Состав цемента и его производство

из чего состоит и как его производят

Без этого материала невозможно представить современную строительную площадку. Цемент уже более ста лет позволяет сооружать крепчайшие конструкции, его используют для проведения ремонтных работ, с его помощью выполняют отделку помещений, но при этом мало кто задумывается, из чего делают цемент.

Итак, что такое цемент? Этот материал представляет собой порошок, в основу которого входят неорганические соединения. Взаимодействуя с водой, этот порошок начинает твердеть и приобретать прочность монолитного, крепкого материала, заполняя заранее приготовленную форму.

Реакция происходит при обеспечении достаточной влажности. После набора прочности, конструкции из цемента могут служить длительное время без изменения основных свойств. Заводы, занимающиеся производством данного материала, стараются располагать в непосредственной близости к источнику добычи сырья, так как объемы переработки и перевозки материалов для изготовления цемента достаточно высоки.

Чтобы понять, из чего состоит цемент, достаточно показать химический состав цемента, самого используемого в строительстве, — портландцемент. Его изготавливают, применяя следующие пропорции:

оксид кальция – не менее 60%;
диоксид кремния – не менее 20%;
глинозем – не менее 4%;
оксид железа – не менее 2%;
оксид магния – не менее 1%.

Формулы других видов цемента схожи, корректируется лишь количество каждого ингредиента.

Основные характеристики цемента

Строительные материалы, в том числе и цемент, чаще всего проверяют на соответствие следующим характеристикам:

Прочность. Для проверки данной характеристики потребуется изготовить бетонный цилиндр, который впоследствии подвергают испытаниям на сжатие. Длительность воздействия на образец &mdsah; не менее 28 дней. Именно этот срок требуется для полного набора прочности материалу. После проверки и сравнения показателей в МПа, можно установить марку данного цемента, которые обозначаются: М200, М300, М400, М500, М600;

Стойкость материала к воздействию коррозии. Находясь во влажной среде, бетонные конструкции, не обработанные специальными составами, подвергаются коррозии. Для устранения этого процесса рекомендуется использовать специальные добавки при формировании раствора для бетонирования. Тоже касается защиты от воздействия активных веществ и различной бытовой химии. Для работы в агрессивных средах и при повышенной влажности разработана специальная марка – пуццолановый цемент;
Морозоустойчивость. Данная характеристика определяется в циклах заморозки и разморозки материала, при которых он способен сохранять свои изначальные свойства. При замерзании влаги в порах и микротрещинах бетонного основания происходит расширение, что влияет на качество бетона и приводит к его разрушению. Для усиления структуры бетона, необходимо использовать специальные присадки, которые позволяют бетону выдерживать резкие температурные перепады. Также присадки используются для организации работы в зимнее время;
Водопотребность. Выражается в процентах по отношению к общему объему раствора требуемой пластичности. Максимальное значение водопотребности в портландцементе составляет 28%. Следует понимать, что смесь, которой требуется минимальное количество воды, дает более прочный и надежный бетон, а раствор, насыщенный водой, дает пористую структуру бетона, что характеризуется более низкой прочностью;
Срок схватывания. Данный показатель важен для организации работ. Он не должен быть слишком длительным или коротким, чтобы не нарушать процесс выполнения заливки основания или кладки. Данная характеристика регулируется количеством гипса в сухой смеси. Если объем гипса выше – схватывание происходит быстрее, если ниже – медленнее. Оптимально процесс вставания цемента происходит в течение 10 часов, а начало схватывания находится в пределах 40-50 минут.

Типы продукции по сфере использования

Для проведения различных видов работ требуются определенные качества раствора. Широкое применение получил портландцемент, который может использоваться для производства большинства видов работ. Но для специальных условий требуются другие марки:

Белый портландцемент. Данный материал отличает более тонкий помол и повышенное содержание гипса. Его применяют для оборудования наливных полов, так как белый цемент позволяет достичь высокого качества основания и привлекательного внешнего вида. При необходимости в состав цемента могут добавляться различные пигменты, что позволяет получать цветной раствор.
Сульфатостойкий портландцемент. Предназначен для сооружения конструкций, подвергающихся многократным воздействиям агрессивной и влажной среды. Этот материал используют при изготовлении свай и быков для мостов.
Шлаковый цемент. Используется для отливки конструкций и элементов, предназначенных для работы под водой или в земле.
Пуццолановый цемент. Характеризуется отличным сопротивлением к воздействию пресных вод и используется для монтажа гидротехнических конструкций.
Глиноземистый цемент. Данный материал применяется для возведения конструкций, работающих в морской воде, а также для производства ремонтных работ при отрицательных температурах.

Исходные материалы для приготовления

Размещение производства цемента стараются планировать рядом с основными запасами сырья. Сырьем являются природные горные породы, добываемые открытым способом. Итак, из чего производят цемент:

Карбонатные породы. К ним относят: мел; ракушечник и прочие известняки; доломит; мергель. В промышленном производстве в основном применяются известняковые породы. Данный материал позволяет повысить эффективность взаимодействия в процессе обжига.
Глинистые породы. К ним относят: глину; глинистые сланцы; суглинки; лесс. Данный материал необходим для обретения пластичности смеси и используется в основном при изготовлении цемента сухим способом.
Добавки. Для получения определенных качеств цементного раствора, необходимо к основному составу добавлять вещества, которые способны корректировать свойства материала. К добавкам относят: глинозем; кремнезем; плавиковый шпат; апатиты.

Добавки в цемент.

Как готовят цемент на производстве

Основными веществами, из которых производят цемент, являются известняк и глина. Из этих двух составляющих специальным образом готовят клинкер, который впоследствии смешивается с прочими добавками, определяющими качество, марку и свойства раствора. Среди обязательных добавок присутствуют: гипс, доломит, цементит.

Этапы производства цемента.

В природе имеется клинкер в чистом виде — мергель, но из-за небольших запасов этого минерала, использовать его в промышленных масштабах не получается, поэтому отечественные и зарубежные производители готовят клинкер из традиционных материалов.

Мергель.

Производство цемента разбито на следующие этапы:

Для подготовки клинкера необходимо тщательно смешать ингредиенты в специальных барабанах большой емкости.
На следующем этапе подготовленная масса поступает в печь, где происходит обжиг в течение 3-4 часов при температуре близкой к полутора тысячам градусов. В результате образуется клинкер в виде небольших фракций (до 5 см в диаметре).

Обжиг шлама.

Далее, полученные зерна клинкера измельчают в барабанах с использованием шаровых грохотов. В процессе обработки материала необходимо добиться порошкообразного состояния смеси.
На заключительном этапе в готовый цемент добавляют необходимые присадки и отправляют на расфасовку по мешкам или хопрам.

Существует три способа изготовления цемента. Они различаются приемами обработки клинкера.

Мокрый способ. Выработка клинкера производится с использованием воды, мела и глины. В результате смешивания веществ в барабане образуется влажная масса – шихта. Ее отправляют на обжиг, после чего полученные гранулы измельчают и смешивают с необходимыми добавками. Данный метод считается довольно затратным, поэтому в настоящее время чаще используют другие способы.
Сухой способ. Позволяет сократить этап смешивания готовой смеси с добавками, так как весь процесс сводится к подготовке, дроблению и смешиванию уже готовых ингредиентов. Данная технология становится все более популярной, так как позволяет существенно сократить затраты на производство и конечную цену продукта.
Комбинированный способ. В данной технологии используются различные формы производства клинкера, сочетающие в себе этапы производства, применяемые при сухом и мокром способах.

Как сделать цемент в домашних условиях

Прежде всего стоит сразу уяснить, что качественного продукта в домашних или гаражных условиях получить не удастся. Мало знать, как самому сделать цемент, ведь кроме этого потребуется приобрести специальное оборудование, ну или приложить максимальные мускульные усилия, что в конечном итоге оказывается довольно затратным и утомительным. Гораздо легче приобрести готовое изделие в магазине.

Наиболее простым способом получить в домашних условиях раствор, пригодный для цементирования мелких трещин, является приготовление смеси на основе следующих ингредиентов: воды, водной извести и каменной золы. Эти вещества перемешивают до получения однородной, вязкой массы, которую необходимо сразу же использовать, так как срок хранения этого раствора составляет не более двух часов.

Прочие варианты самостоятельного изготовления цемента предусматривают наличие печи для обжига материала и мельницы для размалывания клинкера в порошок.

Как сделать цементный раствор

Для приготовления цементного раствора потребуется сам цемент, вода и заполнитель (для штукатурных и кладочных растворов используется речной или карьерный песок).

Соотношение ингредиентов в растворе зависит от применения данного материала, но в большинстве случаев рекомендуется использовать формулу: 3 части песка на 1 часть цемента. Вода добавляется исходя из потребности в получении более пластичного или вязкого раствора.

При желании получить конструкцию с более высокими прочностными характеристиками, увеличивают долю цемента. Правильно начинать приготовление раствора со смешивания сухих фракций, и только после получения однородной массы начинают заливать воду небольшими порциями, постепенно добиваясь требуемой консистенции.

Из чего делают цемент? | Свой Дом

Автор Гена Ган На чтение 7 мин. Опубликовано 23 сентября, 2020

Цемент – наиболее распространенный материал, который используется при любых строительных, ремонтных или реставрационных работах. В его основе лежат неорганические компоненты, обладающие вяжущими свойствами. Цемент — основа бетона, железобетона, штукатурки, кладочного раствора и других изделий, которые применяются в строительстве любых построек жилого и производственного типа.

Затвердевший цемент

Главная особенность цементной массы: при смешивании порошка с водой, он начинает окаменевать, понемногу превращаясь в единый твердый массив. При этом неважно, в воде или воздухе происходит процесс. При соблюдении основного условия – достаточного увлажнения порошкообразной цементной массы, результат будет одинаковым: каменный блок высокой эксплуатационной прочности.

Любой человек понимает, что такое цемент и для чего он нужен. Куда меньше известно, как именно производится этот популярный материал для строительства, из чего, в результате каких технологий.

Основные неизменные компоненты для его создания:

клинкер
гипс
специальные минеральные добавки.

Остановимся подробнее на этапах производства, на используемом сырье. Именно качество сырья определяет будущую крепость и другие важные свойства вяжущей массы.

Сырьевой материал

Завод по производству цемента

Цемент изготавливается на профильных заводах. Они, как правило, расположены вблизи от мест добычи первичного сырья, из которого позже будут изготавливать смесь.

Наиболее часто в качестве составляющих для цементного производства добываются несколько разновидностей полезных ископаемых.

Карбонатный тип.

Структура такого типа может быть как кристаллической, так и аморфной. Она положительно влияет на результат обжигания с другими составляющими. При достаточном уровне влажности этот наполнитель становятся пластичным, вязким, разбухает и достигает больших объемов. Карбонатное сырьё чаще используется при сухом варианте изготовления.

Рассмотрим подробнее карбонатные породы. К ним можно отнести:

Мел. Относится к осадочно-горным породам, очень легко перетирается. Наиболее распространенная составляющая цемента.
Мергель. Иначе его ещё называют мергелистый известняк. Это ископаемое осадочной породы, которое добывается как в твердом или разрыхленном состоянии. Оно отличается высокой концентрацией влаги. Мергель может содержать в себе примеси глины, благодаря чему оно имеет общие черты с известняковыми и глинистыми породами. Эти примеси могут влиять на строительные свойства и технические характеристики цемента, но незначительно, поскольку в смесь, в соответствии с утвержденными производственными стандартами, входят минеральные вещества в количестве не менее 15%.
Известняк, ракушечник. Это сырьё, в котором не наблюдается включений кремния. Поэтому он обладает пористой структурой, которая легко поддается силовому воздействию.
Доломитовые и осадочные породы, которые содержат в себе карбонаты. Такое сырьё очень ценно благодаря своим особенным свойствам.

Глинистое сырьё.

