Наши работы
+38 (044) 223-25-08

+38 (067) 445-08-25

a-b*zabudova.kiev.ua

  НБУ курс доллара   НБУ курс евро

  Погода в Киеве   

Работа в Киеве и Украине
Загрузка...

Загрузка...
работа сметчик, архитектор, разнарабочий

 
Цемент

Цемент — и никаких гвоздей! Обзор отечественного рынка цемента

Большинство из нас на вопрос: «Что такое цемент?» — ответит, что это серый порошок, который используют в строительстве. В такой формулировке, безусловно, есть частица истины. На самом деле это не совсем так. Цемент — не обязательно серый, не всегда порошок и используют его не только в строительстве.

Вадим ГОНЧАР, КОНКРЕТНО О СТРОИТЕЛЬСТВЕ. КонтрактыЦемент, Киев

Слово цемент — очень древнего происхождения. Его использовали еще в Древнем Риме, но тогда цементом называли толченый кирпич или камень. Такой цемент при смешивании с гашеной известью позволял получать очень хороший материал для кладочных растворов и бетонов. В его качестве можно легко убедиться, осмотрев уцелевшие с римских времен памятники, особенно контактирующие с водой: акведуки, пристани и другие портовые сооружения. Раствор в них сохранился великолепно, местами даже лучше, чем природный камень, который он скреплял.

В более поздние времена термин «римский цемент» закрепился именно за такой смесью извести и добавки. Затем, с появлением других вяжущих материалов, цементом стали называть любое вещество, способное при некоторых манипуляциях переходить из дисперсного состояния в камневидное. Во времена промышленной революции цементов было изобретено множество. Их обилие облегчало выполнение различных специальных строительных работ, но при этом значительно усложняло классификацию, так как цементы готовили из разных по химической природе компонентов, и твердели они различными способами.

Для наведения хоть какого-то порядка в обширном цементном семействе было предпринято множество попыток создания всеобъемлющей классификации вяжущих материалов, но каждая из них, при несомненных достоинствах, имела и досадные недостатки. Например, в некоторых термин «цемент» вообще не упоминался. К одной из удачных попыток классификации исследователи относят систему Н. Ф. ФЕДОРОВА, который предложил считать цементами вяжущие материалы на основе коллоидно-дисперсных систем. То есть, цемент должен содержать хотя бы один тонкоизмельченный компонент. Совершенно не обязательно, чтобы это был порошок: встречаются гелевые цементы, имеющие консистенцию густой пасты.

Для дальнейшего рассмотрения примем данную классификацию за основу, хотя необходимо сразу оговорить несколько исключений. С одной стороны, название «цемент» исторически закрепилось за некоторыми материалами, не подпадающими под принятое описание. Например, серный цемент, получаемый плавлением серы и скрепляющий детали конструкции при ее (серы) застывании, не содержит порошковых компонентов и не смешивается при использовании с водой. С другой стороны, по классификационным признакам к цементам следует отнести материалы, исторически цементами не называемые. Например, гипс, который все знают как белый порошок, быстро твердеющий при смешивании с водой.

Их знают все

Продолжим наш рассказ описанием цементов самых распространенных и широко известных. Их повсеместно используют в строительстве, а перед применением тщательно смешивают с песком, щебнем и водой.

Ирония судьбы заключается в том, что называются всем известные цементы не «цементами». Официальное имя этой уважаемой плеяды — портландцементы и шлакопортландцементы.

Откуда взялась приставка «портланд»? Из Англии, где существует одноименный город, в окрестностях которого издавна добывали строительный камень однородно серого цвета. Инженер-строитель Аспдин (Аспден) наверняка был знаком с этим материалом, и поэтому, когда он рассматривал только что полученный им цемент, не смог удержаться от сравнения: по прочности и цвету искусственный камень не отличался от природного. Сходство настолько поразило изобретателя, что в заявке на патент, поданной в 1824 г., он назвал свое детище портландским цементом.

