Цемент

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: Цемент (значення).

Цеме́нт (нім. Zement, від лат. caementum — «щебінь, битий камінь») чи джмур^[1] — загальна назва мінеральних в'яжучих порошкоподібних матеріалів, які після затворення їх водою, з рідкого або тістоподібного стану переходять у твердий каменеподібний стан при звичайній температурі і використовується для зв'язування з іншими матеріалами.

Загальна характеристика[ред. | ред. код]

Цемент — мінеральна порошкоподібна речовина, будівельний матеріал, узагальнена назва штучних неорганічних в'яжучих речовин, переважно гідравлічних. Тонкоподрібнений порошок, який при змішуванні з водою або водними розчинами спершу тужавіє, а потім твердне, утворюючи разом з наповнювачами бетон. При цьому відбувається гідроліз алюмінату кальцію до гідроксиду кальцію та гідроксиду алюмінію, що реагуючи з силікатами кальцію, утворюють кристалічні алюмосилікати кальцію. Цемент одержують шляхом випалювання при високих температурах (900—1500^оС) різноманітної сировини — ґіпсу, вапняку, глини, металургійного і паливного шлаків, золи, шламів.

До цементів відноситься велика група гідравлічних речовин, головною складовою частиною яких є силікати кальцію і алюмінати кальцію, які утворюються в результаті випалу до спікання сировинної суміші належного складу. До цементів належать: портландцемент, пуцоланові цементи, романцемент, шлакові цементи і ін.

Один з основних будівельних матеріалів, в'яжучий засіб при виготовленні бетону.

Виробництво[ред. | ред. код]

У виробництві цементу використовуються переважно легкоплавкі глини, аргіліти і глинисті сланці, що складають частину цементної шихти. Другою основною її складовою є карбонатні породи.

Сировиною для виробництва цементу служать вапняк і глина, які змішують у певному співвідношенні (75—80 % вапняку і 20— 25 % глини). Цій суміші близький за складом природний мергель (вапняно-глиниста порода). Цемент можна отримати трьома способами: мокрим, сухим та комбінованим. У випадку з мокрим способом, всі види сировини, після їх подрібнення дробленням, змішують, після цього піддають розмелюванню у водному середовищі в спеціальних кульових млинах. Отриманий шлам (густа суспензія), яка містить 35-40 % води, поступає у великі басейни, де старанно перемішується. Випалювання цементної суміші проводиться в обертовій печі у вигляді барабана з листової сталі довжиною до 185 метрів, діаметром до 5 метрів. Всередині барабан викладений вогнетривким матеріалом. Шлам безперервно подається в піч. Противотоком рухаються розжарені гази, які утворюються при згорянні палива. Завдяки нахилу і повільному обертанні печі вихідна суміш переміщується на зустріч полум'ю. При випалі висхідної суміші карбонат кальцію розкладається на оксид кальцію і вуглекислий газ. Проходить і процес розкладу глини. Оксид кальцію при температурі 1500 °C вступає у взаємодію із складовими частинами глини з утворенням силікатів, алюмосилікатів, алюмінатів кальцію і ін. продуктів. Продукт випалу — клінкер — після випалу дроблять, подрібнюють разом з гіпсом у спеціальних циліндричних кульових млинах наповнених сталевими кулями. Так отримують порошок, який називають цементом.

При виробництві цементу сухим способом, подрібнену сировину (мергель) випалюють до спікання при температурі близько 1450 °C. Випалювання проводять у спеціальних циліндричних печах, викладених всередині вогнетривким матеріалом. Цементні печі досягають у довжину 185 м і мають внутрішній діаметр до 5 м. Печі встановлюють дещо нахиленими. Шихту завантажують у верхній кінець печі. Піч повільно обертається, і завантажений матеріал, пересипаючись, рухається до нижнього кінця, назустріч розжареним газам — продуктам горіння палива (розпиленого вугілля або горючих газів).

При обпаленні в цементному матеріалі послідовно відбуваються такі головні хімічні перетворення. При 100—120°С випаровується волога. При 500 °C вигоряють органічні домішки. При 800—1000°С розкладається вапняк:

CaCO₃ = CaO + CO₂ ↑

При 1000—1300°С оксид кальцію взаємодіє з діоксидом силіцію SiO₂ і Al₂O₃ з глини з утворенням силікатів і алюмінатів кальцію:

3CaO + SiO₂ = 3CaO • SiO₂ (Ca₃SiO₅)
2CaO + SiO₂ = 2CaO • SiO₂ (Ca₂SiO₄)
3CaO + Al₂O₃ = 3CaO • Al2O₃ (Ca₃(AlO₃)₂)

При 1300—1450°С відбувається спікання утворених силікатів і алюмінатів кальцію.

Шматки спеклої цементної маси, яку називають клінкером, вивантажують з нижнього кінця печі і після охолодження розмелюють, внаслідок чого утворюється сіро-зелений порошок, який і називають цементом.

Склад цементу виражають звичайно процентним вмістом CaO, SiO₂, Al₂O₃ і Fe₂O₃. До складу цементу як домішки входять і інші речовини. Звичайний, або так званий силікатний, цемент містить: CaO (60—67 %); SiO₂ (17—25 %); Al₂O₃ (3—8 %); Fe₂O₃ (0,3-6 %).

