Как и из чего делают цемент: все о процессе производства

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?

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.

Из чего состоит цемент

Материал используется очень широко. Его применяют как самостоятельный продукт и вводят в растворы. Все это благодаря свойству сухой смеси — она может становиться пластичной при добавлении воды и через некоторое время отвердевать, превращаясь в подобие камня. Ее характеристики несколько варьируются в зависимости от состава, поэтому важно знать, из чего делают цемент.

В его составе всегда пять основных ингредиентов. Разберем их на примере портландцемента, одной из самых востребованных разновидностей:

• окись кальция — не меньше 61%;
• кремния диоксид — не менее 20%;
• глинозем около 4%;
• окись железа — не меньше 2%;
• окись магния — не менее 1 %.

Instagram zgbi_kamenskii

В смесь вводятся добавки, улучшающие определенные характеристики материала. В качестве сырья могут использоваться разные породы. Производство обычно размещают в непосредственной близости от месторождений.

Необходимые минералы добывают открытым способом, это:

• Карбонатные породы: доломит, мергель, ракушечник, мел и другие известняки.
• Глинистые породы: лесс, суглинки, сланцы.

В качестве добавок используются апатиты, плавиковый шпат, кремнезем, глинозем и т.д.

• Отделочные материалы

  Чем отличается штукатурка от шпаклевки: подробное описание для начинающих

Крупные цементные предприятия в мире и России

Крупнейшим мировым производителем цемента является группа компаний LafargeHolcim (Франция). Основными конкурентами являются компании Cemex (Мексика) и HeidelbergCement (Германия). Ведущими представителями рынка являются предприятия Dyckerhoff (Германия), Italcementi (Италия), Anhui Conch Cement (Китай), Taiheiyo Cement (Япония), Votorantim Cimentos (Бразилия). Ведущими производителями России являются следующие компании: Евроцемент Груп, Сибирский цемент, Азия Цемент, Новоросцемент, Себряковцемент.

Разновидности материала

В продажу поступает множество разновидностей цемента. Они отличаются друг от друга по целому ряду характеристик:

• Прочность. Важнейший показатель, который указывается на маркировке. Она выполняется в виде буквы М и цифры. Последняя и обозначает прочность. Ее определяют в результате проведения технических испытаний.
• Фракция. Определяется помолом смеси. Чем он тоньше, тем более качественной считается продукция. Идеальным считается состав из крупных и мелких частиц, поскольку только тонкий помол требует слишком большого количества воды при замесе.
• Скорость отвердевания. Варьируется путем введения в смесь гипса. В зависимости от назначения продукта может существенно различаться.
• Морозоустойчивость. Определяется реакцией на цикл замораживание и размораживание. Материал характеризуется количеством таких циклов, которые он выдерживает без изменения своих свойств.

Instagram metallgroupvitebsk

Потребность в воде при замесе раствора зависит от плотности материала, поэтому количество воды для замеса разных марок разнится. Избыток жидкости уменьшает прочность цемента.

В зависимости от области применения выделяется несколько типов цементных смесей.

Портландцемент

Отвердевает на воздухе и в воде. Минеральные добавки отсутствуют. Широко используется для возведения разноплановых монолитных конструкций.

Сульфатостойкий

Его особенность — повышенная устойчивость к химическим агрессивным средам. Характеризуется невысоким коэффициентом насыщения. Это позволяет применять сульфатостойкий цемент для строительства гидротехнических, подземных сооружений и т.п.

Пуццолановый

Может считаться разновидностью сульфатостойкого, но с добавлением активных минералов. Медленно отвердевает, имеет высокую водостойкость. Используется для гидротехнического строительства.

Глиноземистый

Повышено содержание окиси кальция и глинозема. Это позволяет смеси быстро отвердевать. Применяется для изготовления быстро твердеющих жаростойких и строительных растворов, которые находят применение при ремонтных работах, скоростном строительстве, зимнем бетонировании и т.д.

Кислотоупорный

В состав входит кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Замешивается не водой, а жидким стеклом. Используется для получения кислотостойких покрытий. Не выдерживает постоянного воздействия воды.

Пластифицированный

Изготавливается со специальными добавками, придающими морозостойкость и повышенную подвижность приготовленным на этом цементе растворам. Они приобретают большую прочность, лучше сопротивляются коррозионным воздействиям и отличаются повышенной водонепроницаемостью.