Таким образом, официальная история производства современного портландцемента началась на излете первой четверти XIX века. А первые попытки создать материал, по водостойкости сравнимый с римским цементом, начались в Европе на 200 лет раньше. Основным компонентом настоящего высококачественного римского цемента была пуццолановая пыль (лат. pulvis putceolanus) — чудодейственная приправа, превращавшая слабый и нестойкий известковый раствор в прекрасное вяжущее, простоявшее тысячелетия. Римляне в полной мере осознавали ценность этой добавки, поэтому всюду искали вулканический пепел, а если не находили — завозили пуццолану из метрополии. Но даже у Римской империи с ее прекрасными дорогами не было возможности обеспечить пуццоланой многочисленные стройки в отдаленных провинциях, поэтому приходилось использовать подручные заменители. Качество от этого, безусловно, страдало, культура строительства снижалась. Совершенно очевидно, что низкокачественный, медленно твердеющий раствор не мог удовлетворить запросов бурно развивающейся промышленности. А потому уже в XVII веке в развитых европейских странах изо всех сил искали новый цемент. Особенно остро в нем нуждались Англия и Голландия с их огромной береговой линией, которую необходимо укреплять, и множеством портов, которые нужно строить и ремонтировать.

Голландцы первыми начали использовать в строительных растворах тонкомолотый рейнский трасс — вулканический туф, по составу подобный пуццолане, но более плотный, слежавшийся за миллионы лет и поэтому менее активный. У англичан трасса не было. Но у них были наблюдательные инженеры, которые заметили, что если обжигать в известь не чистый белоснежный известняк, а менее качественные, загрязненные породы желтоватого или зеленоватого цвета, то получается известь более стойкая. Первым на это обратил внимание Смитон, строивший в 1756 г. Эдистонский маяк. Полученная им известь гасилась с трудом, но зато растворы на ее основе неплохо твердели даже под водой, за что новый материал получил название «гидравлическая известь».

портландцемент, цементРазвивая идею получения гидравлической извести, англичанин Паркер обжигал на известь различные местные известняки с примесями. В 1796 г. он столкнулся с новым явлением: «глинистые почки» с о. Шеппи, будучи обожженными на известь, при контакте с водой не гасились. Но измельченный продукт обжига при смешивании с водой довольно быстро схватывался (гораздо быстрее, чем твердела известь) и набирал прочность гораздо более высокую, чем известь. Вдохновленный успехом изобретатель не без претензии назвал свое детище «римским цементом». По современной классификации смесь так и называется: «романцемент», и от него всего один шаг до настоящего, классического портландцемента. А те самые «глинистые почки» оказались не чем иным, как мергелем — природной смесью мела и глины, который и сегодня охотно используют производители цемента. Но месторождения мергеля достаточно редки. Для широкого распространения производства необходима более универсальная сырьевая база, реализуемая на местных источниках. Решающий прорыв в этом направлении принадлежит французскому ученому Викa (кстати, его именем назван прибор для определения сроков схватывания цементного теста). Он открыл, что для повышения гидравличности извести известняк перед обжигом нужно смешивать с глиной, причем существует область оптимальных соотношений, позволяющая получать цемент высокого качества. Именно Викa первому удалось получить синтетический цемент, сырье для которого приготовлялось искусственно, путем смешения нескольких компонентов.

Используя такую серьезную эмпирическую и теоретическую базу, Аспдин первым сумел поставить производство цемента на индустриальные рельсы, и новая отрасль промышленности начала стремительно развиваться. Уже к 50-м годам XIX века цементы, аналогичные запатентованному Аспдином портландцементу, широко производят в Англии, Германии, Франции и других европейских странах, причем к указанному времени их качество заметно выросло, приближаясь к уровню современных рядовых портландцементов. Историческое название закрепилось, и сегодня его носят все продукты, получаемые путем совместного помола портландцементного клинкера, сульфата кальция и специальных добавок.

Как готовят клинкер

В английском языке слово CLINKER обозначает шлак или застывшую лаву. Это определение подходит и для цементного клинкера, который представляет собой продукт обжига до спекания, оплавления или полного плавления сырьевой шихты — смеси нескольких исходных сырьевых компонентов. Выглядит клинкер как округлые гранулы, окатыши или осколки неправильной формы с плотным, стекловидным черепком. Клинкер — основной компонент портландцемента, глиноземистого цемента и некоторых других разновидностей цементов.