Глина. Она содержит в себе минеральные вкрапления, которые разбухают при попадании воды.
Суглинки. Это разновидность глины, отличающаяся высоким содержанием песка и пылевых частиц.
Сланцы с глинистой основой. Они относятся к высокопрочным горным породам повышенной плотности, при раздавливании распадаются на слоистые пластины. Для этого сырья характерен постоянный гранулометрический состав и пониженное влагосодержание.
Лесс. Это пористая, мелкозернистая горная порода, которой свойственны рыхлость и отсутствие пластичности. Она часто содержит в себе включения силиката и кварца.
Также в качестве замены могут применяться промышленные отходы и другие виды шлаков.

Корректирующие добавки

Дополнительно при изготовлении цементной массы добавляются специальные пластификаторы. Материал может обладать разными свойствами в зависимости от состава.

Например, если даже на несколько процентов увеличить или уменьшить содержание той или иной добавки, свойства цемента уже будут немного другими.

Современная технология производства этой вяжущей массы предусматривает введение в состав специальных корректирующих добавок, с помощью которых значительно улучшаются характеристики цемента. Пластификаторы положительно влияют на такие свойства цементного состава:

устойчивость к разрушительному воздействию коррозионных процессов;
стойкость по отношению к перепадам температурных режимов;
прочность будущих конструкций;
скорость застывания;
пластичность раствора;
степень к размыванию водой.

Состав

Вы когда-нибудь размышляли о том, из чего делают цемент? Его состав зависит от особенностей сырья и марки раствора. К примеру, в один из самых популярных на строительном рынке «Портландцемент» входят такие вещества:

На 25% он состоит из кварца
На 60% — из извести
5% — алюминий (глинозем)
10% занимают оксиды железа и гипс.

Состав цемента

По большей части при изготовлении раствора используются карбонатные и глинистые соединения. Существует множество видов этого строительного материала. Различные технологии производства и марки данного продукта обычно отличаются только процентным смещением в ту или другую сторону его составляющих.

Отдельные виды, шлакопортландцемент, например, содержит в составе угольный шлак: продукт, образующийся в результате обжигания клинкера.

Вне зависимости от рецепта, неизменные компоненты цемента — известняк и глина. При этом содержание известняка допускается не менее, чем в три раза, выше глины, чтобы достичь необходимого высокого уровня качества клинкера для производства цемента.

Основные ингредиенты цемента:

Клинкер. Он определяет прочностные свойства цемент и является результатом обжигания глино-известянковой смеси. Клинкер — это основа конечной продукции, используется он в гранулированном виде (диаметр гранул варьируется от 10 до 60 мм). Термическая обработка клинкера происходит при средней температуре 1500 градусов по Цельсию. При его плавлении образуется масса, которая в большом количестве сдержит диоксид кальция и кремнезем. Именно они в будущем будут определять эксплуатационные характеристики цементной массы. Далее гранулы раздавливаются до порошкообразного состояния и обжигаются.
Гипс. Процент содержания гипса в цементном составе определяет период твердения конечного продукта. Классическая рецептура предусматривает использование до 6% этого компонента.
Специальные добавки, используемые для усиления имеющихся свойств или придания составу специальных характеристик, расширяющих сферу применения. К примеру, марка 400 используется для заливки фундамента и сооружения балок перекрытий в высотных зданиях. Также очень часто цемент применяют в строительстве для создания бетонированный конструкций и различной арматуры.

Процесс изготовления

Цемент изготавливается в несколько этапов, к каждому из которых нужно относиться с должным вниманием. Специалисты производят следующие операции:

Заранее смешиваются известняк и глина (75% и 25% соответственно) для дальнейшего получения клинкера.
Глино-известняковая смесь подвергается температурному воздействию в районе полутора тысяч градусов по Цельсию. Полученная масса — это и есть клинкер.
Далее клинкер измельчается в шаровой мельнице. Это специальный горизонтальный барабан, внутри которого находятся стальные шары. Они перемалывают клинкер в порошок. Чем меньше получаются фракции клинкера, тем более качественным будет конечный продукт.

Этапы производства

В современных реалиях предусмотрены различные методы производства цемента, по-разному действующие на сырье. Выбор метода может быть обусловлен расположением конкретного завода, наличием нужного оборудования, а также спросом на определенные марки цемента.

Различные варианты технологий производства цемента отличаются друг от друга особенностями предварительной подготовки исходного сырья. Она может осуществляться:

По мокрой технологии. При использовании такого метода вместо извести в состав вводят мел. Мел и другие составляющие перемешиваются с обязательным добавлением воды. Одновременно с перемешиванием происходит измельчение материалов в горизонтальном барабане. Влажность получившейся шихты будет на уровне 30-50%. Получившаяся масса обжигается в печи и превращается в шарообразный клинкер, который затем измельчается.
Сухим методом. Данная технология обладает сниженной себестоимостью и сокращением времени производства. Этому способствует объединение технологических операций: перемалывание в шаровой мельнице и сушка компонентов горячими газами осуществляются одновременно. В результате получается шихта в виде порошка.
Комбинированным методом. При использовании данного способа объединяются особенности двух предыдущих методов производства, хотя на разных производствах есть некоторые отличия. Например, один вариант предусматривает получение полусухого состава с содержанием воды до 18%. Этого можно достичь при просушивании шихты, произведенном мокрым методом. Другой вариант предполагает последовательную подготовку сухой смеси, затем её 14%-ое увлажнение, затем гранулирование и заключительный обжиг.

Таким образом, становится понятно, какое сырьё применяется при изготовлении цемента, как именно он производится, какие технологические особенности присутствуют на каждом из этапов его производства. От сбора сырья до конечного этапа имеется множество тончайших нюансов изготовления, которые стоит доверить профессионалам, занимающимся изготовлением цемента.

Состав цемента: характеристики и свойства цемента

Цемент – распространенный строительный материал, используемый чаще всего в качестве вяжущего в строительных смесях и растворах. Представляет собой мелкодисперсный порошок серого цвета с зеленоватым или другим оттенком. После взаимодействия с водой цемент и продукты на его основе образуют пластичную массу, которая при твердении трансформируется в искусственный камень.

Сырье для изготовления цемента

Сырьем для производства цемента являются горные породы, добываемые открытым способом:

Карбонатные – мел, известняки, известняки-ракушечники, доломит, мергель, туф. В промышленном производстве используются в основном известняки. Точное количество компонента зависит от его свойств и минерального состава. Чем больше в составе породы веществ с кристаллической структурой, тем выше температура плавления.
Глинистые – глина, глинистые сланцы, лесс, суглинки, монтмориллонит. Этот компонент осадочного происхождения разбухает при контакте с водой. Цель применения глинистых веществ – повышение пластичности смесей и растворов на базе цементного вяжущего.
Добавки. Их перечень определяется в зависимости от свойств, которые необходимо получить. Обычно добавки содержать глинозем, железо, кремний. Для их изготовления используют различные производственные отходы – доменную пыль и другие.

Единой формулы химического состава цемента не существует, так как производители предлагают большое количество разновидностей этого строительного материала с различными эксплуатационными характеристиками.

Наиболее распространен в строительстве портландцемент – без минеральных добавок и с минеральными добавками.

Существуют определенные ограничения по минимально допустимым ических соединений, из которых состоит портландцемент:

CaO – 62%;
SiO₂ – 20%;
Al₂O₃ – 4%;
Fe₂O₃ – 2%;
MgO – 1%.

Химические составы в процентах некоторых типов цементов

Химический состав, %					Характеристика
CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	Другие оксиды	Характеристика
Портландцемент
63…66	21…24	4…8	2…4	3…5	Нормально твердеющий
Глиноземистый цемент
35…43	5…10	39…47	2…15	1,5…2,5	Быстро твердеющий

Что такое цементный клинкер?

Основной компонент производства цемента – клинкер. Это промежуточный полуфабрикат, получаемый обжигом смеси известняка (мела, мергеля или других пород) в количестве 75% и 25% глины. Сырьевые компоненты плавятся с образованием гранул. Клинкер перемалывают и соединяют с молотыми добавками.

Весь процесс изготовления цементного вяжущего можно условно разделить на 3 этапа:

изготовление клинкера обжигом – основной процесс, наиболее затратный и трудоемкий;
помол клинкера до образования тонкодисперсного порошка;
смешивание клинкерного порошка с порошкообразными добавками.

Изготовление клинкера делится на следующие этапы:

доставка сырья для клинкера на цементный завод;
измельчение сырьевых компонентов;
смешивание компонентов в пропорциях, указанных в техдокументации, для последующего обжига.

Технологии производства цемента

Существует несколько технологий производства цемента.

Конкретный вид производства определяется тем, из чего делают цемент:

Мокрый. Клинкер изготавливается из мела, глины и воды. К измельченным компонентам добавляют воду. Влажную смесь (шлам) отправляют на обжиг. Полученный после обжига продукт транспортируют в холодильник. После охлаждения его измельчают, смешивают с добавками для получения необходимых свойств вяжущего. Эта технология требует финансовых затрат, поэтому производители в основном применяют другие. Но при необходимости получения цемента с прекрасными эксплуатационными свойствами применяют именно этот способ, позволяющий тонко корректировать состав сырья. Корректировка состава осуществляется в специальных бассейнах при температуре 1000°C.
Сухой. Все компоненты – известняк, глина, добавки дробятся в сухом виде. Готовые порошки смешиваются в закрытых боксах с помощью подачи воздуха. Эта методика часто используется производителями, благодаря простоте реализации и относительно невысоким затратам. При производстве нет водяных испарений. Такой способ требует небольших затрат энергоносителей. Он оптимален для однородных сырьевых компонентов.
Комбинированный. Эта технология сочетает элементы сухого и мокрого способов. Одна из этих технологий является основной, а вторая дополнительной. Если основной является мокрая методика, то сначала изготавливают сырьевой шлам, корректируют его состав, затем его обезвоживают и обжигают в печи, предназначенной для сухой технологии.

Цемент, независимо от того, из чего он состоит и каким способом приготовлен, складируется в специальных башнях – силосах, в которых, благодаря проветриванию, материал не слеживается, сохраняя рабочие характеристики.

К потребителю цемент поступает навалом или расфасованным в бумажные мешки.

Производство бесклинкерного цемента

Сырьем для бесклинкерного цемента являются доменный или гидравлические шлаки, активаторы и другие дополнительные компоненты. Смесь из подготовленных и взятых в нужных пропорциях компонентов, дробят и перемалывают до мелкодисперсного со стояния. Для бесклинкерного цемента характерны:

устойчивость к различным воздействиям окружающей среды;
экономичность производства, благодаря невысоким энергозатратам;
утилизация отходов металлургических и других производств, что положительно влияет на состояние окружающей среды;
различные цвета и свойства конечного продукта, которые можно получать без изменения основных этапов технологического процесса и привлечения дополнительного оборудования.

Основное оборудование для изготовления цемента

При производстве вяжущего используются следующие основные виды оборудования:

техника для добычи сырья и его транспортировки к месту изготовления;
линия дробления сырья;
печи для высокотемпературной обработки;
линия дробления полученного клинкера, дозирования и смешивания молотого клинкера с добавками;
оборудование для фасовки готового продукта в бумажные мешки.

Типы цемента и сферы их использования

Выпускается множество разновидностей вяжущего с разными эксплуатационными и декоративными характеристиками. Основные виды:

Портландцемент. Этот тонкодисперсный порошок серого цвета с зеленоватым оттенком является наиболее распространенным строительным материалом, широко используемым в индивидуальном, масштабном жилищном и промышленном строительстве. Отдельно не применяется. Выступает компонентом строительных смесей и растворов. В сочетании с песком и щебнем используется при производстве бетонных смесей. Из цемента и песка изготавливают сухие строительные смеси, поступающие в продажу фасованными в мешки, или пластичные цементно-песчаные растворы, доставляемые на строительную площадку в виде, готовом к применению. Пластифицирующие добавки регулируют время схватывания раствора и другие характеристики конечного продукта.
Сульфатостойкий. Устойчив к химически активным средам. Применяется для бетонирования подземных и подводных конструкций.
Глиноземный. В состав добавляют гипс и глиноземистый шлак, благодаря котором вяжущее быстро схватывается и приобретает марочную прочность. Глиноземный цемент используется при строительстве конструкций, работающих в условиях высокой влажности.
Кислотоупорный. При его производстве используются кварцевый песок и кремнефтористый натрий. В качестве жидкости для затворения используется не вода, а жидкое стекло.
Шлакопортландцемент. В состав этого вяжущего добавляют гранулы шлака (примерно 25%). Материал применяется в крупномасштабном строительстве.

