Seo-friends.ru

Большая стройка
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое цемент с точки зрения химии

Что такое цемент: история, химия и промышленность

Цемент, один из самых важных строительных материалов. Цемент является связующим веществом, которое служит для скрепления между собой строительных блоков, кирпичей бетонных плит и т.д.

Цемент — это мелкодисперсное порошкообразное вещество, состоящее главным образом из известняка, песка и глины, боксита и железной руды. Также портландцемент может содержать некоторые включения: раковины моллюсков, мел, мергель, глину, доменный шлак, сланец. Сырьевые ингредиенты перерабатываются на цементном производстве, где сырье нагревают и формируют твердокаменное вещество под названием клинкер, которое затем измельчают в мелкий порошок для продажи. Цемент, смешанный с водой, вызывает химическую реакцию и образует раствор, который застывает и затвердевает для связывания отдельных конструкций строительных материалов.

Цемент является неотъемлемой частью городской инфраструктуры. Бетон состоит из цемента, воды, песка и гравия, смешанные в определенных пропорциях, в то время как раствор состоит из цемента, воды и известкового заполнителя. Оба они используются для связывания природного камня, кирпичей и других строительных блоков, заполнения или уплотнения любых зазоров, а также для изготовления декоративных элементов. Цемент часто смешивают с водными силикатами и алюминатами, в процессе чего образуется водоотталкивающая затвердевшая масса, которую используют для гидроизоляции бассейнов и каналов.

История цемента

Цемент, хотя и отличается от рафинированного продукта, производимого в настоящее время, был использован во многих формах с момента появления человеческой цивилизации. От вулканического пепла, измельченной керамики, обожженного гипса и гидратированной извести до первого гидравлического цемента, используемого римлянами в Средние века, развитие цемента продолжалось до 18 века, тогда же был запатентован первый Римский цемент, который получил популярность, но был заменен портландцементом в 1850-х годах.

В 19 веке француз Луи Викат заложил основы химического состава портландцемента, а в России Егор Челиев опубликовал методы изготовления цемента, способы применения цемента и его преимущества. Джозеф Аспдин вывел портландцемент на рынок Англии, а его сын Уильям Аспдин разработал «современный» портландцемент , который вскоре оказался достаточно востребованным. Но настоящим отцом портландцемента считается Айзек Чарльз Джонсон, который внес огромный вклад, опубликовав процесс разработки мезопортландцемента в печи для обжига.

В 19 веке в Нью-Йорке появился цемент Розендейл. Хотя жесткость этого цемента сделала его довольно популярным, рыночный спрос вскоре снизился из-за долгого времени отверждения, и портландцемент снова стал фаворитом. Однако новая смесь Розендейла, которая является одновременно очень прочной и требует меньшего времени отверждения, была запатентована и теперь часто используется для строительства мостов и шоссе.

Цемент, используемый сегодня, подвергся экспериментам, испытаниям и значительным улучшениям для удовлетворения потребностей современного мира. Нынешний цемент лежит в основе прочных бетонов для дорог и автомагистралей, гидравлических растворов, которые выдерживают морскую воду, и штукатурки для влажного климата. Различные виды современного цемента, большинство из которых известны как портландцемент, в том числе доменный цемент, зольный портландцемент, портландцемент пуццолан, пуццолан-известковый цемент, шлаково-известковый цемент и др. также находят свое применение в гражданском строительстве.

Химия цемента

Цемент в основном бывает двух видов, основанных на том, как он затвердевает: гидравлический цемент, который затвердевает из-за добавления воды, и негидравлический цемент, который затвердевает путем карбонизации с углеродом, присутствующим в воздухе.

Негидравлический цемент производится на следующих стадиях (известковый цикл):

Кальцинирование: известь получают из известняка при температуре выше 825°с в течение примерно 10 часов. (CaCO3 CaO + CO2)

Гашение: оксид кальция смешивают с водой, чтобы сделать гашеную известь. (CaO + H 2 O Ca (OH) 2), вода при этом полностью испаряется.