Шлакоцемент

В его рецепт включается шлак, процент содержания которого может варьироваться от 20% до 80% от массы продукта. Это удешевляет материал, замедляет скорость его отвердевания и увеличивает жаростойкость. Применяется для возведения наземных, подводных и подземных объектов.

Instagram tsement_82

Как показывает практика, самым востребованным вариантом является портландцемент. Именно его имеют в виду, когда речь идет о цементе.

Изготовление в домашних условиях, что добавить для прочности и не только

В некоторых случаях возможно рассмотреть вариант самостоятельного изготовления. Но прежде чем приступать к работам необходимо запомнить, что процесс изготовления очень трудоемкий и требует наличия специального оборудования и навыков. Кроме этого, качество и характеристики самодельного продукта несопоставимы со свойствами цемента, произведенного в промышленных условиях. Даже при использовании улучшающих свойства добавок, в частности, пластификаторов, это утверждение будет актуально. Поэтому принимать решение об изготовлении цемента своими руками, нужно только в последнюю очередь.

Как делают цемент

Технология изготовления заключается в получении и последующем измельчении клинкера. Так называются гранулы, которые являются промежуточным продуктом производства. Их состав всегда неизменен. Это известняк и глина, смешанные в пропорции 3:1. В природе существует минерал, полностью идентичный по составу клинкеру. Он называется мергель. Однако его запасы ограничены и не могут обеспечить потребность производства.

Поэтому на заводах используется искусственный аналог мергеля. Для его получения необходимые ингредиенты тщательно смешиваются в больших емкостях специальными барабанами. Подготовленная таким образом масса подается в печи, где обжигается около четырех часов. Температура процесса составляет порядка 1500оС. В таких условиях порошок начинает спекаться в небольшие гранулы. После остывания клинкерные зерна направляются на помол. Их измельчают в больших барабанах с шаровыми ситами грохотами. На этом этапе важно размолоть гранулы и получить порошкообразный продукт определенных размеров. Помол определяется размерами ячеек сита. Полученный порошок смешивается с необходимыми добавками, которые определяют марку и свойства продукта.

Instagram tsement_82

Готовые цементные материалы поступают на хранение или на участок расфасовки, где распределяются в тару различной вместимости либо загружаются в специальные автомобили-цементовозы.

Несмотря на общую технологию, для производства состава в зависимости от свойств сырья могут использоваться три способа.

Сухой способ

Этот метод позволяет значительно сократить время и затраты на изготовление цементной смеси. Он предполагает несколько этапов:

1. Сырье дробится до получения зерен мелкой фракции.
2. Подготовленные гранулы сушатся до достижения нужной влажности. Это делается, чтобы облегчить последующие операции.
3. Ингредиенты смешивают в определенных пропорциях. После чего измельчают, получая муку.
4. Порошок подается во вращающуюся печь, где обжигается, но не спекается в гранулы.

После остывания готовый продукт направляется на склад или на участок фасовки.

Сухой способ считается наименее энергозатратным, а потому очень выгоден для производителей. К сожалению, он применим не для всех категорий сырья.

• Отделочные материалы

  7 отделочных материалов, которые вы пока еще не использовали в интерьере

Мокрый способ

В некоторых случаях необходимо увлажнение подготовленного к производству материала. В таких случаях используется мокрый способ. Для приготовления клинкера, который состоит из известняка и глины, замешивается смесь из основных компонентов с добавлением воды. В результате получается вязкая масса, которую называют шламом.

Ее закладывают в печь, где происходит обжиг. В этом процессе из шлама формируются гранулы, которые после остывания отправляются на измельчение.

Instagram tabys.cement

Полученный из клинкера порошок смешивается с размолотыми добавками. Только после этого продукт готов к расфасовке и складированию. Произведенный по такой технологии состав имеют самую высокую себестоимость.

• Отделочные материалы

  Декоративная штукатурка своими руками из шпаклевки: рецепты смесей и способы нанесения

Комбинированный способ

Применяется для снижения стоимости готовой продукции. Представляет собой своеобразный симбиоз сухой и мокрой технологии. Изначально замешивается шлам, который впоследствии обезвоживается. Таким образом делают клинкер. Он поступает в печь, работающую по «сухой» технологии. Далее при необходимости проводится смешивание с наполнителями, и продукт готов. Более подробно процесс показан на видео.