Технология производства цемента: сырье, способы, оборудование

Для проведения строительных или ремонтных работ используют различные материалы, в том числе цемент разных видов и марок. Его используют для подготовки бетонных, кладочных, штукатурных растворов, для производства железобетонных изделий. Но при этом редко кто знаком с технологией производства цемента.

Состав цемента

Цементная смесь получается в результате смешивания ряда компонентов:

Клинкера. Вещество основано на глине и известняке, используется для определения прочности материала. Производится путем обжига глины и известняка. Под воздействием высоких температур плавится, преображаясь в гранулированную фракцию с высоким содержанием кремнезема. Затем обжигается повторно.
Гипса. Используется для регулирования процесса твердения цемента. Вводится в состав в количестве не более 5%.
Активных минеральных добавок. Они способствуют улучшению свойств цементного состава и расширению области его использования.

При изготовлении продукции могут быть использованы другие добавки, например, окислы кальция, магния, фосфора, соли. Но они используются в небольших количествах. Их вносят для того, чтобы получить установленные характеристики — жаропрочность, кислотоустойчивость и пр.

Если технологический процесс позволяет, то в состав могут быть введены пластификаторы.

Их использование помогает получить следующие эксплуатационные характеристики:

Препятствовать проникновению влаги в конструкцию.
Уменьшение времени затвердевания.
Увеличение прочности.
Стойкость к колебаниям температур, влиянию агрессивных сред.

В зависимости от количества добавок выделяются несколько видов продукта:

Портландцемент. Самая распространенная модификация, в составе которой около 80% силиката кальция. Используется при различных строительных работах. Добавление красящих веществ улучшает декоративные свойства цемента, позволяя использовать его для отделочных работ.
Глиноземистый. Отличается ускоренным твердением. Благодаря этому свойству его используют на объектах, которым необходима срочная реставрация, например, устранение разрушений после аварий, пожаров.
Магнезиальный. Основной компонент — оксид магния, добавляет составу прочности, повышает адгезию к древесине. Однако из-за повышенной склонности к коррозии используется редко.
Кислотоупорный. В процессе изготовления в состав вносится наполнитель — гидроксиликат натрия, затворяющийся жидким стеклом. Используется в кислотостойких бетонах и растворах.

Производство цемента на заводах

Выпуском цементной смеси занимаются специализированные предприятия. Чтобы получить качественный продукт требуется специальное оборудование и знание технологии. От мощности предприятия и качества сырья зависит выбор способа производства цемента.

Технологический процесс предполагает выполнение ряда производственных этапов:

Добыча сырья, в состав которого входит гипс, глина, известняк.
Дробление известняка с приданием полученному продукту необходимой влажности.
Измельчение известняка. Смешивание его с глиной. Концентрация компонентов может меняться. Все зависит от характеристик используемого сырья. В основном соотношение составляет 3:1. В результате получается комбинированный, сухой или мокрый шлам.
Обжиг. Сырьевая масса отправляется в печь, разогретую до 1500 градусов, где спекается и превращается в гранулированную фракцию — клинкер.
Измельчение. Клинкер в специальных мельницах измельчается до порошкообразного состояния.
Подготовленные ингредиенты смешиваются в соответствии с рецептурой марки будущего цемента. В процессе смешивания добавляется гипс и специальные минеральные добавки.

Цементные составы изготавливаются по проверенным технологиям. В зависимости от состава и качества используемого сырья применяются разные методы подготовки исходных материалов.
Сухой способ
При производстве не используется вода. Основные материалы — глина и известняк, дробятся на специальном оборудовании. Сушатся, перемалываются в муку. Смешиваются при помощи пневматического инструмента и подаются на обжиг.
Клинкер, что образовался после обжига, измельчается до установленной фракции, фасуется в подготовленную тару и перевозится на склад. Производство цемента сухим способом позволяет снижать производственные затраты. Но требует повышенной однородности основных материалов. К тому же является опасным, с точки зрения экологии.
Мокрый способ
Преимуществом данного метода изготовления цемента является возможность точно подобрать необходимый состав шлама, несмотря на неоднородность исходного сырья. Шлам при таком способе приобретает жидкую консистенцию. В нем содержится около 40% жидкости.
Прежде чем сделать конечный продукт, шлам помещается в специальные технологические бассейны для корректировки состава. Затем отправляется во вращающиеся печи для обжига.
Температура обжига превышает 1000 градусов, поэтому изготовление цемента мокрым способом требует больших энергозатрат. Но дает возможность получать продукт высокого качества.
Комбинированные способы
Технология предполагает объединение сухого и мокрого способов производства цемента. Один из них может быть взят за основу, а второй — выступать в качестве дополнения. На разных предприятиях эти способы имеют различия. Все зависит от особенностей имеющегося оборудования для производства цемента, близости к месту добычи сырья, а также от потребностей на установленные марки продукта.
Если за основу взят мокрый метод, то сырье вначале смешивается, а затем обезвоживается в специальных сушилках с фильтрами почти до сухого состояния. Только после этой процедуры отправляется в печь. Такая технология позволяет уменьшать теплозатраты, поскольку в процессе обжига почти нет испарений.
Когда в основе лежит сухой способ, в процессе гранулирования готовой смеси используется вода. В обоих случаях влажность клинкера, отправляющегося в печь, около 10-18%.
Как делают белый цемент
Белый цемент, производство которого несколько отличается от технологии выпуска серого продукта, может выпускаться как мокрым, так и сухим способом. Отличается технология тем, что исходное сырье обжигается при высокой температуре и затем быстро охлаждается водой.
Клинкер этого вида продукции складывается из минеральных добавок, известняка, гипса, соли и других компонентов. Исходное сырье готовится из карбонатной и глинистой породы: известняка, каолиновой глины, отходов обогащения, кварцевого песка.
Основным достоинством и отличительной чертой белого цемента является его белоснежность. Но его производство обходится намного дороже по сравнению с серым продуктом.

Как делают цемент: технология производства цемента
Любое строительство или ремонтные работы невозможны без использования универсального строительного материала – цемента разных видов и марок. Мы настолько привыкли к этому продукту, что даже не задумываемся над проблемой, а как делают цемент. Можно ли его можно изготовить в домашних условиях и не переплачивать?
СодержаниеСвернуть
Сразу ответим на вопрос – можно ли сделать цемент своими руками? Имея необходимое оборудование и исходные материалы – получить цемент в домашних условиях можно. На данный момент времени в Российской Федерации большим спросом пользуются мини-заводы по производству цемента, мощностью порядка 120 000 тонн цемента в год. Производить же цемент для единичной стройки экономически невыгодно. Проще и дешевле купить этот необходимый строительный материал на заводе или в магазине.
Состав цемента
Цемент получается при длительном дроблении 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) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.
Производство цемента на заводах
На данный момент времени производителями цемента используются три технологии производства связующего:
Мокрый способ.
Сухой способ.
Комбинированный метод.
Стоит заметить что «сухую» технологию используют зарубежные производители цемента: Египет, Турция и Китай. «Мокрая» же технология традиционно используется отечественными цементными заводами.
циклы производства цемента
Сухой способ
Здесь нет необходимости использовать воду. Исходный материал (глину и известняк) дробят на специальном оборудовании. Сушат и перемалывают в мелкодисперсную муку, смешивают пневматическим способом и подают на обжиг.
Образовавшийся в результате обжига цементный клинкер измельчается до соответствующей степени фракции, фасуется в упаковку и отправляется на склад готовой продукции. Данный способ позволяет снизить затраты на производство, однако отличается «капризностью» к однородности исходных материалов и является экологически опасным вариантом.
Мокрый способ
Неоспоримые достоинства данного метода заключается в возможности точного подбора состава исходного сырья при высокой неоднородности исходных компонентов: порода, вид породы и пр. Исходный материал (шлам) представляет собой жидкую субстанцию, содержащую до сорока процентов влаги.
Перед тем как сделать цемент, состав шлама корректируется в специальных технологических бассейнах. После выдержки сырья в бассейне, производится отжиг в специальных вращающихся печах и последующее измельчение.
Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии расходуемой на высушивание исходного сырья. Это существенно увеличивает себестоимость производства цемента, однако качество конечной продукции не страдает от возможной неоднородности клинкера, как при мокром варианте.
Комбинированные способы
Данная технология опирается на мокрый вид получения связующего. Промежуточную субстанцию обезвоживают по специальной технологии. Клинкер гранулируют с добавлением воды, после чего производят отжиг и последующее измельчение до той или иной марки цемента.
В числе достоинств комбинированного способа производства цемента: высокий выход «годного», возможность использования отходов металлургической промышленности.
Как делают белый цемент
Технология производства белого цемента незначительно отличается от технологии производства обычного «серого» материала. Как и обычный «серый» материал, белый цемент выпускают сухим и мокрым способом. Основное отличие технологии – обжиг исходного сырья при высокой температуре и резкое охлаждение в воде.
Клинкер белого цемента характеризуется как «маложелезистый» и содержит в своем составе: минеральные добавки, известняк, гипс, соли и другие компоненты. В качестве исходного сырья для клинкера используются карбонатная и глинистая порода (известняк, каолиновая глина, отходы обогащения, кварцевый песок).
В Российской Федерации белый цемент производится только на одном предприятии – ООО «Холсим (Рус) СМ» (до 2012 года ОАО «Щуровский цемент»). Большинство белого цемента поставляется на рынок России из-за рубежа следующими компаниями: «Холсим» (Словакия), «Cimsa иAdana» (Турция), «AalborgWhite»(Дания) и «AalborgWhite» (Египет).
Основное достоинство белого цемента его уникальная характеристика – белоснежность, а основной недостаток в разы большая стоимость по сравнению с обычным «серым» материалом.
Заключение
Теперь вы знаете, как делают цемент на заводе в общем случае. Информацию как правильно делать цемент во всех подробностях, цифрах, схемах, таблицах и других тонкостях смотрите в специальной литературе.

состав и производство, как добывают сырье на заводе, технология и изготовление в домашних условиях

Цемент входит в число основных строительных материалов. Он используется при создании связующих строительных растворов, цемент используют при изготовлении бетонных и железобетонных изделий. От качества данного материала зависит, насколько прочное и долговечное будет здание, или железобетонная конструкция.

История цемента началась в Англии, где в 1824 году был зарегистрирован патент на его изобретение. В то время для изготовления цемента использовалась известковая пыль, смешанная с глиной. Полученная смесь подвергалась воздействию высокой температуры, при которой она спекалась.

Обожжённый полуфабрикат цемента называется клинкер. Цементом он становится после перемалывания клинкера до порошкообразного состояния.

В строительстве используется основное свойство цемента – при смешивании с водой он постепенно твердеет, а затем превращается в прочный камень. Характерную для готового изделия прочность материал может приобрести даже в воздушной среде, если присутствует избыточная влажность.

Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления

Сегодня процесс изготовления цемента изменился. Изготовляют его несколькими способами, да и компоненты, входящие в его состав, тоже отличаются от использовавшихся две сотни лет назад.

Чтобы было понятно, из чего делают цемент и как происходит его производство, необходимо знать, какие виды сырья используют сегодня производители этого важного строительного материала.

Так как сырьём для производства цемента гост31108 2003, гост 30515 2013 служат естественные породы, то и предприятия, занимающиеся его изготовления, чаще всего размещают поблизости от мест добычи этих пород.

Все ископаемые, из которых делается цемент, делятся на два вида:

Карбонатные ископаемые, отличающиеся характеристиками и особенностью структуры. Именно структура породы обеспечивает эффективное её взаимодействие с остальными ингредиентами состава продукта.