Свойства цемента во многом определяются химическим и минералогическим составом клинкера. Классический портландцементный клинкер содержит много (более 60 %) окиси кальция, до 25 % окиси кремния, 4-8 % окиси алюминия и несколько процентов оксидов железа. Но для получения качественного клинкера простого смешивания нужных оксидов недостаточно. Необходимо сильно нагреть их, чтобы они прореагировали между собой и вошли в состав определенных химических соединений — клинкерных минералов. Наличие в клинкере остаточных свободных оксидов — явление нежелательное, а присутствие оксидов кальция и магния даже опасно, поэтому максимальное их содержание жестко регламентируется.

Также большую роль играет агрегатное состояние и морфологический состав клинкерных минералов. Некоторые из них проявляют наибольшую гидравлическую активность в стекловидном состоянии, некоторые — в мелкокристаллическом, для других существуют активные и инертные полиморфные модификации (кристаллические структуры). Управлять протеканием химических реакций и процессами кристаллизации можно путем подбора режима обжига исходной шихты. По общепринятой на сегодняшний день схеме обжиг проводят во вращающихся печах — длинных наклонных железных барабанах, выложенных изнутри огнеупорным кирпичом. В процессе работы барабан вращается, и обжигаемый материал под собственным весом пересыпается от высокого конца к низкому, откуда выгружается готовый продукт. Обжиг включает множество стадий, основные из которых:

1. Сушка входящего сырья.

2. Разложение сырьевых компонентов. Под воздействием высокой температуры известняк распадается на известь и углекислый газ, а глина — на оксиды кремния и алюминия.

3. Экзотермические реакции. Свежеиспеченные оксиды обычно очень активны, поэтому они охотно взаимодействуют друг с другом, образуя новые вещества — алюминаты и силикаты кальция. Протекание этих процессов сопровождается выделением тепла — экзотермией, что дополнительно прогревает реакционную массу.

4. Спекание реакционной массы. Эта стадия чрезвычайно важна, так как именно при спекании формируется будущая структура клинкера, а также интенсивно связывается оставшаяся после предыдущей стадии свободная известь.

5. Охлаждение. Сформированную при спекании структуру необходимо сохранить. Сделать это довольно сложно, так как при медленном охлаждении происходят процессы кристаллизации и перекристаллизации, резко снижающие качество цемента. Поэтому охлаждать нужно резко. Но попробуйте резко охладить несколько тонн вязкой каменной каши с температурой расплавленного чугуна…

Любые технологии приготовления портландцемента включают все перечисленные стадии. Основное отличие между применяемыми на разных заводах процессами заключается в способе подготовки сырьевой шихты. А выбор способа зависит от доступного сырья.

Если это сырье мокрое и неоднородное по составу, целесообразно применять так называемый мокрый способ — сырье разбавляют водой до густоты сметаны и в таком состоянии измельчают, перемешивают и подают на обжиг. Мокрый способ позволяет применять нестабильное по качеству сырье, но требует больших энергозатрат, так как всю введенную в шихту воду потом приходится испарять.

Если сырье сухое, равномерное по составу и стабильное по качеству, выгоднее применять сухой способ — материал досушивают и перерабатывают в сухом состоянии. При этом расход топлива и размеры печных агрегатов значительно меньше, чем при мокром способе, но возрастают требования к кондиционности сырья. В связи с быстрым ростом цен на энергоносители сухой способ становится все более популярным, интенсивно вытесняя мокрый, имевший широкое распространение в прошлом, когда уголь и газ были дешевы.

Какие бывают цементы

За годы, прошедшие с момента появления портландцемента, ученые придумали, а промышленники внедрили огромное количество новых его модификаций. Семейство портландцементов разрослось и, чтобы не путаться в их многообразии, была разработана специальная номенклатура. Она изложена в государственном стандарте Украины ДСТУ Б В.2.7-46-96 «Цементы общестроительного назначения. Технические условия». Объединяет все включенные в этот документ цементы обязательное содержание молотого портландцементного клинкера. Хотя его содержание может быть достаточно низким — в некоторых цементах его всего 20 %, но он является базовым, структурообразующим ком- понентом.

