Всё дело в пропорциях: из чего делают цемент, чтобы фундамент простоял долго. Как изготавливают цемент

Изготовить цемент в домашних условиях своими руками невозможно. Однако многих частных застройщиков интересует вопрос: «Каким образом получают этот уникальный строительный материал, за который они платят приличные деньги?».

Производство цемента

Основной компонент для производства цемента – клинкер. Клинкер представляет собой смесь материалов природного происхождения (обычно извести и глины), прошедших высокотемпературный обжиг в специальных печах. В общем случае рецептура клинкера для производства цемента включает в себя 75% известняка и 25% глины. Иногда глину заменяют другими природными материалами – доломитом или трепелом.

В окружающей среде имеется натуральный клинкер, который можно использовать для производства цемента напрямую, без обжига. Это горная порода – мергель. Вследствие малой мощности месторождений натурального клинкера его применения очень ограничено, поэтому подавляющее большинство цементных заводов России используют для производства цемента клинкер, состоящий из глины и извести.

В процессе производства цемента, при помоле клинкера в него добавляют так называемые «гидравлические» материалы – гипс (3% от объема клинкера) или доломит (15% от объема клинкера).

Основные этапы

• Тщательное перемешивание компонентов клинкера в специальных больших стальных барабанах (грохотах);
• Обжиг клинкера в печах. Компоненты материала вступают в реакцию и соединяются между собой в виде зерен размером с небольшой грецкий орех;
• Измельчение до порошкообразного состояния. Процесс помола цемента происходит внутри шаровых грохотов представляющих собой длинный горизонтальный барабан внутри, которого находятся стальные предметы – шары и конусы;
• Цемент готов. Следует на упаковку или на добавление присадок и на упаковку и отгрузку потребителю.

Технологии производства цемента

В общем случае технологии производства цемента отличаются друг от друга исключительно процессом подготовки клинкера. На данный момент времени существует и успешно применяется три вида технологий производства цемента:

• Мокрая;
• Сухая;
• Комбинированная.

Мокрая технология. В этом варианте для приготовления клинкера используют мел и глину. Смешивание и измельчение компонентов происходит в стальном барабане при обязательном присутствии воды. Поученная таким образом шихта имеет влажность 30-50%, и, поступив в печь обжига, превращается в шарообразные гранулы, которые следуют на помол. Технология энергозатратная, поэтому применяется ограниченно.

Сухой способ получения цемента – будущее производства данного материала. В этом случае удалось объединить несколько процессов одну технологию, что дало существенную экономию и значительное удешевление производства. К примеру, белый цемент М500, произведенный «мокрой технологией» на Щуровском цементном заводе стоит в рознице 690 рублей за 1 мешок массой 50 кг, а точно такой же мешок турецкого или египетского цемента М500, произведенного «сухой технологией» можно приобрести за 300 рублей за мешок массой 50 кг.

Любое строительство не может обойтись без цемента. Это неорганическое вяжущее входит в состав штукатурных и шпаклевочных смесей, без него невозможно приготовление бетона, растворной смеси. Цемент не является природным ископаемым, для его приготовления сырье необходимо обжечь, затем измельчить полученный клинкер до состояния порошка и смешать в определенных пропорциях с соответствующими добавками.

В принципе, технологический процесс приготовления цемента не очень сложен, сделать цемент можно и своими руками.

Как делают цемент

Для приготовления цемента используются карбонатные и глинистые породы. Также для производства цемента могут использоваться отходы промышленности (шлаки и т. д.). Техпроцесс включает в себя 3 этапа:

1. Подготовка сырья. В конце этого этапа необходимо получить шлам – смесь известняка и глины в пропорции примерно 3:1. Хотя это соотношение сильно зависит от свойств горных пород и постоянно корректируется для получения цемента требуемого качества.
2. Далее шлам обжигается в печи (1450°С), под действием высокой температуры смесь известняка и глины спекается. После обжига клинкер перемалывается до порошкообразного состояния.
3. Для получения цемента в полученный порошок достаточно ввести 5% гипса и ряд добавок (в зависимости от требуемых свойств цемента).

В зависимости от использованных добавок различают такие виды цементов как:

• гидрофобный – устойчив к воздействию влаги, содержащейся в атмосфере. Его использование придает бетону повышенную водонепроницаемость и морозостойкость вплоть до F1000;

• белый – чаще всего используется для приготовления сухих смесей, готовых к употреблению;

• расширяющийся цемент. Тогда как остальные виды цементов уменьшаются в объеме при твердении бетонной смеси, расширяющийся цемент позволяет достичь обратный эффект;
• пуццолановый цемент – отличается пониженным тепловыделением. Чаще всего используется для бетонирования объемных объектов, благодаря сниженному тепловыделению значительно уменьшается опасность неравномерной осадки (а следовательно и растрескивания);
• цветной цемент – используется для изготовления изделий, не требующих дальнейшей обработки. Используется либо белый клинкер, либо вводятся красители в бетонную смесь;

• глиноземистый цемент – его отличительная особенность состоит в том, что до 50% прочности он набирает уже в течение суток после укладки бетонной смеси. Благодаря выделению большого количества тепла часто используется при строительстве в зимнее время.