Цемент подвергается воздействию сухого воздуха и затвердевает после длительных реакций. (Ca (OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O)

С другой стороны, гидравлический цемент в основном состоит из силикатов и оксидов:

Волластонит (2CaO•SiO 2);
Алит (3CaO•SiO 2);
Трикальцийалюминат / селит (3CaO•Al 2 O 3)
Браунмиллерит (4CaO * Al 2 O3 * Fe 2 O 3) или четырехкальциевый алюмоферрит

Ингредиенты перерабатываются в печи для обжига на цементных заводах. Полная химия этих реакций до сих пор является предметом исследований.

Портландцемент

Наиболее часто используемый цемент в настоящее время — это гидравлический цемент (т. е. затвердевает при добавлении воды) известный как портландцемент или портландцементная смесь. Данный вид цемента обычно является основным ингредиентом при изготовлении бетона, который является строительным материалом, используемый при его затвердевании в качестве несущего элемента строительной конструкции. Портландцемент подходит для влажного климата и может использоваться под водой. Различные типы или смеси портландцемента включают портландцемент изготовленный из шлака доменной печи, портландцемент выполненный из золы, портландцемент пуццолана, портландцемент кремнеземистый, экспансивный цемент, белый смешанный цемент, пигментированный цемент.

Состав портландцемента

85% портландцементного клинкера (37-72% от 3CaO.SiO 2; 6-47% 2CaO.SiO2; 2-20% 2CaO.Al2O3; 2-19% 4CaO. Ал 2 О 3 .Fe 2 O 3), 1,5-3,5% гипса по содержанию SO 3, до 15% примесей.

Как сделать портландцемент?

На заводе по производству цемента, известняк и другие сырьевые материалы, такие как силикаты, бокситы, железная руда и др. нагреваются так, что молекулы углекислого газа выделяются из известняка с образованием негашеной извести, которая соединяется с другими ингредиентами, в результате чего образуются силикаты кальция и другие продукты. Таким образом, получают клинкер, твердокаменное вещество. Гипс добавляют в клинкер, а затем измельчают в мелкий порошок, который является конечным продуктом, известным как портландцемент.

Цементная промышленность в мире

Тремя ведущими производителями цемента в мире являются США, Китай и Индия. Среди этих стран только Китай производит около 45% от общего объема мирового производства цемента.

Мировое потребление цемента продолжает расти, так как это не подлежащий переработке продукт, и поэтому каждое новое строительство или ремонт нуждается в новом цементе. Особенно в экономиках Азии и Восточной Европы производство цемента является важным элементом прогресса.

В мире насчитывается около 2273 действующих заводов по производству цемента. Некоторые из ведущих производителей цемента: Lafarge Holcim, Anhui Conch, China National Building Materials, Heidelberg Cement, Cemex, Italcementi, China Resources Cement, Taiwan Cement, Eurocement и Votorantim. Общее мировое потребление цемента, как показывают некоторые статистические данные, составляет до 23 миллионов метрических тонн.

Среди развитых капиталистических стран ведущими производителями цемента являются США, Франция, Италия и Германия. Иран, в настоящее время ведущий производитель на Ближнем Востоке, занимает третью позицию в мире по производству цемента. Азиатские и африканские страны также прогрессируют в производстве цемента.

Процесс обжига на цементном заводе вызывает выброс углекислого газа, который является одним из основных парниковых газов, ответственных за глобальное потепление. В целях сокращения и даже ликвидации вредных экологических последствий использования цемента, ведущие отрасли промышленности в настоящее время пытаются внедрить инновационные технологии, позволяющие использовать переработанные материалы и возобновляемые источники энергии. «Зеленый цемент» — это совершенно новый устойчивый строительный материал, который является результатом обширных исследований, связанных с устранением последствий глобального потепления.