В основу классификации портландцемента и его «родственников» положены два ключевых параметра: вид и количество добавки (или добавок) и марочная прочность. В зависимости от содержащихся добавок цементы делят на пять типов:

I Собственно, портландцемент. Без добавок или с минимальным их количеством (до 5 %). Обозначается ПЦ I.

II Портландцемент с добавками: шлака, пуццоланы, золы-уноса, известняка. Его индекс ПЦ II. Чтобы было понятно, какая именно добавка входит в состав, справа от обозначения типа указывают соответствующую литеру (для шлака — Ш, для пуццоланы — П, для золы-уноса — З). Кроме того, в обозначение входит еще одна литера, обозначающая предельное содержание клинкера. Если это «А» — клинкера не менее 80 %, если «Б» — не менее 65 %.

К этому же типу относят композиционный портландцемент. В его состав может входить несколько вышеперечисленных добавок сразу. Чтобы отличать его от портландцемента с добавками, обозначение дополнили литерой «К». Получилось: ПЦ II/А-К или ПЦ II/Б-К.

III Шлакопортландцемент. Как следует из названия, материал содержит доменный гранулированный шлак. А так как шлак сам по себе обладает вяжущими свойствами, то цемент может «вместить» его гораздо больше, чем прочих добавок. Соответственно, содержание клинкера в шлакопортландцементе невелико: ШПЦ III с литерой «А» может содержать всего лишь 35 % шлака, а с литерой «Б» — и того меньше: 20 %.

Дальше идут цементы, лишенные титула «портланд». Это:

IV Пуццолановый цемент (может содержать одновременно пуццолану и золу-унос). Обозначается ПЦЦ IV («А» и «Б»).

V Композиционный цемент КЦ V («А» и «Б»). Этот цемент, как и композиционный портландцемент, может содержать несколько добавок, за исключением известняка. Допустимое минимальное содержание в нем клинкера ниже, чем в композиционном портландцементе, и составляет не менее 40 % для литеры «А» и не менее 20 % — для литеры «Б».

По прочности ДСТУ Б В.2.7-46-96 регламентирует для цементов I и II типа марки 300, 400, 500, 550 и 600, а для остальных типов — 300, 400 и 500.

Кроме вышеуказанной символики, условное обозначение может содержать дополнительную информацию об особых свойствах цемента. Для пластифицированных цементов в обозначение вводят индекс ПЛ, для гидрофобизированных — ГФ, для цементов с высокой ранней прочностью — Р.

Например, пластифицированный шлакопортландцемент марки 500, содержащий 40 % шлака и характеризующийся высокой ранней прочностью, будет обозначаться так: ШПЦ III/А-500Р-ПЛ ДСТУ Б В.2.7-46-96.портландцемент, цемент

Общее описание технологического процесса производства цемента

Главные процессы и подпроцессы

Существует четыре главных технологических способа производства - сухой, полусухой, полувлажный и мокрый процесс.

Обычно все эти процессы включают в себя следующие подпроцессы:

  • Карьерные работы
  • Подготовка сырья
  • Подготовка топлива
  • Горение клинкера
  • Подготовка минеральных добавок
  • Размол цемента
  • Отправка цемента

Карьерные работы

Природное ("первичное") сырье, например, известняк/мел, известковая глина и глина/сланец добываются в карьерах, которые, в большинстве случаев, расположены поблизости от цементного завода. После добычи сырье дробится непосредственно в карьере и транспортируется на цементный завод для промежуточного хранения, гомогенизации и дальнейшей переработки.

"Корректирующие" материалы, такие как глинозем, железная руда или песок могут быть необходимы в химическом составе сырьевой смеси в соответствии с требованиями процесса и технических требований к продукту. Количество корректирующих материалов обычно очень мало по сравнению с общими объемами основного сырья.