Производство цемента своими руками

Главной проблемой в приготовлении цемента своими руками является необходимость обжига при высокой температуре. Поэтому понадобится как минимум обжиговая печь и мельница для того, чтобы измельчить приготовленный клинкер. Но даже в этом случае в домашних условиях вряд ли удастся получить цемент для приготовления бетона марки свыше М200. Хотя и этот результат возможен лишь при условии строжайшего соблюдения пропорций и этапов техпроцесса.

Перед приготовлением цемента своими руками нужно оценить 2 фактора:

• фронт работ. Создание самодельной производственной линии оправдано только при условии сравнительно большого объема работ;
• условия работы. Учитывая небольшую прочность конструкций из бетона с использованием самодельного цемента, целесообразно применять его только для конструкций, не испытывающих серьезных нагрузок.

С учетом этих факторов нужно оценить экономическую эффективность «кустарного» производства.

Собственно приготовление цемента в домашних условиях проходит в том же порядке, что и на цементном заводе: подготавливается сырье, обжигается в печи, перемалывается и смешивается с добавками. При «кустарном» производстве есть и свои преимущества – цементу можно придать любые свойства, экспериментируя с исходным сырьем.

Для получения обычного портландцемента рекомендуется использовать измельченный мел и измельченный каолин (75% мела и 25% каолина). Это сырье необходимо тщательно смешать. Затем происходит его обжиг в печи и помол на мельнице. В полученный порошок необходимо добавить 5% гипсового порошка.

Существуют и экзотические рецепты для приготовления, например, глицеринового цемента, китайского цемента, алмазной замазки. Подобные варианты не рассматриваются, так как они применяются только для решения узкоспециализированных задач.

Приготовление цементного раствора

Любой цементный раствор состоит из воды, вяжущего (сам цемент) и заполнителя (чаще всего песок). Соотношение вяжущего и заполнителя зависит от вида выполняемых работ. Так, для штукатурочной смеси можно принять соотношение цемента и песка 1:6, но, например, для кладки кирпичей соотношение вяжущего и заполнителя следует уменьшить как минимум до 1:3.

Если смесь готовится для заливки фундамента, то можно еще снизить содержание заполнителя, в таком случае соотношение вяжущего и наполнителя составляет 1:1 или 1:2. Кроме того в смесь для заливки фундамента часто добавляют щебень.

В строительстве часто используются смеси с добавлением извести или глины, но и в них используется цемент для повышения прочности раствора после твердения.

Также во время приготовления смеси нужно обратить внимание на водоцементное отношение. Конечно, оптимальное соотношение устанавливается для каждого вида смеси, но следует помнить, что чрезмерное содержание воды ухудшает качество раствора после твердения.

Процесс приготовления раствора также имеет некоторые нюансы. Рекомендуется перемешивать вяжущее и заполнитель в сухом виде, и только потом добавлять воду. Также имеет значение в каком порядке компоненты загружаются в емкость. Оптимальным считается послойная загрузка песка и цемента и их равномерное распределение в емкости. При необходимости приготовить большой объем раствора слои песка и цемента можно чередовать несколько раз.

Летом прошлого года я провёл съемку на заводе Lafarge («Уралцемент») расположенном в поселке Первомайский, Челябинской области. Завод производит цемент по мокрому способу с 1957 года и по объемам производства находится в десятке крупнейших цементных заводов России. Для производства цемента используют глину и известняк. В качестве топлива выступает природный газ.

История портландцемента начинается 21 октября 1824 года, когда английский каменщик Джозеф Аспдин получил патент на вещество, которое назвал «портландцемент», поскольку его цвет напоминал серый цвет скал, находившихся вокруг города Портланд.

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, гипса и специальных добавок. Свойства портландцемента зависят от состава клинкера и степени его измельчения. Важнейшее свойство портландцемента - способность твердеть при взаимодействии с водой. Оно характеризуется маркой портландцемента, определяемой по прочности на сжатие и изгиб стандартных образцов цементно-песчаного раствора после 28 суток твердения во влажных условиях.

2. Производство цемента складывается из двух основных технологических процессов: получение клинкера (наиболее трудоемкий и энергозатратный этап) и его помол с соответствующими добавками.

3. Для изготовления цемента сначала добывают известняк и глину из карьера.