Глинистые и горные породы, имеющие осадочное происхождение. Имея минеральную основу, при увлажнении они приобретают пластичность и увеличиваются в объёме. Так как для данного вида сырья характерна вязкость, то их можно использовать, производя цемент сухим способом.

Теперь следует назвать конкретно, какие ископаемые относятся к каждому из видов сырья, используемых при производстве цемента.

К карбонатным породам относят следующие виды природного сырья:

мел, представляющий разновидность известняка. Обладает способностью легко измельчаться;

Мел

мергелистый известняк, в природе встречается как в рыхлом, так и в твёрдом состоянии. В породе могут содержаться примеси глины, поэтому данный вид известняка считается сырьём переходным, обладающим свойствами, характерными и для известняков, и для глины;

Мергелистый известняк

известняки – ракушечники, не имеющие включений кремния. Порода имеет пористую, легко разрушающуюся при сжатии структуру;

Известняки – ракушечники

доломитовые породы и другие ископаемые осадочного происхождения. Они содержат карбонаты, придающие породе ценные свойства.

Доломит

Глинистые породы включают следующие виды ископаемых:

глина с минеральными включениями, набухающими при контакте с водой;

Глина

суглинки, содержащие повышенную концентрацию частиц песка;

Суглинки

сланцы, имеющие глинистую основу. Данное сырьё относят к горным породам, повышенной прочности. При механическом воздействии разделяется на пластинчатые пластины. Характеризуется стабильным составом и низким содержанием влаги;

Сланцы

лесс, пористая порода, с включениями частиц кварца и силиката.

Лесс

Кроме данных видов сырья, что изготавливать цементную смесь на заводе используют некоторые виды производственных отходов. Для улучшения качества в его состав добавляют добавки, предусмотренные технологическим процессом: глинозём и кремнезём, плавиковый шпат и апатиты.

Применение песка просто необходимо при проведении самых разных ремонтных и строительных работ. Тут все о применении карьерного песка.

При проведении отделочных работ на кухне, в ванной или в любом другом помещении необходимо знать время высыхания плиточного клея. Здесь можно узнать, сколько сохнет плиточный клей.

В настоящее время декоративная штукатурка по праву является самым популярным и прогрессивным методом отделки. Перейдя по ссылке ознакомитесь с самостоятельным ее приготовлением.

Все добавки, называемые пластификаторами, также природного происхождения. Они влияют в лучшую сторону на следующие качества цемента:

увеличивают стойкость к изменениям температуры;

усиливают прочность;

подвижность и эластичность продукта;

уменьшает проникновение воды в готовое изделие.

В зависимости от свойств, добавленных в состав цемента пластификаторов, его раствор будет застывать быстрее, или же медленнее.

Состав, из которого производят цемент

Часть людей работающих в сфере строительства не знают, из чего делается цемент.

Состав цемента может быть различным в зависимости от марки и предназначения.

Однако вне зависимости от вида цемента, то есть рецепта, использованного при его производстве, основой для него служат два компонента – известняк с добавлением глины.

Глина

Количество известняка в три раза превышает количество глины. Такие пропорции необходимы для получения качественного клинкера, являющегося полуфабрикатом для производства цемента.

Известняк

Теперь можно назвать основные компоненты состава, чтобы каждому было ясно, из чего делают цемент:

клинкер, основа конечной продукции, определяющая её характеристики прочности. Используется в виде гранул диаметром до 60 мм. Его термообработка выполняется при температуре, доходящей до 1500°. При плавлении клинкера образуется масса, для которой характерно высокое содержание кремнезёма и кальциевого диоксида;

данные компоненты влияют на эксплуатационные характеристики конечного продукта. Перед обжигом гранулы клинкера измельчаются до пылеобразного состояния;

гипс, определяющий скорость затвердевания цемента. В базовых рецептах предусмотрено добавление в состав чистого гипса до 6 % от общего количества компонентов;

Гипс

специальные добавки (пластификаторы, морозостойкие присадки, жидкое мыло и т.д.), усиливающие свойства, уже имеющиеся у продукции, или же придающие ей специальные характеристики, способные расширить область применения цемента.

Пластификатор

Производство – как изготавливают цемент, процесс получения на заводе

Изготовление материала выполняется в определённом порядке, поэтапно. В технологии его производства предусмотрены следующие операции:

Ингредиенты, предназначенные для изготовления клинкера, предварительно смешиваются. Обязательно необходимо точное соблюдение пропорций состава – 25 % глины и 75% известняка.

Полученный состав обжигается при высокой температуре. При высокотемпературном обжиге глина и известь соединяются, образуя клинкер.

Готовый продукт измельчается шаровыми мельницами, состоящими из барабанов, расположенных в горизонтальном положении, внутри которых размещены стальные шары. Помещённый в них клинкер размельчается до состояния порошка.

Чем мельче полученные фракции цемента, тем лучшие эксплуатационные характеристики он будет иметь.

Существует несколько методов изготовления данного строительного материала. Их выбор обусловлен многими факторами, основными из которых является специфика имеющегося на предприятии оборудования и спрос на определённые марки цемента.

Разработанные технологии имеют отличие в способах подготовки сырья, используемого при производстве состава. Порядок его изготовления остаётся прежним.

Производство

Разработаны следующие методы:

Мокрая технология, предусматривающая замену извести мелом. В процессе смешивания компонентов состава происходит измельчение их в шаровой мельнице. Это процесс выполняется с добавлением воды. В результате образуется шихта, имеющая концентрацию влаги до 50%.

Полученный материал затем обжигается в печи. После обжига он уже становится клинкером. Затем его измельчают.

Сухая технология значительно уменьшает себестоимость производства, так как она объединяет несколько технологических операций в единый процесс. При использовании данной технологии компоненты, поступающие в шаровую мельницу, одновременно размалываются и сушатся.

Для сушки используется воздействие горячих газов. Готовая шихтная масса имеет консистенцию порошка.

Комбинированная технология объединяет особенности вышеописанных способов производства. В зависимости от оборудования, используемого на предприятии, может быть получен полусухой состав, имеющий влажность до 18%.

Во втором варианте первоначально подготавливается сухая смесь, затем увлажнённая до 14 %. В обоих вариантах подготовленный состав затем отжигается и перемалывается.

Подробнее о производстве цемента смотрите на видео:

Классификация цементных смесей

Существует много разновидностей и различных марок данного строительного материала. Различают их по основному составу и добавкам, придающим каждому виду особые свойства.

Среди основных типов выделяют:

портландцемент, с которого начиналось производство популярного в строительстве продукта. Для изготовления связующих растворов его не используют. Он применяется для создания бетонных изделий высокой прочности, штукатурке и отделочных работах;

часто используют при возведении фундаментов. Для этого необходимо знать, как разводить цемент с песком;

Портландцемент

шлаковый цемент, при изготовлении которого используется доменный шлак и активные присадки. Используется для изготовления бетона и строительных растворов;

глинозёмистый цемент, отличается устойчивостью к воздействию влаги, быстрым затвердеванием;

Глиноземистый

кислотоупорный цемент, в котором используется кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Материал устойчив к воздействию кислот, но недолговечен.

Приобретая любой из видов цемента, следует знать, что его состав активно взаимодействует с окружающей средой, при долгом хранении теряя свою прочность.

Даже если он хранится в сухом помещении, то спустя несколько месяцев его марка изменится в меньшую сторону. Поэтому, при его приобретении, следует обращать внимание на дату изготовления. Так же можете ознакомиться с нашей статьёй о технических характеристиках цемента м400.

Состав и классификация цемента - PetroWiki

Почти все буровые цементы состоят из портландцемента, кальцинированной (обожженной) смеси известняка и глины. Раствор портландцемента в воде используется в колодцах, потому что он легко перекачивается и быстро затвердевает даже под водой. Он называется портландцементом, потому что его изобретатель Джозеф Аспдин считал, что затвердевший цемент напоминает камень, добытый на острове Портленд у побережья Англии.

Дозировка материалов
Цемент
Portland можно легко модифицировать, в зависимости от используемого сырья и процесса, используемого для их объединения.

Дозирование сырья основано на серии одновременных расчетов, которые учитывают химический состав сырья и тип производимого цемента: Американское общество испытаний и материалов (ASTM) Тип I, II, III , или белый цемент V, или класс A, C, G или H Американского нефтяного института (API) ^[1] ^[2]

Классификация цемента

Основным сырьем для производства портландцемента является известняк (карбонат кальция) и глина или сланец.Часто добавляют железо и глинозем, если они еще не присутствуют в достаточном количестве в глине или сланце. Эти материалы смешиваются вместе, влажно или сухо, и загружаются во вращающуюся печь, которая плавит известняковую суспензию при температуре от 2600 до 3000 ° F в материал, называемый цементным клинкером. После охлаждения клинкер измельчают и смешивают с небольшим количеством гипса, чтобы контролировать время схватывания готового цемента.

Когда эти клинкеры гидратируются с водой в процессе схватывания, они образуют четыре основные кристаллические фазы, как показано в Таблица 1 и Таблица 2 .^[3]

Таблица 1 - Анализ типичного цикла производства портландцемента

Таблица 2 - Типичный состав и свойства классов API портландцемента

Портландцементы обычно производятся в соответствии с определенными химическими и физическими стандартами, которые зависят от их применения. В некоторых случаях для получения оптимальных композиций необходимо добавлять дополнительные или корректирующие компоненты.Примеры таких добавок:

Песок

Кремнистые суглинки

Пуццоланы

Диатомовая земля (DE)

Пирит железный

Глинозем

В расчетах также учитываются глинистые или кремнистые материалы, которые могут присутствовать в больших количествах в некоторых известняках, а также из золы, образующейся при использовании угля для обжига печи. Также необходимо учитывать незначительные примеси в сырье, так как они могут существенно повлиять на характеристики цемента.

В США есть несколько агентств, которые изучают и составляют спецификации для производства портландцемента. Из этих групп наиболее известными в нефтяной промышленности являются ASTM, который занимается цементами для строительства и строительства, и API, который составляет спецификации для цементов, используемых только в скважинах.

Спецификация ASTM. C150 ^[1] предусматривает восемь типов портландцемента: типы I, IA, II, IIA, III, IIIA, IV и V, где «A» обозначает воздухововлекающий цемент.Эти цементы предназначены для удовлетворения различных потребностей строительной отрасли. Цемент, используемый в колодцах, находится в условиях, не встречающихся при строительстве, таких как широкий диапазон температуры и давления. По этим причинам были разработаны различные спецификации, которые охватываются спецификациями API. API в настоящее время предоставляет спецификации, охватывающие восемь классов цементов для скважин, обозначенных как классы от A до H. Классы API G и H являются наиболее широко используемыми.

Цементы для нефтяных скважин также доступны в вариантах со средней сульфатостойкостью (MSR) или высокой сульфатостойкостью (HSR).Сульфатостойкие марки используются для предотвращения разрушения затвердевшего цемента в скважине, вызванного сульфатной атакой пластовых вод.

Классификация API

Нефтяная промышленность покупает цементы, произведенные преимущественно в соответствии с классификациями API, опубликованными в API Spec. 10А. ^[4] Далее определяются различные классы цементов API для использования при скважинных температурах и давлениях.

Класс A

Этот продукт предназначен для использования в тех случаях, когда не требуются особые свойства.

Доступен только в обычном классе O (аналогично ASTM Spec. C150, тип I). ^[1]

Класс B

Этот продукт предназначен для использования в условиях, требующих средней или высокой сульфатостойкости.

Доступен как в классе MSR, так и в классе HSR (аналогично ASTM Spec. C150, тип II). ^[1]

Класс C

Этот продукт предназначен для использования в условиях, когда требуется высокая ранняя прочность.

Доступен в обычных, O, MSR и HSR классах (аналогично ASTM Spec.C150, тип III). ^[1]

Класс G

Никакие добавки, кроме сульфата кальция или воды, или того и другого, не должны перемалываться или смешиваться с клинкером во время производства скважинного цемента класса G.