Как и из чего делают цемент: состав цемента, маркировка смесей и сфера их применения

Самым распространенным скрепляющим материалом в строительстве является цемент, который изготавливается на основе магнезиальных или карбонатно-силикатных горных пород. Последняя разновидность занимает более 90% рынка и называется портландцементом. Процесс производства включает несколько этапов, ассортимент выпускаемых минеральных вяжущих материалов широкий, узнать по маркировке область применения порошка будет полезно каждому строителю.

Читать еще:  Как смешать цемент с песком с клей пва

Из чего делают цемент — основное сырье

Исходными материалами для производства служат твердые полезные ископаемые, вблизи которых и располагают цементные заводы.

  • мел — мягкая горная порода белого цвета, состоит из карбоната кальция с примесью магния, оксидов металлов и зерен кварца;
  • мергель — естественная смесь из 50-75% кальцитовых производных с 25-50% силикатных глинистых образований, хорошо подходит для производства цементного клинкера;
  • ракушечник — это известняк из раковин морских животных, его метаморфизованная давлением при высокой температуре разновидность называется мрамором;
  • доломит — помимо кальциевого карбоната СаСО3, имеет в составе магниевую составляющую: MgCO3.

Глинистые породы, привносящие в клинкер силикаты, это лесс, суглинки и глинистые сланцы. Для удешевления производства и придания цементу особых свойств в технологии используют легирующие добавки — глинозем, железо, кремний, отходы металлургических заводов.

Что такое цементный клинкер

По химическому составу прокаленный щебень каждого из производителей может отличаться, приводится усредненный расклад в процентах:

Цементный клинкер.

  • СаО — 67;
  • SiO2 — 22;
  • Al2O3 — 5;
  • Fe2O3 — 3.

Щебень из печи — не единственный компонент в производстве портландцемента. Для замедления времени схватывания конечного продукта размол гранул до тонкодисперсного порошка производится с добавлением в клинкер до 6% сульфата кальция CaSO3, содержащегося в гипсе или гипсовом камне.

Измельчение ингредиентов осуществляется шаровыми мельницами с перекачиванием готового продукта в многотонные силосы пневматическим транспортом.

Основные характеристики продукта

Показатели плотности цемента: насыпная — 900-1100 кг/м³, с уплотнением — 1400-1700. Значения истинного удельного веса достигают 3 т/м³. Существует несколько технических характеристик, по которым судят о качестве вяжущего порошка:

  1. Тонина помола — определяет активность цемента: чем меньше частички, тем большую поверхность в один слой они покрывают. Контрольные замеры выполняют рассеиванием на сите с ячейкой 80 мкм.
  2. Водопотребность — количество влаги, необходимой для гидратации цемента и придания тесту пластичности. Излишняя вода в растворе приводит к образованию пор и трещин, снижению прочности.
  3. Морозостойкость — способность изделий на основе цементного порошка выдерживать многократные заморозки и оттаивания без разрушения. Необходимого показателя добиваются специальными добавками при замешивании раствора.
  4. Время схватывания — в зависимости от густоты замеса находится в диапазоне 0,7-10 часов. Показатель зависит и от количества гипса, добавляемого в клинкер при размоле.
  5. Прочность определяется по разрушению образца, изготовленного из цемента от каждой партии выпущенного раствора. Возраст кубиков устанавливается стандартом — 28 дней.

Основные характеристики.

На все отгружаемые цементным заводом объемы заполняют паспорта качества, в которые вносят перечисленные характеристики. Потребители самостоятельно проводят входной контроль, чтобы подтвердить добросовестность поставщика.

Что такое марка цемента

После добавления воды масса перемешивается и остается твердеть на 28 дней. Заливается одновременно 6-10 металлоформ.

Из них произвольно отбирается 6 образцов и раздавливается под прессом. Среднее арифметическое давление рассчитывается по 4 кубикам, разрушившимся под наибольшей нагрузкой. Значения, измеренные в кг/см², укажут на марку цемента по ГОСТ 10178-85. Отображение напряжения в метрической системе единиц выполняется по ГОСТ 31108-2003 в МПа. Здесь распределение осуществляется по классу прочности цемента.