В ограниченных объемах используется "вторичное" (или "альтернативное") сырье, получаемое от индустриальных источников, чтобы заменить природное сырье и коррективы. Таким же образом как традиционное сырье, они могут подаваться на дробилку карьера или непосредственно в процессе подготовки сырья на цементном заводе. На сегодняшний день, современные методы обработки на компьютере позволяют оценить сырье и оптимизировать долгосрочные и краткосрочные производственные планы.

Подготовка сырья

После промежуточного хранения и догомогенизации сырье сушится и перетирается в определенных и хорошо контролируемых пропорциях в мельницах, в результате чего получается сырьевая мука для сухого (и полусухого) процесса. При влажном (и полувлажном) процессе сырье – катализированная суспензия, измельчается с определенным количеством воды для получения жидкого цементного теста.

В зависимости от технологического процесса может быть применена дополнительная ступень, например, подготовка "гранул" из сырьевой смеси – сухого тонко размолотого вещества (полусухой процесс), или получение "фильтрационного осадка" в процессе осушения жидкого раствора в фильтрующем прессе (полувлажный процесс).

Получающийся промежуточный продукт - то есть сырьевая мука или жидкое цементное тесто (или их производные) - сохраняется и далее гомогенизируется в бункерах сырьевой смеси или шламовых бассейнах, в результате чего достигается и поддерживается необходимый однородный химический состав перед отправлением в печь. Как правило, приблизительно необходимо 1.5 - 1.6 тонны (сухого) сырья для производства одной тонны спекшегося материала - клинкера.

Подготовка топлива

Обычное (ископаемое) топливо, используемые в европейской цементной промышленности - главным образом уголь (гумат и каменный уголь), топливный мазут (продукт, получаемый в результате очистки сырой нефти) и необработанная нефть (“бункер C”). Природный газ редко используется из-за его высокой стоимости.

"Альтернативные" виды топлива - неорганические топлива, производимые из индустриальных отходов - широко используются в наши дни вместо традиционных видов ископаемого топлива.

Подготовка топлив - то есть измельчение, высыхание, размол, и гомогенизация – обычно производится на месте. Для этого нужны угольные мельницы, бункеры и помещения для хранения твердого топлива, резервуары для жидкого топлива и соответствующий транспорт и системы подачи к печам. Потребление топлива в значительной степени зависит от основного технологического процесса, применяемого при спекании цементного клинкера.

Спекание цементного клинкера

Готовое сырье поступает в печи, где подвергается процессу тепловой обработки, состоящему из последовательных ступеней высыхания/подогрева, прокаливания (например при получении CO2 из известняка), и спекания (или “клинкеризации”, например при минерализации клинкера при температуре до 1450 ° C). Спекшийся продукт "клинкер" охлаждается потоком воздуха до 100-200 ° C и транспортируется к месту хранении.

Обычно применяются барабанные печи с или без так называемых циклонных теплообменников ( в более современных системах - "декарбонизатор") в зависимости от основного процесса избранного проекта. Сама барабанная печь представляет собой наклонную стальную трубу с соотношением длины и диаметра 10 х 40. Небольшой наклон (от 2.5 до 4.5 %) вместе с медленным вращением (0.5 - 4.5 оборотов в минуту), позволяют перемещать обрабатываемые материалы достаточно долго для достижения термической конверсии требуемых процессов.

Высокая температура в печи используется для сушки сырья, твердого горючего или минеральных добавок в мельнице. Отработанные газы проходят через электростатические осадители или системы мешочных фильтров прежде, чем выпускаются в атмосферу.

Размол цемента

Портландцемент производится путем совместного размола клинкерного цемента с небольшим количеством природного или индустриального гипса (или ангидрита) на цементном заводе. Цементы с добавками (или "смешанный" цемент) содержат другие элементы, например, раздробленный доменный шлак, природный или индустриальный туф (например, вулканические туфы или зола – отходы от тепловых электростанций), или инертные наполнители, такие как известняк.