Типи та марки цементу[ред. | ред. код]

Приклад позначення: ПЦ II/А-Ш-400 , де

ПЦ портландцемент
II тип
А підтип з відсотковим складом добавок 6-20 %
Ш добавка шлак
400 міцність кг/см²

За типом[ред. | ред. код]

І — Портландцемент (ПЦ I)

II — Портландцемент з добавками (ПЦ II / А-Ш, ПЦ II / Б-Ш, ПЦ II-П, ПЦ II-З, ПЦ II-В, ПЦІІ / А-К, ПЦІІ / Б-К)
мінеральні добавки (Ш- шлак, П — пуцолан, З — зола виносу, В — вапняк, К — композиція мінеральних добавок)

Підтип А — відсотковий склад добавок від 6 % до 20 %,
Підтип В — процентний склад добавок від 21 % до 35 %

III — Шлакопортландцемент (ШПЦ III / А, ШПЦ III / Б)

Підтип А — процентний склад клінкеру від 35 % до 64 %,
Підтип В — процентний склад клінкеру від 20 % до 34 %

IV — Сульфатостійкий цемент (ПЦЦ IV / А, ПЦЦ IV / Б)

Підтип А — відсотковий склад добавок від 21 % до 35 %,
Підтип В — процентний склад добавок від 36 % до 55 %

V — Композиційній цемент (КЦ V / А, КЦ V / Б)

Підтип А — процентний склад клінкеру від 40 % до 64 %,
Підтип В — процентний склад клінкеру від 20 % до 39 %

Застосування[ред. | ред. код]

Ручне приготування пісково-цементної суміші. Знизу — пісок, зверху — цемент.

Цемент звичайно використовують у суміші з піском. На одну частину маси цементу беруть 3—5 частин піску. З такої суміші разом з водою виготовляють напіврідку тістоподібну масу, яку називають цементним розчином. Цементний розчин через деякий час тужавіє, а потім твердне в каменеподібну речовину. Твердіння цементного розчину при звичайній температурі продовжується майже місяць. Обумовлюється це явище складними хімічними реакціями, головніші з яких можна зобразити такими рівняннями:

Ca₃SiO₅ + 5H₂O = Ca₂SiO₄ • 4H₂O + Ca(OH)₂
Ca₂SiO₄ + 4H₂O = Ca₂SiO₄ • 4Н₂О
Ca₃(AlO₃)₂ + 6H₂O = Ca₃(AlO₃)₂ • 6Н₂О

Таким чином проходить процес так званого затворення цементу водою з утворенням штучного каменеподібного матеріалу — цементного каменю.

Змішування цементного розчину з гравієм і щебенем дає бетон. Якщо бетоном наповнити залізний каркас (залізні стержні, дріт тощо), то тоді його називають залізобетоном. Цемент (бетон) дуже міцно зв'язується з залізом і має однаковий з ним коефіцієнт теплового розширення, при цьому бетон має високий опір до стиснення, а металоконструкція — до розтягу. Бетон і залізобетон мають дуже високу твердість і механічну міцність. їх широко використовують при будівництві гідроелектростанцій, мостів, каналів, заводських корпусів і в житловому будівництві.

Історія виготовлення і застосування[ред. | ред. код]

Див. також Давньоримський цемент

Технології виготовлення цементу були відомі у стародавньому Єгипті і Римі. Окремі дослідники вважають, що єгипетські піраміди могли бути побудовані з бетонних блоків, на основі гіпотези, що серед кам'яних брил пірамід було знайдено волосину. До складу цементу у римлян входило вапно та магматичні гірські породи. ^[2]

Цікаві факти[ред. | ред. код]

У Стародавній Індії для скріплення каменів при будівлях каменярі використовували вапно, розмішане соком цукрової тростини, що і надавало вікову міцність старовинним баштам і храмам^[3].

Вітрувій та Пліній Старший вважали, що найкращий цемент виготовляли із попелу, взятого з регіону Неаполітанської затоки, особливо з ділянок поблизу одного з приморських міст, сучасного Поццуолі. Такий вулканічний попіл має спеціальну назву — пуцолан.^[2]

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

↑ Якою б зараз була українська мова, якби вона не зазнала політики лінгвоциду від СРСР.
↑ ^а ^б Давньоримський цемент. Архів оригіналу за 12 липня 2015. Процитовано 11 липня 2015.
↑ Верзилин Николай Михайлович // «По следам Робинзона», «Сады и парки мира» — Ленинград, 1964, — 574 с. Формат 84Х108 1/16 Уч.-изд. л. 39,98 + 16 вклеек = 43,39 Тираж 50 000 екз.

Джерела[ред. | ред. код]

Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Цемент

Taylor, Harry F. W. Cement Chemistry. – Thomas Telford Publishing; 2nd edition, 1997, 480 p.
Ф. А. Деркач. Хімія. — Л., 1968.
Energetically Modified Cement [Архівовано 9 січня 2014 у Wayback Machine.]
Будівельне матеріалознавство / За ред. П.В.Кривенко. — К. : Ліра-К, 2012. — 624 с. — ISBN 978-966-2609-04-2.
Цемент для розчинів і бетонів в аграрному будівництві: [монографія] / В. В. Снітинський, І. І. Ніконець, Р. А. Шмиг. — Л. : Укр. бестселер, 2013. — 125 с. : іл. — Бібліогр.: с. 122—124 (30 назв). — ISBN 978-966-2384-18-5

Посилання[ред. | ред. код]

Цемент // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 207. — ISBN 978-966-7407-83-4.
Цемент // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.

Це незавершена стаття з технології.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.

[1] Якою б зараз була українська мова, якби вона не зазнала політики лінгвоциду від СРСР.

[:0-2] а ^б Давньоримський цемент. Архів оригіналу за 12 липня 2015. Процитовано 11 липня 2015.

[Верзилин_Николай_Михайлович-3] Верзилин Николай Михайлович // «По следам Робинзона», «Сады и парки мира» — Ленинград, 1964, — 574 с. Формат 84Х108 1/16 Уч.-изд. л. 39,98 + 16 вклеек = 43,39 Тираж 50 000 екз.

[1]

[2]

[3]