Получается, что для оценки прочностной характеристики одновременно пользуются старой и новой классификациями. Цифровой ряд марок: М200, М300, М400, М500, М600. Соответствующие значения класса твердости: В15; В22,5; В32,5; В42,5; В52,5.

Маркировка цемента

Приведенные обозначения прочностных показателей портландцемента — это только небольшая часть зашифрованной в полной маркировке информации о свойствах изготовленного цемента.

В условиях одновременного использования стандартов с прежними обозначениями и от 2003 г. многие коды несут идентичные сведения.

Производители цементов стараются донести информацию о качестве и свойствах продукции, применяя термины обоих стандартов.

Что обозначает маркировка цемента по виду добавок

Помимо основных компонентов, в состав вяжущего минерального вещества вводятся присадки, позволяющие применять цемент в бетонах специального назначения. Информация об особых свойствах закладывается в маркировку продукции. Буквами шифруются порошок и добавки:

  • ПЦ — портландцемент без улучшающих присадок;
  • ШПЦ — при размоле клинкера добавлен шлак в количестве ≥20%, продукт называется шлакопортландцементом;
  • ППЦ — пуццолановый цемент, используется при бетонировании в обводненных условиях (пуццоланы — это продукты деятельности вулканов: пепел, туфы, пемза);
  • СПЦ, ССПЦ, ССШПЦ — сульфатостойкие вяжущие, противокоррозионные;
  • Б — быстротвердеющий порошок;
  • БЦ — белый цемент; клинкер для его производства изготавливают из каолина и светлых сортов известняка;
  • Г — быстросхватывающийся глиноземистый порошок, сырьевыми составляющими для обжига являются карбонатные породы и бокситы;
  • ГФ — гидрофобный цемент для бетонных изделий в воде;
  • ПЛ — пластифицированный, обеспечивает удобство укладки раствора даже при низких температурах;
  • ВРЦ — влагонепроницаемый расширяющийся цемент, твердеет в любой среде.

Маркировка по виду добавок.

В маркировке ГОСТ 10178-85 количество добавок обозначается буквой и числом процентов: Д0, Д5, Д20. В конце шифра указывается стандарт, по которому изготовлен продукт. Пример: ПЦ 400-Д20-Б-ПЛ ГОСТ 10178-85 — портландцемент прочностью 400 кг/см² с добавками в количестве 20%, быстротвердеющий, пластифицированный.

Расшифровка маркировки цемента по новым нормативам

У каждого объединения есть признаки, указывающие на особенности изготовления:

  • I — портландцемент бездобавочный, состоит на 95-100% из цементного клинкера;
  • II — эта группа подразделяется на подклассы А с добавками 6-20% и В — 21-35%. Здесь же находятся пуццолановые цементы, содержащие Марки цемента и их применение

Действия по обустройству в зависимости от твердости вяжущего порошка:

  • М200 — цемент предназначен для штукатурных работ, изготовления бетона М100;
  • М300 — соответствует монолиту М200, применяется для бетонирования подстилающих поверхностей под фундаменты, заливки оснований под малоэтажные строения;
  • М400 — строительство железобетонных сооружений прочностью М300, дорожных покрытий, тротуарной плитки, бордюрных камней, опорных конструкций;
  • М500 — все виды наружных бетонных работ, изготовление аэродромных плит и гидротехнических сооружений из монолита М400.

Составы растворов могут различаться и задаются под условия возводимого объекта. Рецептура смесей определяется проектом.

Из чего делают цемент — его химический состав

Сложно найти более востребованный строительный материал, чем цемент. Он широко применяется практически во всех отраслях строительной индустрии, да и в обустройстве жилища и подворья тоже. Поэтому классическое соотношение, в котором цемент составляет одну часть, а песок три, знают все. Если в этот состав добавить еще и необходимую часть воды, то получится раствор, который применяется, например, для штукатурки.