Минеральные добавки вводятся при дроблении вместе с клинкером или размалываются отдельно и смешиваются с портландцементом. Размалывающие установки могут быть расположены отдаленно от производства клинкера.

Различные типы цемента должны храниться отдельно в цементных бункерах до укладывания в мешки и отправки потребителю.

Подготовка минеральных добавок

Минеральные добавки из природных или индустриальных источников, которые будут использованы в цементе с добавками, должны быть вначале высушены, раздроблены или перетерты в отдельных сооружениях на месте. Отдельные “перемалывающие заводы”, где производятся минеральные добавки, могут быть расположены далеко от места производства клинкера.

Отправка цемента

Цемент может быть отправлен или насыпью, или упакованный в мешки и уложенный в штабеля для отправки. Использование видов транспортировки (то есть дорог, железных дорог, водных путей) зависит от местных условий и требований.

портландцемент, цементПроизводители цемента

В Украине расположены 11 крупных цементных заводов, среди них: ЗАО «Бахчисарайский комбинат «Стройиндустрия»», ОАО «Ивано-Франковскцемент», ОАО «Николаевцемент», ОАО «Подольский цемент», ООО «Цемент» (г. Одесса). Некоторые из заводов входят в состав мощных промышленных групп, включающих как украинских, так и зарубежных производителей цемента. Так, в группу компаний «Дикергофф» входят ОАО «Киевцемент», ОАО «Волыньцемент», ОАО «Югцемент». ОАО «Кривой Рог Цемент», ОАО «Днепроцемент» и ОАО «Донцемент» объединились в группу «Хейдельберг Цемент Украина». Международный промышленный холдинг «Евроцемент груп» включает украинские ОАО «Балцем» и ОАО «Краматорский цементный завод — Пушка».

Белый, но не пушистый

Среди родственников работяги-портландцемента есть богемная семейка, отличающаяся благородством облика. Речь идет о белом и цветных портландцементах. Цветные продукты зачастую получают из белого посредством совместного помола со специальными щелочестойкими пигментами. У них есть все основания чувствовать себя элитой — их делают из особо чистого сырья, свободного от примесей соединений железа, марганца, хрома и других веществ, способных повредить их незапятнанной репутации. Обжигают такие цементы в печах, футерованных специальными чистыми огнеупорами, а мелют в фарфоровых мельницах. Главный критерий их качества — коэффициент белизны (отражения света): чем он выше, тем ценнее и качественнее цемент. По этому параметру ГОСТ 965-89 «Портландцементы белые. Технические условия» устанавливает три сорта цемента, которым соответствуют минимальные значения коэффициента белизны 80, 75 и 70. Кроме того, белый портландцемент по наличию добавок подразделяется на два вида (без добавок и с добавками) а по прочности — на две марки (400 и 500). Обозначение белого цемента включает: сорт, вид, марку и условное обозначение ГОСТа. При необходимости дополнительно вводят обозначение пластификации (ПЛ) или гидрофобизации (ГФ). Например, гидрофобизированный бездобавочный белый портландцемент первого сорта марки 500 будет обозначен так: ПЦБ 1-500-Д0-ГФ-ГОСТ 965-89.

Давным-давно украинские потребители могли приобрести отечественный белый цемент, производившийся на Енакиевском цементном заводе. Сегодня, к сожалению, рынок заняли зарубежные производители. Ведущими поставщиками белого цемента являются: завод «Девня цимент» (Болгария), ОАО «Щуровский цемент» (Россия), AALBORG PORTLAND WHITE A/S (Дания), Adana Cimento Sanayii T.A.S. и CIMSA CIMENTO SANAYI ve TICARET A.S. (Турция), HOLCIM GROUP (Швейцария).

Качество цветных портландцементов регламентирует ГОСТ 15825-80. Выделяют семь цветов (красный, желтый, зеленый, голубой, розовый, коричневый и черный) и три марки (300. 400 и 500) цветных цементов. Производят их либо путем помола специально сваренных цветных клинкеров, либо посредством совместного помола клинкера и соответствующих пигментов. Для получения светлых цветов используют белый портландцемент или клинкер, для темных (желто-красных, коричневого) — отбеленный клинкер, а для черного — обыкновенный портландцемент. К пигменту предъявляется обязательное требование — он должен быть щелочестойким и светостойким. В основном в производстве используют минеральные пигменты: железоокисные — для зеленой, желто-красной и коричневой гаммы, ультрамарин — для сине-зеленой гаммы; возможно также применение фталоцианиновых красителей.