Качество цемента во многом зависит от сырья, из которого он произведен, и точности соблюдения всех технологических этапов. Учитывая, что характеристики изготовленных из него строительных материалов определяются качеством смеси, стоит обратить на нее самое пристальное внимание.

Изготовление белого цементного раствора

Производство белого цемента нуждается в отдельном рассмотрении. Материал широко используется в отделке поверхностей. После высыхания приобретает белый цвет.

В соединение смеси входят мергель, известняк, мрамор, песок и глина, но в меньшей степени в сравнении с серым цементом. Большую часть смеси занимает мраморная крошка. В смеси также допускается присутствие красящих окислительных элементов: железа, хрома, марганца, титана и других. Мел и каолин придают раствору белесый оттенок. К чистоте используемой воды предъявляются высокие требования, ее процент в общей массе не более 45%. Материал проходит несколько уровней очистки, поэтому на исходе получается цемент высокого качества. Обрабатываемая раствором из белого цемента поверхность не имеет изъянов.

Измельчение клинкера продолжается в мельничном агрегате, в котором установлена специфическая облицовка. Деликатность измельчения белого цемента гораздо выше, чем обычного серого. Поэтому смесь производится двух марок М400 и М500. Изделия из белого цемента не осыпаются, не разрушаются, за ними легко ухаживать. Поэтому материал применяется в создании разнообразных архитектурных строений и форм.

Важно отметить, что белоснежный цвет материала позволяет создавать другие оттенки. На заключительном этапе производства в смесь вносится определенный процент пигментных добавок.

Для производства каждого вида цемента используется особое оборудование, а производители придерживаются определенной последовательности действий. Поэтому рекомендуется приобретать цемент у производителей, которые уже зарекомендовали себя на строительном рынке, сопровождают свою продукцию сертификатами качества.

Смешивание

Мокрый способ производства цемента
Чтобы создать цемент разных марок, к подготовленной породе добавляют железо, двуокись алюминия и кремний. Состав и количество добавок определяется после химического исследования известняка. Роллер равномерно перемешивает составляющие цемента, до получения однородного порошка без камней. По завершению процесса готовую смесь направляют на термическую обработку.

Основные характеристики

На какие свойства цемента стоит обратить внимание в первую очередь:

прочность цемента, как и бетона, – важнейший показатель, который является определяющим при выборе сырья для строительства. Этот параметр тестируется исходя из максимальной нагрузки, которую может выдержать цементная балка;

Обычно о прочности можно узнать по маркировке блока. Обычно используются такие обозначения: М400 или М500. Выпускаются вяжущие вариации цемента от М300 до М800.

Проверка цементного блока на прочность

активность при пропаривании – ещё одна немаловажная характеристика, показывающая, насколько активно гудронирует вяжущий состав. От этого показателя напрямую зависит прочность вяжущего компонента и время теповлажностной обработки. Существует 3 группы по пропариванию. Первая – самая лучшая и эффективная;

Пропаривание образцов

Это две самые важные характеристики вяжущего вещества, применяемого в любой сфере строительства. Поэтому с каждой новой партии, даже если есть на руках паспорт качества, проводятся тестирования таких свойств. На основании полученных данных выполняется корректировка состава.

сроки схватывания – время, когда начинает схватываться цементный состав. Обычно оно составляет от 45 минут до 10 часов. Чем выше температура, тем быстрее наступает схватывание;

Прибор Вика для определения сроков схватывания

• насыпная плотность – в рыхлом состоянии она равна примерно 900−1100 кг/см3, в уплотнённом – 1400−1700 кг/см3, истинное это значение − 3000−3100 кг/см3;
• водопотребность – необходимое количество воды для гидратации цемента и создания пластичности теста. Как правило, берётся примерно 17% воды от массы цемента, необходимой для гидратации. Но бывает, что такой показатель увеличивают из-за того, что водопотребность самого цемента выше.

Насколько качественно вяжущее свойство получилось, тестируют ещё в заводских лабораториях и на основании подобных испытаний выдают паспорт качества, из которого мы и узнаем все характеристики. Но его получаем только через месяц, так как паспорт выдаётся на основании испытаний образцов в 28-суточном возрасте. Поэтому каждую новую партию независимо тестируют в лаборатории, чтобы узнать, насколько он качественный. Последнее же зависит от состава самого вяжущего материала.