В цемент обычно входит меленый клинкер, а также гипс, глина, известняк, уголь и другие минеральные вещества. Характеристики, которыми обладает эта смесь, определяют пропорции, в которых входят в нее те или иные компоненты.

Если дать краткое определение, то цемент — это общее название целой группы вяжущих веществ, которые твердеют после смешивания с водой, не теряя потом полученной твердости.

Химический состав различных видов

В зависимости от того, какой состав имеет та или иная смесь измельченных минералов, какие дополнительные компоненты и добавки в нее входят, каково их соотношение, цемент делят на следующие группы:

  • портландцемент;
  • пуццолановый;
  • шлаковый;
  • глиноземистый;
  • романоцемент;
  • смешанный с наполнителями;
  • магнезиальный;
  • специальный (кислотоупорный).

Некоторые виды имеют множество подвидов. Например, группа, которую объединяет название портландцемент, включает в себя алюмоферритный, алюминатный, ферритный, белитовый, алитовый.

Что входит в состав различных групп?

О том, из чего состоит цемент, можно написать не одну большую книгу. Как уже указывалось, цемент – лишь общее название огромной группы строительных материалов, которые объединяет не столько состав (входящие в них компоненты и их соотношение), сколько предназначение.

Химический состав некоторых групп цементов в общих чертах описан ниже.

1. Портландцемент – это смесь, в которую входят продукты тонкого размола клинкера и гипса. Именно гипс и является основным вяжущим веществом. С химической точки зрения – это смешанный в определенной пропорции сульфат кальция с разнообразными силикатами кальция. Доля последних может составлять до восьмидесяти процентов. Исходное сырье, из которого производится портландцемент, представляет собой субстанцию, состоящую из известняка (до 78 %) и глин (до 25 %).

2. Глиноземистый представляет собой смесь клинкера, бокситов и других минералов. Состав по массе: от трети до половины оксида алюминия, от 35 до 45 % оксида кальция, от 5 до 10 % оксида кремния и до 15 % оксидов железа. Пропорции этих компонентов определяют свойства глинозёмистого раствора. Применяется он как в качестве самостоятельного вяжущего вещества, так и в качестве добавки к другим видам.

3. Романоцемент. Это смесь, в состав которой, кроме клинкера, входят мергели, как известняковые, так и магнезиальные. Содержание в нем оксида алюминия и кремнезема не должно быть ниже четверти по весу.

4. Магнезиальный. В него обязательно входит оксид магния, а также хлорид магния и сульфат магния в качестве затворителей. Последний используется реже и, главным образом для того, чтобы достичь повышенной устойчивости к воздействию воды. Применение определяется повышенной прочностью, а также способностью быстро схватываться и твердеть. Из комбинации магнезиального цемента в определенной пропорции с другими веществами получаются очень прочные полы. Из него же делают облицовочные материалы, точильные камни, абразивные круги, жернова, лестничные ступени и другие изделия, которые обычно работают под большой нагрузкой.

К магнезиальным относится и так называемый цемент Сореля, состав которого был разработан еще в позапрошлом веке французским ученым Станиславом Сорелем.

5. Кислотоупорный состоит из жидкого стекла, которое представляет собой водный раствор силиката натрия. Наполнителями служат устойчивые к воздействию внешней среды минералы, в том числе кварциты и кварц. Использование кремнефтористого натрия способствует повышению скорости затвердевания, а также его стойкости к воздействию воды. Применяют для возведения сооружений, которые подвергаются активному воздействию агрессивных факторов. Например, башни, резервуары на предприятиях химической промышленности.

6. Цемент, смешанный с наполнителями, условно можно отнести к отдельной группе, поскольку по составу он сильно отличается от других видов.

