite och belit senare i livet.
Den enastående kemisten A. R. Shulyachenko anses vara den ryska cementindustrins fader. Antonovs schaktugn har använts flitigt för bränning och klinkertillverkning. Yu. M. Butt, S. M. Royak, I. F. Ponomarev , N. A. Toropov och andra har gjort mycket arbete med frågorna om cementteknik och härdning av hydrauliska bindemedel.
Beroende på närvaron av huvudmineralet delas cement upp [1] :
Biocement är också känt som skiljer sig från vanlig cement genom att det framställs med bioteknik .
I de allra flesta fall avser cement portlandcement och cement baserade på portlandcementklinker. I slutet av 1900-talet var antalet cementsorter cirka 30 [1] .
När det gäller hållfasthet är cement indelat i kvaliteter, som huvudsakligen bestäms av tryckhållfastheten hos halvor av prismaprover 40 × 40 × 160 mm i storlek, gjorda av en 1: 3-lösning av cement med kvartssand. Betygen uttrycks i siffrorna M200 - M600 (vanligtvis i steg om 100 eller 50) vilket anger en tryckhållfasthet på 100-600 kg/cm² (10-60 MPa). Cement med grad 600 kallas "militär" eller "fortifikation" på grund av sin styrka och kostar betydligt mer än grad 500. Den används för att bygga militära anläggningar, såsom bunkrar, missilsilos, och så vidare.
För närvarande är cement indelat i hållfasthetsklasser. Den största skillnaden mellan klasser och betyg är att styrkan inte härleds som ett genomsnitt, utan kräver minst 95 % säkerhet (det vill säga 95 prover av 100 måste motsvara den deklarerade klassen). Klassen uttrycks i siffrorna 30-60, som anger tryckhållfastheten (i MPa).
Cement erhålls genom finmalning av klinker och gips . Klinker är en produkt av enhetlig bränning till sintring av en homogen råblandning bestående av kalksten och lera av en viss sammansättning, vilket säkerställer dominansen av kalciumsilikater.
Vid malning av klinker tillsätts tillsatser: CaSO 4 2H 2 O-gips för att styra härdningstiden, upp till 15 % aktiva mineraltillsatser (pyritcinder, rökgasdamm, bauxiter, sand) för att förbättra vissa egenskaper och minska kostnaden för cement.
Rostning av råblandningen utförs vid en temperatur av +1450 ... +1480 ° C i 2-4 timmar i långa roterande ugnar (3,6 × 127 m, 4 × 150 m och 4,5 × 170 m) med interna värmeväxlare , för att förenkla syntesen av essentiella mineraler i cementklinker. Komplexa fysikaliska och kemiska processer äger rum i det brända materialet. Roterugnen kan villkorligt delas in i zoner:
År 2010 nådde världens cementproduktion 3,325 miljarder ton. De tre främsta tillverkarna är Kina (1,8 miljarder ton), Indien (220 miljoner ton) och USA (63,5 miljoner ton). Enligt Rosstat uppgick produktionen av Portlandcement, aluminiumcement, slaggcement och liknande hydrauliska cement i Ryssland 2012 till 61,5 miljoner ton.
De största cementproducenterna i världen för 2011 [2] :
Topp tio cementproducenter i Ryssland 2013 (volym i miljoner ton / marknadsandel i%) [4] :
Konstruktionskapaciteten för anläggningarna baserat på resultaten från 2014 (miljoner ton per år):
I december 2014 kom Mordovcement-företagen under kontroll av Eurocement Group [5] .
2019 [6] uppskattades den globala cementomsättningen till 12,1 miljarder USD. De största exportörerna var: Vietnam (1,39 miljarder USD), Turkiet (993 miljoner USD), Thailand (704 miljoner USD), Tyskland (558 miljoner USD) och Kanada (534 miljoner USD) . De största importörerna är USA (1,27 miljarder dollar), Kina (918 miljoner dollar), Bangladesh (641 miljoner dollar), Filippinerna (512 miljoner dollar), Frankrike (480 miljoner dollar). Rysslands andel av världens cementexport var 0,55% (ca 67 miljoner dollar), i importen - 0,67% (ca 82 miljoner dollar).
| Byggmaterial | |
|---|---|
| Strukturell | |
| Takläggning | |
| Efterbehandling | |
| Platshållare | |
| Sammandragande | |