6. Пройдя предварительную обработку, исходные материалы поступают в мельницу мокрого самоизмельчения «Гидрофол», где перерабатываются в шлам. Затем шлам домалывается в сырьевых мельницах и усредняется в шламбассейнах.

7. На заводе находится специальная лаборатория, в которой производят постоянный контроль качества и дозировку сырьевых материалов и добавок. И в том числе проводят тестирование конечного продукта на прочность.

11. Затем тонкомолотый сырьевой шлам вводится во вращающуюся печь (длиной около 200 м и диаметром 4 м) и обжигается при температуре 1450 градусов Цельсия.

12. При обжиге частички сырья сплавляются между собой, образуя клинкер.

13. Печь для обжига представляет собой вращающийся металлический цилиндр, который наклонен к горизонтальной плоскости под углом 3-4 градуса, чтобы обеспечить возможность движения материала вдоль печи.

14. Полученный клинкер охлаждается в холодильниках, дробится и подается транспортерами в бункеры цементных мельниц для помола.

15. Электрофильтры на вращающихся печах позволяют сократить выбросы пыли в атмосферу в 10-30 раз.

18. Остывший клинкер подается в мельницу.

20. Это самый шумный участок производства. Находится в цеху без наушников просто невозможно.

21. Цемент получают путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, минеральных добавок (10-15%) и гипса (3-7%), который служит для регулирования сроков схватывания. Размер зерен цемента лежит в пределах от 1 до 100 мкм.

24. Процедура LOTOTO (LockOut / TagOut / TryOut). Комплекс действий для повышения безопасности на производстве.

25. Различные минеральные добавки служат для придания бетонам, растворам и др. изделиям на основе цемента специальных свойств (скорость затвердевания, устойчивость в природных водах, морозостойкость).

28. Полученный портландцемент транспортируется из мельниц в силосы для хранения.

29. Из силосов цемент отгружают железнодорожными вагонами и автомобильным транспортом в следующем виде: навалом, специальными контейнерами МКР весом до 1 тонны, бумажными мешками весом 50 кг.

Комментариев:

До сих пор ни одно строительство или ремонт не обходится без использования цемента. Решая, как приготовить цементный раствор, нужно в первую очередь учитывать, что используемый для кирпичной кладки, стяжки пола или финишной отделки стен и потолка может значительно отличаться как по составу, так и по способу приготовления.

При изготовлении бетонной смеси цемент служит вяжущим веществом, обеспечивающим ее застывание.

Основные компоненты цементного раствора

Строительный раствор бывает двух видов — цементный и бетонный. Несмотря на схожесть в компонентах (в бетонный, помимо трех общих компонентов, дополнительно добавляется щебень или гравий) и способе приготовления, это два совершенно разных продукта, призванных решать разные строительные задачи.

Классический цементный раствор состоит всего из трех компонентов, смешанных между собой в определенной пропорции: цемента, песка и воды. Цемент должен быть сухим и не иметь твердых комков. Песок лучше всего использовать речной, хотя на практике чаще берут обычный, карьерный, но предварительно просеивают его, чтобы отделить мусор и примеси.

Для затворения смеси лучше использовать чистую воду, имеющую комнатную температуру или чуть теплее — 21-23°С.

Оптимальными пропорциями считаются: 1 часть цемента на 3 части песка. Вода добавляется в готовящийся раствор цемента по мере необходимости, ее количество может варьироваться от 80 до 95% от объема используемого цемента (т. е. на 10 л цемента должно расходоваться от 8 до 9,5 л воды).

Таким раствором можно как выгонять кирпичную кладку, так и выполнять штукатурные работы. Однако он имеет ряд недостатков — излишнюю жесткость и ограниченное время (1-1,5 часа) для использования приготавливаемого раствора, что существенно затрудняет работу с ним.

Поэтому профессиональные строители предпочитают при приготовлении цементного раствора добавлять в его состав различные вещества, делающие его более пластичным и продлевающие время его твердения в 2-3 раза. Самый распространенный вариант улучшения такой смеси — добавление в ее состав известкового молока.

Такая смесь обладает почти такими же вяжущими способностями, как и чистый цементный раствор, но время ее использования повышается до 3-4 часов.

Второй вариант — приготовить раствор цемента с добавлением небольшого количества моющего средства — из расчета 50-100 г на каждые 10 л смеси (зависит от качества моющего).

Такая добавка позволяет значительно повысить ее пластичность.

Вернуться к оглавлению

Марки раствора и их использование

Как и подавляющее большинство строительных материалов, приготовленный цементный раствор тоже имеет свою маркировку. Бывают растворы М10, М25, М50, М75, М100, М125, М150, М200, М250, М300, но в частном строительстве обычно используются марки от М75 до М150.

Маркировка готового раствора не зависит напрямую от марки используемого для его приготовления цемента, как ошибочно полагает большинство непрофессионалов. На самом деле смесь одной марки можно приготовить из разных марок цемента.