Этот продукт предназначен для использования в качестве основного цемента для скважин. Доступен в вариантах MSR и HSR.

Класс H

Никакие добавки, кроме сульфата кальция или воды, или того и другого, не должны перемалываться или смешиваться с клинкером во время производства скважинного цемента класса H.

Этот продукт предназначен для использования в качестве основного цемента для скважин. Доступен в вариантах MSR и HSR.

Свойства цемента, указанные в спецификации API

Химические свойства и физические требования сведены в Таблицы 3 и Таблицы 4 , соответственно. ^[3] Типичные физические требования для различных классов цемента по API показаны в Таблице 5 . ^[3]

Таблица 3 - Химические требования к цементам API

Таблица 4 - Физические требования к цементам API

Таблица 5-Физические требования к различным типам цемента

Хотя эти свойства описывают цементы для целей спецификации, цементы для нефтяных скважин должны иметь другие свойства и характеристики, чтобы обеспечить их необходимые функции в скважине.(API RP10B предоставляет стандарты для процедур испытаний и специального оборудования, используемого для испытания цементов для нефтяных скважин, и включает:

Приготовление суспензии

Плотность суспензии

Испытания на прочность при сжатии и неразрушающие звуковые испытания

Время загустевания

Статические испытания на водоотдачу

Испытания рабочей жидкости

Испытания на проницаемость

Реологические свойства и прочность геля

Расчет перепада давления и режима течения шламов в трубах и кольцевых зазорах

Процедуры испытаний в Арктике (вечная мерзлота)

Испытание на стабильность суспензии

Совместимость скважинных флюидов.^[5]

Ссылки

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 ASTM C150-97a, Стандартные спецификации для портландцемента. 2000. Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. http://dx.doi.org/10.1520/C0150_C0150M-12

↑ ASTM C114-97a, Стандартные методы химического анализа гидравлического цемента. 2000. Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. http://dx.doi.org/10.1520/C0114-11B.

↑ ^3,0 ^3,1 ^3,2 Смит, Д.К. 2003. Цементирование. Серия монографий, SPE, Ричардсон, Техас 4, гл. 2 и 3.

↑ API Spec. 10A, Технические условия на цементы и материалы для цементирования скважин, 23-е издание. 2002. Вашингтон, округ Колумбия: API.

↑ API RP 10B, Рекомендуемая практика для испытания цементов для скважин, 22-е издание. 1997. Вашингтон, округ Колумбия: API.

См. Также

Цементные работы

PEH: Цементирование

Интересные статьи в OnePetro

Внешние ссылки

Монография SPE по цементированию

Категория
.
цемент | Определение, состав, производство, история и факты

Цемент , в общем, клейкие вещества всех видов, но в более узком смысле связующие материалы, используемые в строительстве и гражданском строительстве. Цементы этого типа представляют собой мелкоизмельченные порошки, которые при смешивании с водой становятся твердой массой. Отверждение и затвердевание являются результатом гидратации, которая представляет собой химическую комбинацию цементных смесей с водой, которая дает субмикроскопические кристаллы или гелеобразный материал с большой площадью поверхности.Из-за своих гидратирующих свойств строительные цементы, которые схватываются и затвердевают даже под водой, часто называют гидравлическими цементами. Самый важный из них - портландцемент.
процесс производства цемента
Процесс производства цемента, от дробления и измельчения сырья, обжига измельченных и смешанных ингредиентов до окончательного охлаждения и хранения готового продукта.
Encyclopædia Britannica, Inc.
В этой статье рассматривается история развития цемента, его производство из сырья, его состав и свойства, а также проверка этих свойств.Основное внимание уделяется портландцементу, но также уделяется внимание другим типам, таким как шлакосодержащий цемент и высокоглиноземистый цемент. Строительный цемент имеет общие химические составляющие и технологии обработки с керамическими изделиями, такими как кирпич и плитка, абразивные материалы и огнеупоры. Подробное описание одного из основных применений цемента см. В статье «Строительство зданий».

Применение цемента

Цемент может использоваться отдельно (то есть «в чистом виде» в качестве затирочного материала), но обычно используется в растворе и бетоне, в которых цемент смешивается с инертным материалом, известным как заполнитель.Строительный раствор представляет собой цемент, смешанный с песком или щебнем, размер которого должен быть менее примерно 5 мм (0,2 дюйма). Бетон представляет собой смесь цемента, песка или другого мелкого заполнителя и крупного заполнителя, который для большинства целей имеет размер от 19 до 25 мм (от 0,75 до 1 дюйма), но крупный заполнитель может также достигать 150 мм ( 6 дюймов) при укладке бетона в большие массивы, такие как дамбы. Растворы используются для связывания кирпичей, блоков и камня в стенах или для визуализации поверхностей. Бетон используется для самых разных строительных целей.Смеси грунта и портландцемента используются в качестве основы для дорог. Портландцемент также используется при производстве кирпича, черепицы, черепицы, труб, балок, шпал и различных экструдированных изделий. Продукция собирается на заводах и поставляется готовой к установке.
бетон
Заливка бетона в фундамент дома.
Karlien du Plessis / Shutterstock.com
Производство цемента чрезвычайно широко распространено, поскольку бетон сегодня является наиболее широко используемым из всех строительных материалов в мире.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас .
13 видов цемента и их использование в бетонном строительстве

В бетонном строительстве используются различные виды цемента. Каждый тип цемента имеет свои свойства, применение и преимущества, основанные на композиционных материалах, используемых при его производстве.

13 видов цемента и их применение

Обычный портландцемент (OPC)

Портланд-пуццолановый цемент (PPC)

Быстротвердеющий цемент

Быстротвердеющий цемент

Низкотемпературный цемент

Сульфатостойкий цемент

Доменный шлаковый цемент

Высокоглиноземистый цемент
Цемент

Цветной цемент

Воздухововлекающий цемент

Расширяющийся цемент

Гидрографический цемент

Рис.1: Цемент
1. Обычный портландцемент (OPC)

Обычный портландцемент - наиболее широко используемый тип цемента, который подходит для всех общих бетонных конструкций. Это наиболее широко производимый и используемый тип цемента во всем мире с годовым мировым производством около 3,8 миллиона кубических метров в год. Этот цемент подходит для всех видов бетонного строительства.

2. Портлендский пуццолановый цемент (PPC)

Пуццолановый портландцемент получают путем измельчения пуццоланового клинкера с портландцементом.Его также получают путем добавления пуццолана с добавлением гипса или сульфата кальция или путем тщательного и равномерного смешивания портландцемента и мелкого пуццолана.

Этот цемент имеет высокую стойкость к различным химическим воздействиям на бетон по сравнению с обычным портландцементом, поэтому он широко используется. Он используется в морских сооружениях, канализационных и канализационных работах, а также для прокладки подводного бетона, такого как мосты, опоры, плотины, а также бетонные работы и т. Д.

3.Цемент быстрого отверждения

Быстротвердеющий цемент в первые дни достигает высокой прочности; он используется в бетоне, где опалубка снимается на ранней стадии, и аналогичен обычному портландцементу (OPC). Этот цемент имеет повышенное содержание извести, более высокое содержание c3s и более тонкий помол, что дает более высокий рост прочности, чем OPC на ранней стадии.

Прочность быстротвердеющего цемента за три дня аналогична прочности OPC за 7 дней при том же водоцементном соотношении.Таким образом, преимущество этого цемента заключается в том, что опалубку можно снять раньше, что увеличивает скорость строительства и снижает стоимость строительства за счет экономии затрат на опалубку.

Быстротвердеющий цемент применяется в сборном бетонном строительстве, дорожных работах и т. Д.

4. Быстросхватывающийся цемент

Разница между быстросхватывающимся цементом и быстротвердеющим цементом заключается в том, что быстротвердеющий цемент схватывается раньше. При этом скорость набора прочности аналогична обычному портландцементу, а быстротвердеющий цемент быстро набирает прочность.Опалубку в обоих случаях можно снять раньше.

Быстросхватывающийся цемент используется там, где работы должны быть завершены в очень короткие сроки, а также для бетонирования в статической или проточной воде.

5. Цемент низкотемпературный

Низкотемпературный цемент получают, поддерживая процентное содержание трикальцийалюмината ниже 6% за счет увеличения доли C2S. Небольшое количество алюмината трикальция заставляет бетон выделять низкую теплоту гидратации. Низкотемпературный цемент, подходящий для строительства из массивного бетона, такого как гравитационные плотины, так как низкая теплота гидратации предотвращает растрескивание бетона из-за тепла.

Этот цемент обладает повышенной мощностью по отношению к сульфатам, менее реактивен, а время начального схватывания больше, чем у OPC.

6. Цемент, устойчивый к сульфатам

Сульфатостойкий цемент используется для снижения риска сульфатного воздействия на бетон и, таким образом, используется при строительстве фундаментов с высоким содержанием сульфатов в почве. Этот цемент снизил содержание C3A и C4AF.

Сульфатостойкий цемент используется в строительстве, подвергающемся сильному сульфатному воздействию воды и почвы в таких местах, как облицовка каналов, водопропускные трубы, подпорные стены, сифоны и т. Д.

7. Доменный шлаковый цемент

Доменный шлаковый цемент получают путем измельчения клинкеров с содержанием шлака около 60% и более или менее по свойствам похож на портландцемент. Его можно использовать для работ, где преобладают экономические соображения.

8. Цемент с высоким содержанием глинозема

Цемент с высоким содержанием глинозема получают путем плавления смеси боксита и извести и измельчения с клинкером. Это быстротвердеющий цемент с начальным и конечным временем схватывания около 3.5 и 5 часов соответственно.

Прочность на сжатие этого цемента очень высока и удобнее, чем у обычного портландцемента, и используется в работах, где бетон подвергается воздействию высоких температур, мороза и кислот.

9. Белый цемент

Он изготовлен из сырья, не содержащего оксида железа, и представляет собой обычный портландцемент белого цвета. Он дороже и используется в архитектурных целях, таких как сборные ненесущие стены и облицовочные панели, поверхность терраццо и т. Д.а также для внутренних и внешних декоративных работ, таких как внешняя отделка зданий, облицовочные плиты, полы, декоративные бетонные изделия, садовые дорожки, бассейны и т. д.

10. Цветной цемент

Производится путем смешивания 5-10% минеральных пигментов с обычным цементом. Их широко используют для декоративных работ на полах.

11. Воздухововлекающий цемент

Воздухововлекающий цемент получают путем добавления местных воздухововлекающих добавок, таких как смолы, клеи, натриевые соли сульфатов и т. Д.при помоле клинкера.

Этот тип цемента особенно подходит для улучшения удобоукладываемости при меньшем водоцементном соотношении и для улучшения морозостойкости бетона.

12. Expansive Cement

Расширяющийся цемент немного расширяется со временем и не дает усадки во время и после затвердевания. Этот цемент в основном используется для затирки анкерных болтов и каналов из предварительно напряженного бетона.

13. Гидрографический цемент

Гидрографический цемент изготавливается путем смешивания водоотталкивающих химикатов, обладает высокой удобоукладываемостью и прочностью.Он обладает свойством отталкивать воду и не подвержен влиянию сезонных дождей и дождей.

Гидрофобный цемент в основном используется для строительства гидротехнических сооружений, таких как плотины, резервуары для воды, водосбросы, водоудерживающие конструкции и т. Д.

Часто задаваемые вопросы по разным видам цемента
? Какие виды цемента?
Обычный портландцемент (OPC), портланд-пуццолановый цемент (PPC), быстротвердеющий цемент, быстросхватывающийся цемент, низкотемпературный цемент, сульфатостойкий цемент, доменный шлаковый цемент, высокоглиноземистый цемент, белый цемент, цветной цемент, воздух- захватывающий цемент, расширяющийся цемент и гидрографический цемент.
? Какой тип портландцемента используется чаще всего?
Обычный портландцемент - это наиболее часто используемый тип цемента.
? Для чего нужен обычный портландцемент?
Обычный портландцемент - это наиболее широко используемый тип цемента, который подходит для всех общих бетонных конструкций.
? Каковы применения портландского пуццоланового цемента?
Используется в морских сооружениях, фундаментах, канализационных и канализационных работах, а также для прокладки подводного бетона, такого как мосты, опоры, плотины, а также бетонные работы и т. Д.
? Где используется гидрофобный цемент?
Применяется при строительстве плотин, водосбросов, резервуаров для воды, водоудерживающих сооружений, подводных сооружений.