Условное обозначение цветного портландцемента подобно обозначению белого. Основным отличием будет обязательное указание цвета и номера эталона, которому этот цвет должен соответствовать.

Потребности в цветном цементе обычно невелики, его производство можно отнести к малотоннажным, поэтому зачастую потребители изготавливают его для себя, а заодно — на продажу. Среди фирм, поставляющих цветные цементы, можно назвать «Консолит», «Мастер-Класс», ООО «Оргстрой» (Россия), «Састобе-цемент» (Казахстан).портландцемент, цемент

Родственник алюминиевой ложки

Свойства портландцемента настолько прочно укрепились в сознании людей, что даже военные рассчитывали свои операции с учетом прочности и скорости твердения этого материала. Во время Первой мировой войны германские генералы были неприятно удивлены тем, что французы умеют ремонтировать разрушенные укрепления и мосты, а также устраивать новые огневые позиции гораздо быстрее, чем это позволяет сделать портландцемент. Но французы использовали не портландцемент. Они «призвали» на войну совершенно новый продукт — глиноземистый цемент, который с 1908 г. под большим секретом выпускала фирма «Лафарж».

В той войне глиноземистый цемент сумел продемонстрировать свои лучшие качества, многие из которых не превзойдены до сих пор. Как и 100 лет назад, глиноземистый цемент — чемпион по скорости набора прочности, лидер по жаростойкости и устойчивости в агрессивной среде. Это связано с тем, что, в отличие от портландцемента, большую часть которого составляет не очень стойкая известь, основной компонент глиноземистого цемента — это окись алюминия. Глиноземистый цемент — близкий родственник наждака и корунда, а это чрезвычайно крепкие парни. Дальнее родство с мягкой алюминиевой ложкой нисколько не смягчает его характер — глиноземистый цемент отчаянно сопротивляется всякому воздействию, его даже молоть гораздо тяжелее, чем портландцемент. Правда, и у него есть слабинка, несколько портящая образ идеального солдата…

Как готовят настоящих бойцов

Клинкер глиноземистого цемента практически не содержит оксида кремния, в нем основное внимание уделяют содержанию окиси алюминия, которое изменяется от 35-40 % (рядовой глиноземистый цемент) до 70 % и более (особо чистый высокоглиноземистый цемент). Кроме оксида алюминия, идеальный глиноземистый клинкер должен содержать только один оксид — кальция, отвечающий за взаимодействие цемента с водой. Оксид кремния, полезный в портландцементе, в данном случае является вредной примесью, так как в условиях получения глиноземистого клинкера он способен образовывать инертные минералы, снижающие его активность. Значит, глину в производстве использовать нельзя, нужно брать сырье, богатое алюминием и бедное кремнием. Для производства рядового глиноземистого цемента таким сырьем служат бокситы, а для получения особо чистого ВГЦ используют даже чистую окись алюминия.

После тщательного помола и перемешивания сырьевую шихту обжигают. Есть два способа обжига. Первый называется способом спекания и во многом схож с технологией получения портландцементного клинкера, разве что температуры применяют ниже: 1150…1250 °С. Способ достаточно экономичный, и клинкер получается мягкий, легко размалываемый.

Более качественный клинкер можно получить по способу плавления. При этом шихта полностью проплавляется в электродуговых печах, вагранках или доменных печах. Во время плавки поддерживается восстановительная среда, поэтому оксиды железа и кремния восстанавливаются, образуя чугун и ферросилиций. Таким образом, часть примесей удается связать во вполне безвредные и даже очень полезные материалы. Цемент получается более чистым и качественным, но плавленый клинкер очень тяжело молоть. К тому же затраты на плавку шихты гораздо выше расходов на спекание. Оба способа имеют достоинства и недостатки, поэтому в каждом конкретном случае при выборе схемы производства приходится взвешивать плюсы и минусы. В мировой практике сегодня лидирует способ плавления.