Например, смесь М100 можно получить из цемента М300, М400, М500, причем во всех случаях количество используемого для ее приготовления цемента будет одинаковым. Зато изменяется количество песка: при использовании цемента М300 соотношение песка и цемента будет 3:1; при применении М400 — 4:1; а при использовании М500 — 5:1.

При использовании цементного раствора профессиональные строители советуют применять состав той же марки, что и используемый для строительства материал. Т.е. если для заливки фундамента используется бетонный раствор М75, то для стяжки цоколя нужно применять цементную смесь той же марки. Если для выгонки стен используется кирпич М100, то и смесь для выполнения кладки должна соответствовать этой марке.

Но на практике такое возможно далеко не всегда. Например, используя при выгонке стен кирпич М300, нет смысла брать для его укладки раствор той же марки — с таким раствором трудно работать, да и финансовые затраты на его изготовление очень большие. Вполне подойдут для работы марки в диапазоне от М100 до М150. На практике такую кладку чаще всего выполняют, используя смесь песка и цемента М400 в пропорции 3,5:1, т.е. приблизительно М115.

Вернуться к оглавлению

Как правильно сделать цементный раствор

Существует несколько способов приготовить качественную цементную смесь. Но, независимо от выбранного способа, для ее приготовления понадобятся инструменты:

• емкость для смешивания компонентов;
• совковая лопата;
• кельма;
• ведра.

Самый распространенный классический способ приготовления смеси — сначала всухую смешиваются цемент и песок до получения однородного состава, а затем эту смесь разбавляют до нужной консистенции водой. Воду следует добавлять не всю сразу, а 80-85% от требуемого количества, и уже в процессе готовки смеси понемногу добавлять ее в состав, добиваясь нужной густоты.

Особенно это правило должно соблюдаться, если готовится не чистая цементно-песчаная смесь, а цементно-известковая. В этом случае сначала нужно приготовить жидкоразведенную известь, разбавив известковое тесто водой до состояния негустой сметаны. Затем приготовление раствора происходит так же, как и в первом варианте, но вместо недостающей воды на заключительном этапе в него добавляют известковое молоко.

Второй способ придуман народными умельцами для приготовления раствора вручную. Фактически он является почти зеркальным отражением первого: сначала в емкость заливается вода (приблизительно 4/5 нужного количества), затем в нее добавляется жидкое мыло или другое моющее средство. После этого воду в течение 4-5 минут нужно интенсивно взбалтывать, чтобы моющее полностью в ней растворилось и образовало максимальное количество пены.

Затем в емкость засыпается половина нужного объема песка и весь объем цемента. После этого все компоненты перемешиваются между собой. Особой тщательности в перемешивании на этом этапе еще не требуется, главное, чтобы в результате смесь получилась более-менее однородной по составу. Затем в смесь добавляется недостающий песок, и здесь уже небрежность в перемешивании недопустима — вымешивать нужно до тех пор, пока смесь не станет однородной. Наличие в ней участков чистого, без цемента, песка недопустимо.

Основное преимущество этого способа в том, что в жидком состоянии песок и цемент смешиваются намного быстрее и качественнее, чем в сухом. Но, чтобы правильно сделать раствор цемента, в конце приготовления нужно понемногу подливать недостающую воду, доведя раствор до нужной густоты.

Вернуться к оглавлению

Маленькие хитрости при приготовлении раствора

Несмотря на кажущуюся простоту процесса, даже опытным строителям не всегда удается сразу правильно приготовить цементный раствор. Поэтому приготовленный раствор делится на 3 вида:

• тощий;
• нормальный;
• жирный.

Чтобы определить вид приготовленной смеси, не нужны никакие специальные инструменты. Достаточно вытянуть из нее используемую для смешивания лопату или (в случае с бетономешалкой) немного помешать готовую смесь кельмой. Если рабочая поверхность инструмента остается почти чистой, то приготовленная смесь тощая, поскольку в ней не хватает связующего вещества — цемента. Если же поверхность инструмента вся скрыта под слоем приготовленной смеси, то в последней цемента слишком много, она жирная.

Для работы годится только нормальный раствор, в котором правильно выдержаны пропорции цемента, песка и воды. Если раствор получился тощим, то в него нужно подсыпать цемент, а если жирным — добавлять песок и воду, доводя его до нормального состояния. Подсыпать компоненты надо понемногу, иначе ничего не стоит превратить тощий раствор в жирный и наоборот.

Воды первоначально всегда нужно наливать чуть меньше нормы.

Дело в том, что ее количество зависит от впитывающей способности песка — сухой песок впитывает воды намного больше, чем влажный. Поэтому, налив ее по норме и засыпав чуть влажный песок, вы рискуете получить жидкий раствор.