Отличия мокрой технологии производства от сухой

Обе технологии производства цемента обладают своими нюансами, плюсами и минусами. Но есть ключевые особенности, которые необходимо учитывать в первую очередь при планировании бизнеса и просчете расходов, прибыли. Главный недостаток мокрого метода производства цемента – существенная энергоемкость всего процесса, которая отражается соответствующим образом на цене конечного продукта в сторону повышения.

Сухая же технология менее экологична и опасна для окружающей среды, в связи с чем требует значительных расходов на устранение этого фактора. При этом, сам процесс производства обходится дешевле по всем пунктам, позволяет понизить цену конечного продукта.

Выбор оборудования

Если денег в бюджете не так уж и много, то лучше обратить внимание на поддержанную технику, так как новая будет стоить более 120 миллионов рублей. В это же время, б/у оборудование будет стоить около 30 миллионов рублей.

Обыкновенный выбор должен включать в себя бункеры для обработки сырья, смесители компонентов, печи для обжига, конусные и роторные мельницы для дробления ископаемых, конвейерные системы, сепараторы, склады для хранения компонентов, оборудование для фасовки.

Самым актуальным оборудованием для производства цемента считается вертикальная шахтная печь для обжига. Они рассчитаны на объем от 50 до 300 тонн переработки в день.

С поиском продавца оборудования могут возникнуть сложности. Вторичный рынок не слишком богат подобной техникой, а новые модели поставляет Китай.

Специальные добавки

При изготовлении применяются и другие компоненты (соли, окислы кальция, магния, фосфора), но их концентрация незначительна. Добавки вносятся для получения каких-либо определенных свойств – жаропрочности, кислотоустойчивости и пр. Чтобы получить возможность регулировать время схватывания цементного раствора, при изготовлении добавляют гипс.

Изготавливают материал с обязательным введением специальных добавок, повышающих эксплуатационные характеристики состава. Технология производства предусматривает применение следующих корректирующих компонентов:

• Добавок на базе ископаемого сырья с высокой концентрацией глинозема.
• Улучшителей, содержащих кремнезем.
• Ингредиентов, полученных из глинистых пород.
• Компонентов, полученных из апатитов и плавикового шпата.

Введение пластификаторов, предусмотренных спецификой технологического процесса, позволяет обеспечить следующие эксплуатационные характеристики состава:

• способность оказывать сопротивление проникновению воды в массив;
• сокращение продолжительности затвердевания состава;
• повышенную прочность монолитного массива;
• устойчивость к длительным, многократным стадиям замораживания с последующим оттаиванием;
• стойкость к влиянию жидких, газообразных агрессивных сред;

При замешивании раствора своими руками необходимо строго соблюдать пропорции компонентов и позаботиться об их качестве

• улучшенную адгезию с арматурой, надежно защищенной бетонным массивом от отрицательного воздействия коррозии;
• вязкость и подвижность бетонного раствора, облегчающие выполнение кладки, заливку монолитных конструкций за счет эластичности смеси.

Термическая обработка

Печь для обжига
Порошок отправляют в печь, в которой под воздействием температуры 800°С, в каменной муке начинается процесс химического соединения минеральных компонентов. После проведения первой термической обработки, его отправляют в кальцинатор, где с помощью химической реакции, за несколько секунд убирают 95 – 97% двуокиси углерода и отделяют известь. Далее смесь отправляют в вращающуюся цилиндрическую печь, в которой ее медленно перемешивают под воздействием температуры в 1500 – 1800°С.

Интересно: Как и из чего делают стекло? Описание, фото и видео

При длительном воздействии высокой температуры, порошок превращается в стекловидные образования под названием «клинкеры». По выходу из печи клинкеры охлаждают до 60 – 80°С, отправляют в накопитель и далее на дробление.

Структура

Изготовление цемента осуществляется на базе следующих компонентов:

• клинкера, основа которого – глина и известняк. Клинкер определяет прочность материала, производится при обжиге глиносодержащего и известнякового сырья. При нагреве плавится, образуя гранулированный состав с повышенной концентрацией кремнезёма, измельчается, повторно подвергается обжигу;

Цемент изготавливают на заводах, в промышленных масштабах

• гипса, влияющего на продолжительность процесса твердения цементного состава. Вводится, согласно рецептуре, как камни или готовый порошок, концентрация которого не превышает 5%;
• модифицирующих добавок, расширяющих область использования материала за счет приобретения специальных эксплуатационных свойств.