Подробнее:

Применение различных типов цемента в бетонных конструкциях

Испытания цемента на строительной площадке для проверки качества цемента
.
цемент | Определение, состав, производство, история и факты

Цемент , в общем, клейкие вещества всех видов, но в более узком смысле связующие материалы, используемые в строительстве и гражданском строительстве. Цементы этого типа представляют собой мелкоизмельченные порошки, которые при смешивании с водой становятся твердой массой. Отверждение и затвердевание являются результатом гидратации, которая представляет собой химическую комбинацию цементных смесей с водой, которая дает субмикроскопические кристаллы или гелеобразный материал с большой площадью поверхности.Из-за своих гидратирующих свойств строительные цементы, которые схватываются и затвердевают даже под водой, часто называют гидравлическими цементами. Самый важный из них - портландцемент.
процесс производства цемента
Процесс производства цемента, от дробления и измельчения сырья, обжига измельченных и смешанных ингредиентов до окончательного охлаждения и хранения готового продукта.
Encyclopædia Britannica, Inc.
В этой статье рассматривается история развития цемента, его производство из сырья, его состав и свойства, а также проверка этих свойств.Основное внимание уделяется портландцементу, но также уделяется внимание другим типам, таким как шлакосодержащий цемент и высокоглиноземистый цемент. Строительный цемент имеет общие химические составляющие и технологии обработки с керамическими изделиями, такими как кирпич и плитка, абразивные материалы и огнеупоры. Подробное описание одного из основных применений цемента см. В статье «Строительство зданий».

Применение цемента

Цемент может использоваться отдельно (то есть «в чистом виде» в качестве затирочного материала), но обычно используется в растворе и бетоне, в которых цемент смешивается с инертным материалом, известным как заполнитель.Строительный раствор представляет собой цемент, смешанный с песком или щебнем, размер которого должен быть менее примерно 5 мм (0,2 дюйма). Бетон представляет собой смесь цемента, песка или другого мелкого заполнителя и крупного заполнителя, который для большинства целей имеет размер от 19 до 25 мм (от 0,75 до 1 дюйма), но крупный заполнитель может также достигать 150 мм ( 6 дюймов) при укладке бетона в большие массивы, такие как дамбы. Растворы используются для связывания кирпичей, блоков и камня в стенах или для визуализации поверхностей. Бетон используется для самых разных строительных целей.Смеси грунта и портландцемента используются в качестве основы для дорог. Портландцемент также используется при производстве кирпича, черепицы, черепицы, труб, балок, шпал и различных экструдированных изделий. Продукция собирается на заводах и поставляется готовой к установке.
бетон
Заливка бетона в фундамент дома.
Karlien du Plessis / Shutterstock.com
Производство цемента чрезвычайно широко распространено, поскольку бетон сегодня является наиболее широко используемым из всех строительных материалов в мире.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас .
Параметрические исследования процессов производства цемента

Цементная промышленность является одним из наиболее интенсивных потребителей энергии в промышленных секторах. Потребление энергии составляет от 40% до 60% стоимости производства. Кроме того, на долю цементной промышленности приходится от 5% до 8% всех антропогенных выбросов CO ₂. Физиохимические и термохимические реакции, происходящие в цементных печах, все еще недостаточно изучены из-за их сложности. Реакции имеют решающее влияние на потребление энергии, ухудшение состояния окружающей среды и стоимость производства цемента.Существуют технические трудности в достижении прямых измерений критических параметров процесса в печных системах. Кроме того, моделирование процесса используется для проектирования, разработки, анализа и оптимизации процессов, когда экспериментальные испытания трудно провести. Кроме того, существует несколько моделей для изучения использования альтернативных видов топлива, процесса обжига цементного клинкера, химического состава фаз и физических параметров. Тем не менее, в большинстве из них не рассматривается реальная неэффективность процессов, оборудования и системы в целом.В данной статье представлены результаты параметрических исследований четырехступенчатой системы сухой вращающейся печи с подогревателем (RKS) с планетарным охладителем. RKS компании Mbeya Cement Company (MCC) в Танзании используется в качестве примера. В исследовании изучалось влияние изменения параметров RKS на поведение системы, работу процесса, окружающую среду и потребление энергии. Необходимые данные для моделирования RKS на заводе MCC были получены либо путем ежедневных эксплуатационных измерений, либо путем лабораторных анализов. Стационарная имитационная модель RKS была выполнена с помощью программного обеспечения Aspen Plus.Результаты моделирования были успешно подтверждены с использованием реальных рабочих данных. Прогнозы параметрических исследований показывают, что мониторинг и регулирование выхлопных газов может повысить эффективность сгорания, что, в свою очередь, приведет к экономии топлива и снижению производственных затрат. Состав выхлопных газов также зависит как от типа используемого топлива, так и от количества воздуха для горения. Объем отходящих дымовых газов зависит от количества воздуха для горения и проникающего воздуха в RKS. Результаты, полученные в результате исследования, предполагают потенциальную экономию угля как минимум примерно, что составляет примерно 76 126 тонн в год при текущем питании печи 58 000 кг · ч ^-1.Таким образом, это означает удельную экономию энергии около 1849,12 кДж · кг / с ^-1 при относительно более высокой производительности клинкера. Таким образом, моделирование процесса обеспечивает эффективные, безопасные и экономичные способы оценки производительности RKS.

1. Введение

В системе вращающейся цементной печи есть несколько параметров процесса, которые следует изучить, чтобы выявить тенденции, которые могут указывать на проблемы и предоставить необходимые средние данные для анализа процесса. Наиболее важными параметрами управления печи являются производительность клинкера, расход топлива, удельное потребление тепла, температура вторичного воздуха, температура на входе в печь, температура выхлопных газов подогревателя, падение давления внутреннего вентилятора, процентное содержание кислорода в исходной части печи, процентное содержание кислорода в нисходящем потоке, расход первичного воздуха, удельная объемная нагрузка печи, удельная тепловая нагрузка площади поперечного сечения зоны горения и расход более холодного воздуха, включая температуру, давление и профиль кислорода в подогревателе [1–4].Однако основными регулирующими переменными являются температура твердого материала в зоне горения; температура газа на исходном конце типичная при; и исходный кислород обычно составляет 2% [1]. Управление осуществляется регулировкой подачи в печь, расхода топлива и скорости внутреннего вентилятора [1].

Программное обеспечение для моделирования процессов используется для описания различных процессов в блок-схемах. Цели имитационных моделей - предоставить исчерпывающий отчет о потоках материалов и энергии, определить корреляцию между системами реакции и разделения, изучить способы устранения отходов и предотвращения загрязнения окружающей среды, оценить гибкость предприятия к изменениям в сырье или политике продукта, изучить образование и отделение побочных продуктов и примесей, оптимизация экономических показателей предприятия, проверка контрольно-измерительных приборов и повышение безопасности и контроля процесса.

Процессы производства цемента включают сложные химические и физические реакции во время преобразования сырья в конечный продукт. Более того, процесс обжига клинкера, который имеет решающее влияние на потребление энергии и стоимость производства цемента, включает в себя реакцию горения ископаемого топлива и сложный теплообмен между твердыми частицами сырья и горячими газами сгорания [2, 3]. Он также включает смешивание, а также разделение твердых веществ и жидкостей при различных составах, температурах и давлениях.Следовательно, учитывая эти сложные проблемы, которые способствуют неэффективному использованию энергии и выбросам в системах цементных печей, существует острая потребность в использовании компьютерного моделирования для упрощения работы по анализу. В других исследованиях предпринимались попытки изменить свойства топлива, параметры первичного и вторичного воздуха и место подачи топлива, чтобы изучить влияние рабочих параметров на топливо, полученное из отходов, где результаты показывают хорошую применимость представленной процедуры моделирования [2–5 ].

Производство цемента - это объемный и энергоемкий процесс, и, согласно авторам в [6, 7], цена потребления большого количества невозобновляемых ресурсов и энергии (в основном теплового топлива и электроэнергии) на этих заводах способствует примерно От 40% до 60% от общей стоимости изготовления.Кроме того, цементные заводы также интенсивны с точки зрения выбросов CO ₂ и других сточных вод. По этой причине устойчивость можно рассматривать как широкую и сложную концепцию в секторе цементной промышленности, поскольку она включает в себя множество ключевых вопросов, таких как (i) эффективность использования ресурсов и энергии, (ii) сокращение выбросов, (iii) охрана здоровья и безопасности, а также (iv) конкурентоспособность и прибыльность, которые необходимы для ее экономического выживания и общественного признания [8].

Термин «цемент» включает ряд веществ, используемых в качестве связующих или адгезивов, даже несмотря на то, что цемент, производимый в наибольших объемах и наиболее широко используемый в бетоне для строительства, - это портландцемент.Цементные заводы в основном состоят из трех производственных частей: (i) подготовка сырья и топлива, (ii) производство клинкера (обычно называемое частью пиропроцессинга) и (iii) измельчение и смешивание цементного клинкера с другими активными ингредиентами для производства требуемые виды цемента.

Процесс производства цемента начинается с обработки смеси сырья: (i) естественный известняк, который является источником кальция, (ii) глинистые минералы и (iii) песок, которые являются источниками кремния и алюминия, и (iv) железосодержащие компоненты.Сырье измельчается и смешивается в контролируемых пропорциях с образованием однородной смеси, называемой сырьевой мукой или сырьевой смесью, с требуемым химическим составом.

Сырьевая мука затем подвергается непрерывным высокотемпературным операциям в части пиропроцессинга установки, а именно в системе вращающейся печи (RKS). Постепенное повышение температуры вдоль RKS инициирует ряд последовательных реакций сырьевой муки, начиная от испарения свободной воды и заканчивая разложением сырья и сочетанием извести и оксидов глины.Это означает, что сырая мука проходит через ряд функциональных зон, где она сушится, предварительно нагревается, кальцинируется и спекается с получением минералов клинкера, которые, в свою очередь, образуют полурасплавленные гранулы цементного клинкера. Что касается типа пиропроцессинга, используемого в RKS, общую технологию производства цемента можно грубо разделить на (i) сухой процесс, (ii) мокрый процесс и его модификацию, (iii) полусухой процесс и (iv) полусухой процесс. процесс. Каждый из перечисленных процессов характеризуется различной подготовкой сырья и различными конфигурациями RKS, и на практике они должны быть выбраны с учетом свойств сырья и затрат на топливо и электроэнергию, а также условий размещения. и т.п.Основные используемые сегодня технологии, включая их конфигурации, соответствующие температуры и функциональные зоны внутри RKS, показаны на Рисунке 1 [9–11].

В целом, хотя мокрые процессы более энергоемки из-за испарения высокой влажности, содержащейся в сырье, инвестиционные затраты на эти установки довольно низкие, а высококачественная продукция легко производится [12–16]. С другой стороны, установки, основанные на сухих процессах, потребляют меньше энергии, что приводит к гораздо меньшим эксплуатационным затратам на производство.Однако, поскольку технологический прогресс почти устраняет различия в конечном качестве продукции между технологиями и потребность в энергосбережении становится все более сильной, в будущем мокрый процесс не обязательно будет требоваться. В настоящее время все цементные заводы Танзании используют технологию, основанную на сухом процессе.