портландцемент, цемент, производства цементаВсе существующие глиноземистые цементы подчинены требованиям и номенклатуре, изложенным в стандарте ГОСТ 969-91 «Цементы глиноземистые и высокоглиноземистые. Технические условия». Согласно этому документу, цементы ранжированы по содержанию оксида алюминия на глиноземистый цемент (не менее 35 % Al2O3) и три вида высокоглиноземистых цементов: ВГЦ I (не менее 60 % Al2O3), ВГЦ II (не менее 70 % Al2O3) и ВГЦ III (не менее 80 % Al2O3). Области применения глиноземистого и высокоглиноземистого цементов существенно различаются, и если для первого важна прочность, то для второго на первое место выходит огнеупорность. Это различие подчеркнуто и в ГОСТ 969-91. Для глиноземистого цемента предусмотрены три марки по прочности в возрасте 3 суток: 40, 50 и 60 МПа, а высокоглиноземистые цементы довольствуются меньшим их количеством: по одной для ВГЦ I и ВГЦ III (35 и 25 МПа соответственно) и две для ВГЦ II (те же 25 и 35 МПа). С другой стороны, для глиноземистого цемента огнеупорность не регламентируется вообще, а для ВГЦ она задана: 1580 °С для ВГЦ I, 1670 °С — для ВГЦ II и 1750 °С — для ВГЦ III. Для сравнения заметим, что эти температуры намного превышают температуру кипения воды и даже плавления чугуна.

При суровом армейском прошлом глиноземистых цементов лаконичность их имен естественна. Никаких украшений в виде дефисов, индексов и литер. Просто ГЦ 40, или ВГЦ I, плюс ссылка на ГОСТ 969-91. Все коротко и четко, как приказ.

Сложность технологии производства глиноземистого цемента существенно ограничивает круг предприятий, способных его производить. В Украине этим занимается только Харьковский опытный цементный завод. Неудовлетворенная потребность покрывается импортом продукции мировых производителей: родоначальника выпуска глиноземистых цементов Lafarge Aluminate (торговые марки SECAR и FONDU), российского Пашийского металлургическо-цементного завода (ГЦ, ВГЦ), польского завода GORKA CEMENT (ТМ GORKAL), завода Istra Cement d.o.o (Хорватия, ТМ ISTRA).

Что нас ждет

Анализируя цементную отрасль, можно с уверенностью сказать: в глубочайшем кризисе десятилетней давности производители цемента выжили, произвели в своих рядах некоторые перегруппировки и теперь уверенно наращивают темпы производства. По данным Украинской ассоциации предприятий и организаций цементной промышленности «Укрцемент», за первое полугодие 2008 г. темпы роста производства цемента составили 112,4 % по сравнению с аналогичным периодом 2007 г. Цементные заводы оживают. Тот факт, что сегодня в Украине ощущается острый цементный голод, то есть спрос намного превышает предложение, позволяет цементникам смотреть в будущее с нескрываемым оптимизмом. А потребителям цемента остается надеяться, что темпы роста производства в обозримом будущем повысятся и объемы будут увеличиваться в разы.

Краткий словарик

Для портландцемента марочная прочность определяется при испытании образцов-балочек из цементно-песчаного раствора (1:3), твердевших в течение 28 суток. Основной критерий — предел прочности при сжатии: величина усилия, вызывающая разрушение испытуемого образца. Выражается она в килограммосилах на сантиметр квадратный.

Глиноземистый цемент твердеет гораздо быстрее портландского, поэтому его марочную прочность определяют не на 28, а на 3 сутки твердения. При этом очень важно, чтобы к 28 суткам не произошел существенный спад прочности. Поэтому для глиноземистого цемента нормируется максимально возможное снижение прочности на растяжение — оно не должно превышать 10 % в возрасте 28 суток по сравнению с 3-суточным.