Маркировка определяется прочностными характеристиками получившегося бетона. Для определения марок берут состав, смешанный в пропорции один к трем (одна часть материала и три части чистого кварцевого песка). Смесь в таком соотношении разбавляют водой и создают из нее небольшие блоки следующих размеров:

  • длина: 16 см,
  • ширина и высота: по 4 см.

После отвердения полученные изделия испытывают с различной периодичностью. Блоки сдавливают на специальном оборудовании и определяют их прочность. Максимальная прочность проявляется после четырех и более недель просушки испытательного блока. В зависимости от полученных результатов вещество относят к определенной марке.

Наименее устойчивая смесь получает маркировку М100. Это значит, что испытательный блок выдержал давление до 10 МПа, или до 100 килограмм на сантиметр квадратный. Слишком подробно не маркируют, в стандартах большинства стран мира прописан шаг в сто единиц. Но достаточно часто встречается и шаг в пятьдесят единиц.

Наиболее прочным считается вещество марки М600. Сфера его применения – особо прочные сооружения военного и промышленного назначения. Смесь М600 с различными добавками и наполнителями в определенном соотношении позволяет создавать объекты, способные выдержать прямое попадание очень мощной бомбы. Соответствует качеству и цена. Он намного дороже, чем довольно высокопрочный М500.

В гражданском строительстве и в производстве многих материалов используют в основном, пожалуй, марки М300-М500. Этого диапазона прочности хватает для того, чтобы можно было возводить сооружения и создавать изделия с нужными характеристиками.

Другие виды маркировки

Кроме марок по прочности существуют также и марки по составу. Так, аббревиатура ПЦ означает нахождение в таре портландцемента. Аббревиатура ШПЦ – это шлакопортландцемент. Латинские буквы и цифры указывают на состав такого материала. Речь идет о массовом количестве клинкера и шлака.

Отдельная маркировка указывает на то, какое количество различных добавок содержится в составе:

  • к примеру, если на мешке с вяжущим материалом написано Д15, это значит, что в нем имеется 15 % определенных добавок.
  • буквы ПЛ указывают на содержание пластификаторов, которые, значительно увеличивают срок его хранения. Быстротвердеющий обозначается буквой Б.
  • для обозначения водонепроницаемого используют аббревиатуру ВРЦ.

Существует также множество других видов маркировки, указывающих на те или иные свойства, наличие в нем разнообразных добавок и наполнителей.

История цемента

Цементами называют искусственные, порошкообразные вяжущие материалы, которые при взаимодействии с водой, с водными растворами солей или другими жидкостями образовывают пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в прочное камневидное тело – цементный камень .

Первым природным вяжущим была глина . Глина и жирная земля после смешивания с водой и высыхания приобретали некоторую прочность. Однако в виду низких потребительских качеств данных материалов (с использованием глины возводились постройки, не требующие значительной прочности) – люди занимались поиском более совершенных вяжущих.

Первый ранний предшественник бетона был обнаружен на берегу Дуная на территории современной Югославии – в хижине древнего поселения каменного века находился пол из бетона толщиной до 25 см. Бетон для этого пола приготавливался на гравии и красноватой местной извести. Ориентировочный возраст находки – более 5000 лет до н.э. Но это скорее относится к исключению из правил, массовое применение извести при строительстве датируется гораздо более поздними сроками.

В плане массового использования при строительстве, более чем за 3 тыс. лет до н. э., в Египте, Индии и Китае начали изготавливать искусственные вяжущие – такие как гипс . Это обуславливалось тем, что при обжиге строительного гипса использовалось гораздо меньше топлива (температура обжига 140–190 С), чем для производства извести. Известь является древнейшим искусственным минеральным вяжущим веществом после гипса, есть сведения, что египтяне использовали смешанные известково-гипсовые растворы при строительстве пирамид. Однако гипс долгое время не терял своих позиций – в следствии меньшей энергоемкости при производстве, в том же Египте топливо было чрезвычайно дефицитным.

Впервые широко известь стала применяться в Греции для облицовочных работ и в гидротехнических сооружениях. Но лишь в римский период началось массовое применение извести для кладочных растворов.