На заключительной стадии производства портландцемент производится путем измельчения цементного клинкера с сульфатами, такими как гипс и ангидрит, с целью получения мелкодисперсного однородного порошка.В смешанных (композитных) цементах есть и другие составляющие, такие как искусственный пуццолан, песок, известняк, гранулированный доменный шлак, летучая зола и природные или инертные наполнители. Они перемалываются цементным клинкером или могут нуждаться в отдельной сушке и измельчении. Тип процесса измельчения и смешивания цемента и соответствующая концепция завода, выбранные на конкретном участке, зависят от типа производимого цемента, с особым вниманием к измельчаемости, влажности и абразивным свойствам его соединений.Иногда эти процессы могут выполняться на заводах, расположенных отдельно от заводов по производству клинкера. Около 70% всей энергии, необходимой для производства цемента, составляет тепловая энергия, а 30% используется в качестве электроэнергии [9], при этом на пироперерабатывающую часть установки (RKS) приходится около 90% общего потребления энергии. Большая часть тепловых потерь тепла происходит в одной и той же части установки из-за колебаний температуры подаваемых твердых потоков, вызванных химическими реакциями, а также теплообмена с горячими дымовыми газами (в секции нагрева РКС) и окружающим воздухом. потоки (в секции охлаждения РКС) [17–19].Некоторые авторы указали, что эти тепловые потери могут привести к до 20% первоначальных потерь энергии [20] .

Производство цемента также вносит значительный вклад в ухудшение состояния окружающей среды в результате как антропогенных выбросов загрязняющих веществ, так и деятельности по добыче сырья и угля, который является наиболее распространенным источником энергии на цементном заводе. Таким образом, на него приходится от 5 до 8% антропогенных выбросов парниковых газов [13, 14, 21]. Эти выбросы имеют два основных источника, которые оба расположены в РКС: (i) технологический CO ₂, высвобождаемый при прокаливании карбонатных минералов (около 62% от общих прямых выбросов CO ₂) и (ii) энергия - производный CO ₂, выделяемый при сжигании топлива, используемого при производстве клинкера (около 38% от общего количества прямого CO ₂) [22].

Во многих исследованиях оценивались энергетические и экологические показатели заводов по производству цемента по всему миру. Фараг и Тагиан [23] исследовали энергоэффективность пяти египетских цементных заводов, где, по их мнению, энергоэффективность варьировалась от 41,6% до 55,5%. Gürtürk и Oztop [24] исследовали тепловые характеристики завода по производству гипса, в результате чего энергоэффективность RKS составила 69%. Аналогичное исследование было проведено Parmar et al. [25], где энергоэффективность РКС составила 51.90%. Колип и Савас [26] проанализировали RKS с четырехступенчатым циклонным подогревателем и с прекальцинатором и сообщили об эффективности первого и второго закона 51% и 28% соответственно. Koroneos et al. в [27] исследовали производство цемента в Греции с использованием энергетического и эксергетического анализа, и их результаты показали, что энергоэффективность типичного RKS составляет 68,8%. Кроме того, их результаты показали, что самые большие потери тепловой энергии на заводе были вызваны необратимостью, которая произошла во время предварительного нагрева сырья, охлаждения клинкера и сжигания нефтяного кокса.Энергоэффективность установки подготовки сырья на цементном заводе в Турции составляет 84,30%, что было рассчитано Утлу и др. в [28], тогда как Атмака и Юмрутас в [29] провели эксергоэкономический анализ 4-ступенчатого сухого роторного цементного завода и обнаружили, что общая энергоэффективность завода составила 59,37%. Результаты оценки тепловых характеристик системы охлаждения клинкерной решетки были предприняты Madlool et al. [30], которые обнаружили, что энергоэффективность варьируется от 46,18% до 45,19%. Влияние образования оксида кальция, выбросов CO ₂ и экологических эффектов пиропроцессинга в РКС изучалось Боягчи в [31].Энергетические характеристики процессов в вертикальных шахтных печах для обжига извести были проведены Gutiérrez et al. в [32] и в цементной мельнице Согут и др. в [33]. Расул и др. в [34] исследовал использование систем рекуперации энергии на цементных заводах Индонезии и сообщил, что энергоэффективность может быть значительно повышена. По их расчетам, эффективность горения клинкера составила 52,07%, а эффективность охладителя - 47,75%.

В недавно опубликованной статье Rahman et al. [35] отметили четыре коммерческих пакета программного обеспечения, а именно Aspen Plus, Aspen HYSYS, ANSYS Fluent и CHEMCAD, как широко используемые инструменты компьютерного моделирования и моделирования в процессах производства цемента.Авторы заметили, что большинство исследований, касающихся моделирования и моделирования процессов производства цемента, которые можно найти в литературе, основаны на вычислительной гидродинамике (CFD) и используют пакет ANSYS Fluent. Это программное обеспечение позволяет моделировать влияние состояния поверхности и фазовых изменений материала, а также оптимизировать поток жидкости, подачу материала и вмещающую структуру [2–5]. Более того, рассматривая характер производства цемента, конкретные потребности и цель концептуального проектирования процесса, а также опыт исследований других авторов [36–39], они определили программное обеспечение Aspen Plus как наиболее подходящий инструмент для моделирования проточной пленки и моделирования цементные заводы.Aspen Plus использует имитатор технологической схемы для графического представления каждого этапа процесса и позволяет быстро и легко вносить изменения в процесс, не требуя новой модели для каждого изменения. Кроме того, программное обеспечение Aspen Plus имеет обширную базу данных и позволяет моделировать химические реакции в твердой, жидкой и паровой фазах. По этой причине программное обеспечение Aspen Plus используется в этом исследовании для моделирования и моделирования установки MCC, уделяя особое внимание химии клинкера и термодинамике в RKS.

В процессах производства цемента существует несколько моделей с целью изучения использования альтернативных видов топлива [4, 36, 39]: фазовая химия [40], процесс окисления каменноугольного пека [41], процесс смешивания цементного сырья. [42], сокращение CO ₂ [43], анализ чувствительности модели, используемой для проектирования процессов вращающейся печи [44], и прогнозирующее управление нелинейной моделью [45]. Однако все эти модели не решают проблемы реальной неэффективности процессов производства цемента, оборудования и всей системы.Большинство моделей, встречающихся в литературе, основаны только на первом законе термодинамики, что не дает понимания минимизации необратимости из-за химических реакций. Кроме того, было очень сложно моделировать процессы, которые включают термодинамические свойства жидкостей и твердых тел, в одном программном обеспечении для моделирования среды. Таким образом, текущее исследование проливает свет на создание модели, которая объединяет твердые и жидкие вещества в одной моделирующей среде с целью повышения производительности процессов производства цемента в системе печи.В исследовании представлена модель, специально предназначенная для оптимизации использования энергии в процессах производства цемента с использованием как первого, так и второго законов термодинамики. С учетом этого, разработанная модель была усовершенствована с использованием эксергетического анализа, чтобы выявить неэффективные процессы и компоненты в системе [46]. Разработанная термодинамическая модель RKS используется не только для расчета энергетических и экологических показателей RKS, но также дает полезный ключ к снижению энергопотребления, а также для прогнозирования поведения системы при альтернативных конфигурациях и различных производственных параметрах.В этой работе были проведены параметрические аналитические исследования с целью изучения влияния изменения параметров системы печи на поведение системы, работу процесса, окружающую среду и использование энергии при сохранении качества производимого клинкера в пределах допустимых значений. Также была поставлена цель создать печную систему, которая будет лучше работать с точки зрения энергопотребления и сохранения окружающей среды. Параметрический анализ проводился путем варьирования расхода угля, а также расхода охлаждающего и первичного воздуха.Другие проведенные сравнительные параметрические анализы включали зависимость температуры от расхода топлива, расхода топлива от состава дымовых газов, расхода топлива от состава отработавших газов, содержания влаги в угле относительно эффективности сгорания и расхода воздуха относительно состава отработавших газов.

Остальная часть документа организована следующим образом: весь производственный процесс в MCC описан в разделе 2. Процесс иллюстрируется упрощенной блок-схемой, где наиболее важные технологические операции представлены как взаимосвязанные подсистемы.В подразделе 2.2 представлены и обсуждаются ключевые вопросы, связанные с моделированием RKS в программе Aspen Plus. В подразделе 2.3 представлены результаты моделирования и проверки. В Разделе 3 представлены результаты параметрического исследования печной системы с использованием модели в отношении ключевых материалов и термодинамических параметров в RKS. Раздел 4 посвящен общему заключению исследований, представленных в этой статье, и направлениям будущих работ.

2. Практический пример

В данной статье представлены результаты параметрического исследования системы вращающейся сухой печи с четырехступенчатым подогревателем MCC с планетарным охладителем [46], построенной в районе Мбея Танзании в 1978 году.Текущая производственная мощность завода составляет около 770 тонн цемента в сутки, и в последние годы она резко выросла в результате растущего спроса на цемент в стране. Производство цемента на заводе МХК основано на сухом технологическом процессе, и согласно предварительному энергоаудиту потребление тепловой энергии в МХК составляет около 3,5 ГДж на тонну произведенного клинкера. Основным источником энергии на станции является уголь, который получают из Танзании (Tancoal) и из Малави (оба, Мченга и Эрланд).Основным продуктом MCC является композитный пуццолановый цемент, тогда как обычный портландцемент - второстепенный продукт.

Энергетические характеристики большинства существующих заводов по производству цемента в Танзании аналогичны другим предприятиям в Африке к югу от Сахары (SSA), и они низкие по сравнению со средними мировыми показателями передовой практики. Исследования показывают, что удельное потребление электроэнергии на некоторых цементных заводах в Восточной и Центральной Африке колеблется от 105 до 140 кВтч на тонну произведенного цемента, где удельное потребление тепловой энергии составляет от 3.35 ГДж и 4,19 ГДж на тонну произведенного клинкера [47]. Очевидно, это очень далеко по сравнению с типичными заводами Индии, например, где удельное потребление электроэнергии составляет около 85 кВтч на тонну произведенного цемента, а удельное потребление тепловой энергии обычно составляет менее 3,18 ГДж на тонну произведенного цемента. клинкер.

Во время предварительного энергоаудита на заводе MCC было замечено, что энергоэффективность завода более чем на 20% ниже по сравнению с аналогичными заводами в других частях мира.По этой причине цель исследования, представленного в этом документе, - выявить возможности улучшения процесса, которые могут повысить показатели устойчивости процесса производства цемента на заводе. Исследования проводились с использованием современных средств компьютерного моделирования и имитационного моделирования, которые также использовались для комплексного энергетического анализа РКС. Как упоминалось ранее, эта часть завода потребляет более 90% всей энергии, вводимой в производственный процесс [48–50].

Необходимые данные для моделирования и моделирования RKS на заводе MCC были получены либо из ежедневных эксплуатационных измерений и лабораторных анализов, либо из базы данных автоматической системы управления станцией, и они были примерно разделены на два типа: (i) системные данные, которые включали типы и производительность технологического оборудования на заводе и (ii) рабочие данные, которые включали различные параметры повседневной работы, такие как вращение вращающейся печи, номинальная мощность, температура и профили давления вдоль RKS, потребление электроэнергии, химический анализ сырых шротов, угля, золы, пыли и произведенного клинкера.

2.1. Описание процессов производства цемента MCC

Упрощенная блок-схема (BFD) завода MCC с акцентом на систему вращающейся печи представлена на рисунке 2. Она состоит из нескольких наиболее важных подсистем (показанных в виде одного блока на рисунке. ), который выполняет определенные технологические операции при производстве цемента. Далее следует краткое объяснение BFD и описание подсистем и основных потоков материалов, которые показаны на Рисунке 2.