Особенности

При смешивании с водой этот популярный материал порошкового вида твердеет, превращаясь в окаменевшую глыбу. Отвердевание происходит при излишней влажности воздушной среды или наличии жидкости

Присутствие воды – важное условие затвердевания готового продукта

В зависимости от состава выделяют несколько видов цемента. Каждый из них обладает свойственной только ему степенью твердости, по ней и определяется марка, качество продукции. Цемент, который сделан из горных пород, достаточно надежен. Его изготавливают только из качественных материалов.

Портландцемент – самый широко используемый вид минерального состава, который также называют силикатным. Он затвердевает в водной среде и в соседстве с влажным воздухом. Порошкообразное вещество серо-зеленого цвета легко растворяется в воде при замешивании. Как только смесь начинает схватываться, начинается медленное отвердевание.

Портландцемент входит в рецептуру практически всех групп цементных смесей. Применение этой марки в чистом виде – очень редкое явление. В основном, он входит в состав смесей, строительных бетонов, растворов.

Пластифицированный цемент обладает большими преимуществами перед другими видами. Его применение помогает понизить траты и время на замешивание сухой смеси. Состав не подвергается воздействию низких температур, излишней влажности, испарению и прочим негативным влияниям внешней среды.

Шлаковый цемент в составе имеет доменный шлак и измельченный клинкер. В эту марку внесены дополнительные вещества в виде известкового порошка и гипса. Такой цемент необходим при соединении строительных смесей.

Глиноземистый высокоактивный цемент имеет уникальный состав. Время до начала затвердевания – всего 45 минут. А до полного застывания раствора необходимо около 10 часов. Основное преимущество этого состава перед другими состоит в том, что независимо от насыщенности воздуха влагой, он быстро схватывается. При добавлении этого типа цемента в бетон в нем проявляются новые качественные признаки: устойчивость перед сыростью, коррозией, большими перепадами температур.

Основными составляющими цементного состава кислотоупорного типа являются кремнефтористый натрий и кварцевый песок. В обыкновенной воде раствор из такого вещества не получить. Для приготовления смеси из этого порошка применяется жидкое стекло, в основе которого использован натрий. Плюсы кислотоупорного цемента в том, что он очень устойчив к минеральным и органическим кислотам. Но при их наличии и применении срок эксплуатации снижается очень быстро.

Цветной цемент в составе имеет простой портландцемент, в который добавлены пигменты. Используется данная марка для декорирования зданий и является частью составов, которые применяются при строительстве шоссе на основе бетонных смесей. При смешивании с водой портландцемент образует материал пластичной структуры. В процессе высыхания он превращается в камень.

Плюсы такого вещества:

• затвердевание без посторонних усилий;
• высокопрочное и твердое вещество, получаемое после затвердения;
• повышенная химическая безопасность;
• это экологически чистый продукт;
• пожаробезопасность;
• низкая стоимость;
• универсальность.

Белый цемент – это порошок, который приобретает свой светлый цвет при специализированной технологии выработки и определенном составе. В его рецептуре имеется клинкер с малым содержанием железа, содержатся минеральные добавки известняка, хлористых соединений, гипса. Такой состав придает смеси светлые оттенки.

Обработка известняка

Схема завода по производству цемента
На заводе по производству цемента, породу выгружают в аппарат для первичного дробления камней. Большие валуны под воздействием давящей силы в несколько тонн, постепенно измельчаются до размеров теннисного мяча и поступают на конвейер. Мелкие и крупные камни направляются на вторичное дробление, где они уменьшаются до размеров мячика для гольфа и в мелкий порошок. Известняк, с разным процентом содержания углекислого кальция, обрабатывается отдельно.

Схема линии по измельчению и сушке известняка: 1 – питатель ленточный ПЛ-650; 2 – магнитный сепаратор; 3 – сушильный комплекс; 4 – элеватор; 5 – расходный бункер с шиберной головкой; 6 – питатель ленточный ПЛ‑500; 7 – мельница МЦВ-3; 8 – мельница роторно-струйная МРС-2/770; 9 – циклон-бункер ЦБ-4,5; 10 – пылеуловитель II ПЦ‑2,0 с бункером; 11 – фильтр рукавный ФРИ-60; 12 – питатель секторный ПС-1В; 13 – вентилятор ВВД; 14 – вентилятор среднего давления; 15 – шиберные заслонки; 16 – компрессор.

Это необходимо для дальнейшего их смешивания в разных пропорциях и по определенной технологии, чтобы производить цемент разных марок.