Римляне развили строительное искусство, оставив после себя знаменитые памятники древнего мира. Римляне так же составили первые рекомендации по изготовлению и применению известковых растворов. Впервые применив вулканический пепел в качестве добавок – был изобретен предок так называемого « пуцоланнового цемента », названного по месту залежей сырья близ города Поццуолли.

В Киевской Руси основным связующим материалом была известь. Получали ее путем обжига известняка в специальных печах, которая позже гасилась в специальных ямах. Для приготовления строительного раствора использовалась известь разного состава – из чистого известняка получалась жирная белая известь (воздушная), а из известняка с глинистыми примесями – серая (гидравлическая, которая обладает способностью схватываться во влажной среде и использовалась при кладке). Белую известь использовали в основном при штукатурной работе. Хотя согласно некоторым исследованиям этим правилом не всегда руководствовались – вопрос рационального применения различных видов вяжущих также актуален и в современном строительстве. Заполнителем растворов являлась цемянка , т.е. мелкотолченая керамика, а также туф и пемза. Использовалась как специально обожженная и затем размолотая глина, так и недообоженный кирпич, а позже мелкотолченый кирпичный бой более крупных фракций – что давало меньшую усадку при твердении и увеличивало трещиностойкость. Однако тонкомолотая глина придавала дополнительные гидравлические свойства цемянке. Но видно уже тогда вопрос экономии и удешевления материалов и использования отходов производства (брак кирпича) не всегда решался в соответствии с задачей сохранения качества продукции. Использование толченой керамики в качестве заполнителя – прием, широко применявшийся многими древними народами. К примеру, в Индии применялась известь в смеси с сурки – молотым кирпичом. Интересно, что в раннем зодчестве в строительных растворах в качестве заполнителя песок практически не использовался. В качестве вяжущего также использовался гипс, а заполнитель – дробленый алебастр .

В 1584 г. в Москве был учрежден «Каменный приказ», который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также изготовлением извести. В частности в Москве появились первые производители – cухих строительных смесей – назывались они цементом (или «сементом»). Активно использовались добавки – бычья кровь, творог, яичный белок, кизяк и другие вещества, что свидетельствует о высоких требованиях к качеству возводившихся сооружений.

В 1829 г. профессор Фукс (Johann-Nepomuk Fuchs, 1774.1856) – немецкий химик и минералог показал, что всякий кремнеземистый минерал может быть годен для гидравлического цемента, если его подвергнуть обжигу. Такие породы, как граниты, гнейсы, порфиры, полевой шпат, слюда и даже простая глина, не говоря о чистом кремнеземе (горный хрусталь, халцедон), все после обжига затвердевают под водой с известью. Вопрос стоял только в доступности сырья и энергоемкости производства.

Еще ранее Фукса были проведены исследования французским инженером Вика, работы которого начались в 1812 г. (Луи Жозеф Вика еще в 1812 г. показал, что обожженная смесь чистой углекислой извести и глины в известной пропорции по измельчении затвердевает с водой без всяких прибавок.), а в 1818 г. он высказал мнение и доказал опытом, что всякий известковистый минерал, содержащий глину в известном количестве, способен дать так называемую гидравлическую (т.е. твердеющую под водой) известь после надлежащего прокаливания. С 1837 по 1841 гг. Вика показал, что большая часть глин владеет свойством превращаться в пуццоланы вследствие обжига, т.е. затвердевать с известью под водой, почему продукт обжига глин и назвали искусственной пуццоланой (цемянкой). Вика предпринял затем исследование разных французских глин, мергелей, известняков, благодаря которому, во Франции быстро стало развиваться производство гидравлических известей и цементов, получаемых прокаливанием естественных глинистых известняков.