Подготовка сырья (RM - отдельный блок на рисунке 2) - это подсистема, в которой исходные материалы (Rm _f - поток материала на рисунке 2) преобразуются в сырьевую муку или сырьевую смесь ( Rm _x).Пропорциональное сырье сушится, гомогенизируется и измельчается до необходимого размера на сырьевой мельнице. Процесс сушки поддерживается горячими дымовыми газами (Hfg ₂) из следующей подсистемы
.
Новые цементные технологии

Цементная промышленность во всем мире сталкивается с растущими проблемами в контексте экономии материальных и энергетических ресурсов, а также сокращения выбросов CO ₂. Международное энергетическое агентство подчеркнуло в своей «Дорожной карте для цементной промышленности», что основными рычагами для производителей цемента являются использование альтернативных материалов, будь то топливо или сырье, а также снижение коэффициента клинкер / цемент за счет использования из хорошо зарекомендовавших себя материалов, таких как шлак, летучая зола, пуццоланы или мелочь известняка.Это подчеркивает, что в ближайшие годы цемент будет в значительной степени зависеть от клинкера OPC. Поэтому новые цементы, безусловно, сначала будут учитывать большее количество основных компонентов, помимо клинкера, которые проявляют пуццолановые или скрытые гидравлические свойства.

Искусственные материалы, полученные из природных или промышленных ресурсов, но требующие дополнительной термической обработки и / или активации, также могут играть определенную роль. В настоящее время неясно, в какой степени цементы на основе магнезии могут играть роль.С другой стороны, сульфоалюминатные цементы могут играть важную роль. К сожалению, из-за специфики сырья, а также их характеристик в бетоне они, скорее всего, не смогут заменить соответствующие части сегодняшних рынков цемента.

Производство цемента претерпело огромное развитие с момента своего возникновения около 2000 лет назад до наших дней. Хотя использование цемента в бетоне имеет очень долгую историю, промышленное производство цемента началось в середине 19 века, сначала с шахтных печей.Позже они были заменены вращающимися печами в качестве стандартного оборудования во всем мире. Годовое производство цемента в мире достигло 2,8 млрд. Тонн в год и, как ожидается, вырастет еще до 4 млрд. Тонн в год. Основной рост прогнозируется в таких странах, как Китай и Индия, а также на Ближнем Востоке и в Африке (MENA) (Рисунок 1). В то же время цементная промышленность сталкивается с такими проблемами, как увеличение затрат на энергию, требования по сокращению выбросов CO ₂ и проблемы с поиском сырья достаточного качества и в достаточном количестве.

Всемирный совет предпринимателей по устойчивому развитию и его Инициатива по устойчивому развитию цемента (CSI), в которую входят мировые производители цемента, инициировали проект под названием «Правильное определение цифр», который впервые обеспечивает хорошую базу данных для большей части мировой цементной промышленности. в отношении CO ₂ и энергетических характеристик. На Рисунке 2 показаны энергетические показатели мировых цементных производств, охватываемые членами CSI.

Разработка

В то время как производство цемента традиционно было ориентировано на OPC, были разработаны композитные цементы и цементы из доменного шлака, которые в настоящее время являются центральной частью портфеля производителей цемента.В то же время портлендский известняк и портлендские пуццолановые цементы приобрели значение, особенно в регионах, где нет шлака или летучей золы. В глобальном контексте снижения затрат и ограничений CO ₂ производители цемента стремятся снизить содержание клинкера в своих цементах. Пределы задаются характеристиками цемента, поэтому качество конечного бетона не может быть ухудшено. На Рисунке 3 показаны различные типы цементов и их содержание оксида кальция, диоксида кремния и алюминия / оксида железа.

Снижение содержания клинкера в цементе в основном учитывает проверенные и проверенные основные компоненты. Хотя глобальная доступность скрытых гидравлических и пуццолановых материалов промышленного происхождения, безусловно, ограничена, особое внимание уделяется цементам с высоким содержанием известняка.

По сути, это расширение существующих стандартов на цемент, поскольку они были разработаны во всем мире и, безусловно, открывают возможности для будущего. Например, исследование проводится в контексте европейского стандарта с основным упором на повышение прочности и долговечность производимого бетона.

На Рисунке 4 показан диапазон существующих в настоящее время типов цемента, стандартизированных в Европе, и расширение, которое в настоящее время исследуется. В любом случае производство цементов с расширенным использованием проверенных и проверенных компонентов, безусловно, требует отличных механизмов обеспечения качества, поскольку они были успешно внедрены в цементной промышленности. Кроме того, характеристики, присущие производству цемента, гарантируют большие объемные потоки и хорошую гомогенизацию, что приводит к постоянному качеству продукции.

Натуральный состав?

Все будущие цементы, безусловно, должны будут основываться на материалах, которые доступны во всем мире в достаточном количестве. Рисунок 5 показывает, что CaO, SiO ₂, а также Fe ₂ O ₃ и Al ₂ O ₃, безусловно, являются ключевыми материалами в этом отношении. Оксид магния кажется доступным, даже если залежи могут быть не так близко к поверхности, как те, которые в настоящее время эксплуатируются в цементной промышленности.На основе кальция, кремния, алюминия и железа можно было предвидеть новые цементы, начиная от портландцемента и кончая чистыми алюмосиликатами, которые определенно не содержат извести. С точки зрения CO ₂ это может быть выгодным подходом. Однако алюмосиликаты или геополимеры, как они также известны, требуют активаторов, чтобы инициировать процесс отверждения. Возможный выбор - щелочная активация. Тем не менее, потребность в энергии для производства этих активаторов, безусловно, значительна.

Требования к новым технологиям

Все цементы должны соответствовать требованиям по долговечности, развитию прочности, раннему развитию прочности, удобоукладываемости, стоимости и окружающей среде. В зависимости от состава цемента эти критерии могут выполняться в разной степени. В руках производителя оптимизировать различные типы цемента по этим категориям. Потребитель выберет подходящий вид цемента для конкретной конструкции.Долговечность является одним из важнейших требований, особенно для новых цементов, которые будут разрабатываться в будущем. Необходимо ответить на вопрос о стойкости к карбонизации, устойчивости к проникновению хлоридов, только чтобы привести несколько примеров. В умеренном климате аспекты долговечности в значительной степени определяются также морозостойкостью.

Среди компонентов, которые, возможно, еще не полностью раскрыли свой потенциал в качестве компонентов цемента, кальцинированные глины могут играть важную роль. Известно, что эти материалы проявляют пуццолановые свойства.Однако процесс обжига во многом определяется происхождением и составом этих глин. Обычно температуры прокаливания находятся в диапазоне 700-850 ° C. Доступность в мировом масштабе хорошая, хотя в некоторых странах глины вообще отсутствуют.

(Рисунок 6 показывает термогравиметрический образец для образца глины).

Пуццоланы будущего

С другой стороны, пуццолановые материалы или скрытые гидравлические материалы будущего могут быть получены из отходов.

Известно, что гранулированные шлаки от производства чугуна обладают исключительно хорошими скрытыми гидравлическими свойствами. В том же контексте остеклованные отходы, имеющие соответствующий состав, могут быть многообещающими скрытыми гидравлическими материалами. Некоторые из этих отходов, например зола лигнита, в некоторых странах содержат достаточное количество кальция. Другие продукты с низким содержанием кальция могут быть полезны для производства других пуццоланов.

Цементы будущего

В литературе довольно много отчетов о новых типах цементов в исследовательском масштабе.Например, целитент основан на гибридных фазах силиката кальция. Производство предусматривается путем гидротермического синтеза и реактивного помола извести в кремниевом компоненте. Соотношение Ca / Si ниже, чем у клинкера OPC, следовательно, выбросы CO ₂ и потребности в энергии могут быть ниже. Однако в настоящее время слишком рано давать какие-либо оценки относительно будущего потенциала этого вяжущего в отношении долговечности, стоимости производства или даже технического потенциала для соответствующей замены существующих цементов.

Novacem представила цемент на основе оксида магния и гидратированных карбонатов магния. Согласно Novacem, сырье основано на силикатах магния, которые перевариваются и впоследствии карбонизируются при повышенных температуре и давлении. Хотя цементы на основе магнезии известны давно, остается открытым вопрос, сможет ли Novacem в конечном итоге обеспечить достаточную долговечность, чтобы заменить соответствующие количества современного цемента. Novacem указывает, что необходимо провести серьезные исследования, но на сегодняшний день они добились значительного прогресса.

Сводка

По уважительным причинам современный мир в значительной степени полагается на OPC. Будущие разработки обязательно будут учитывать проверенные временем основные составляющие и, следовательно, приведут к более низкому коэффициенту клинкера, чем сегодня.

Последние разработки, как правило, еще не прошли масштаб исследований. Цементная промышленность и научное сообщество, безусловно, будут с большим интересом следить за этими разработками. С сегодняшней точки зрения остается открытым вопрос, смогут ли эти новые материалы заменить сегодняшний цемент в значительном количестве.
.
Смотрите также

Размеры анкер болт

Как правильно установить вентиляцию в погребе

Пенополистирол технические характеристики

Сколько стоит построить пристройку к дому из пеноблоков

Монтаж ленточного фундамента технология

Когда сеять рапс как сидерат

Промазка швов битумной мастикой

Смесительный узел для теплого пола как работает

Подключить газовую варочную панель

Расчет кубатуры блоков на дом

Юсби плита влагостойкая применение

Новые обзоры

Перфорированный крепеж в Санкт-Петербурге

Что из себя представляет ведение бухгалтерии

Заклепки вытяжные в Санкт-Петербурге

Металлопрокатная продукция: двигатель экономики

Обзор аппаратов плазменной резки

Приборы контроля характеристик железобетонных конструкций

Недостатки фундаментов, возведенных на винтовых сваях

Решение проблемы отведения сточной воды от участка

Замена и установка сантехники – работа для профессионалов

Блоги

Способ привлечения персонала: аутстаффинг персонала

Меры предосторожности при использовании ядохимикатов

Как определить качественную и некачественную тротуарную плитку

Амортизационные расходы на износ форм тротуарной плитки

Работа в мастерской по изготовлению тротуарной плитки

Влияние пигмента на себестоимость тротуарной плитки

Главное меню

Состав цемента и его производство

из чего состоит и как его производят

Основные характеристики цемента

Типы продукции по сфере использования

Исходные материалы для приготовления

Как готовят цемент на производстве

Как сделать цемент в домашних условиях

Как сделать цементный раствор

Из чего делают цемент? | Свой Дом

Сырьевой материал

Карбонатный тип.

Глинистое сырьё.

Корректирующие добавки

Состав

Процесс изготовления

Этапы производства

Состав цемента: характеристики и свойства цемента

Сырье для изготовления цемента

Химические составы в процентах некоторых типов цементов

Что такое цементный клинкер?

Технологии производства цемента

Производство бесклинкерного цемента

Основное оборудование для изготовления цемента

Типы цемента и сферы их использования

Технология производства цемента: сырье, способы, оборудование

Состав цемента

Производство цемента на заводах

Сухой способ

Мокрый способ

Комбинированные способы

Как делают белый цемент

Как делают цемент: технология производства цемента

Состав цемента

Производство цемента на заводах

Сухой способ

Мокрый способ

Комбинированные способы

Как делают белый цемент

Заключение

состав и производство, как добывают сырье на заводе, технология и изготовление в домашних условиях

Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления

Состав, из которого производят цемент

Производство – как изготавливают цемент, процесс получения на заводе

Классификация цементных смесей

Состав и классификация цемента - PetroWiki

Дозировка материалов

Классификация цемента

Классификация API

Класс A

Класс B

Класс C

Класс G

Класс H

Свойства цемента, указанные в спецификации API

Ссылки

См. Также

Интересные статьи в OnePetro

Внешние ссылки

Категория

цемент | Определение, состав, производство, история и факты

Применение цемента

13 видов цемента и их использование в бетонном строительстве

13 видов цемента и их применение

1. Обычный портландцемент (OPC)

2. Портлендский пуццолановый цемент (PPC)

3.Цемент быстрого отверждения

4. Быстросхватывающийся цемент

5. Цемент низкотемпературный

6. Цемент, устойчивый к сульфатам

7. Доменный шлаковый цемент

8. Цемент с высоким содержанием глинозема

9. Белый цемент

10. Цветной цемент

11. Воздухововлекающий цемент

12. Expansive Cement

13. Гидрографический цемент

Часто задаваемые вопросы по разным видам цемента

цемент | Определение, состав, производство, история и факты

Применение цемента