Незадолго до Вика, Джеймс Паркер открыл, что глинистые почвы устьев Темзы с 30–35% глины после обжигания и измельчения дают цемент, на производство которого он и взял патент, назвав свой цемент – романским . Несколько лет спустя такое же открытие было сделано французами в Булони. Во Франции они тоже получили название романских цементов, или быстротвердеющих (быстросхватывающих), но впоследствии из естественных глинистых известняков стали делать и медленно схватывающие цементы, почему за всеми цементами этого рода оставлено только название «романских», без других характеристик. Большие неудобства, зависящие от неоднородности глинистых известняков, повели к дальнейшим весьма важным открытиям в приготовлении цементов. Известняки с малым содержанием глины дают гидравлическую известь, с большим содержанием – гидравлические цементы разных характеристик, а естественные толщи мергелей даже незначительной мощности обыкновенно очень неоднородны по составу. Поэтому возникло естественное желание приготовить гидравлический цемент из смеси глины и извести. Вика показал, что это возможно, но практическое осуществление эта мысль получила в России и Англии. Интересно, что до настоящего времени для определения сроков схватывания цементного теста применяется прибор, который по имени его изобретателя называется иглой Вика .

В 1822 г. в Петербурге вышла книга Е.Г. Челиева «Трактат об искусстве приготовлять хорошие строительные растворы», а в 1825 году Челиев в книге «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений» обобщил опыт улучшения свойств вяжущих материалов, накопленный при восстановлении Кремля, разрушенного во время Отечественной войны 1812 года. Егор Герасимович Челиев начинал работать в Саратове, затем стал участником восстановления Москвы после пожара в 1812 году. Именно тогда он начал проводить эксперименты с различными материалами, чтобы найти скрепляющий состав для кирпича и камня. Стремление получить еще более совершенный вид гидравлического вяжущего привело русского строителя Челиева к важному открытию: при обжиге в горне на сухих дровах смеси извести и глины до «белого жару» (при температуре свыше 1100–1200 С) получался спекшийся продукт, обладавший в измельченном виде высокими механическими свойствами и способностью твердеть в воде. Егор Герасимович Челиев является изобретателем современного цемента.

В 1824 году Джозеф Aспдин, британский каменщик, получил патент на «Усовершенствованный способ производства искусственного камня», который он создал на собственной кухне. Изобретатель нагрел смесь хорошо подробленного известняка и глины в кухонной печи, после раздробил комок смеси в порошок и получил гидравлический цемент, который затвердел при добавлении воды. Aспдин назвал полученный продукт – портландцементом , потому что при производстве он использовал камни с карьера, который находился на острове Портланд. Однако только 30 лет спустя после этого открытия английские портландцементы получили распространение, а затем и преобладание. Толчок дала Лондонская всемирная выставка 1851 г., после которой на континенте весь портландцемент назывался английским.

Полученное Аспдином вяжущее не было портландцементом в современном смысле этого слова, а представляло собой разновидность романцемента , полученного при несколько повышенной температуре обжига (900–1000 С), однако название «портландцемент» сохранилось и поныне. Гидравлическое вяжущее, описанное Е.Г. Челиевым, ближе по свойствам к современному портландцементу, а по качеству превосходило портландцемент Аспдина.

Дело Челиева продолжили русские ученые Р.Л. Шуляченко, А.А. Байков, В.А. Кинд, С.И. Дружинин, В.Н. Юнг, П.П. Будников, В.Ф. Журавлев и др.

Д.И. Менделеев в книге «Основы химии» рассматривает ряд вопросов, связанных с химией силикатов, в частности цементов.

После Октябрьской революции развитию цементной науки уделялось большое внимание – так как цементная промышленность является базовой в обеспечение экономической мощи страны. Была создана научная основа цементной промышленности – по всей стране были созданы организации, занимающиеся проблемами и перспективами развития производства цемента.

Последние 15 лет недостаточного внимания к цементной науке привело к тому, что утеряно как минимум 75% научного потенциала отрасли. Оставшиеся 25% нуждаются в инвестициях со стороны производителей и поддержке со стороны государства.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector