Материал из РУВИКИ — свободной энциклопедии

Цемент

Цемент
Сделано из известняк и глина
Излучательная способность 0,54
Изображение
Логотип РУВИКИ.Медиа Медиафайлы на РУВИКИ.Медиа
У этого термина существуют и другие значения, см. Цемент (значения).

Цеме́нт (лат. caementum — «щебень, битый камень») — строительный материал в виде порошкообразной смеси серого цвета, которое после смешивания с жидкостями образует пластичную массу (цементное тесто), которая через некоторое время (от 2 до 28 дней) затвердевает, превращаясь в цементный камень. В отличие от некоторых других минеральных вяжущих (воздушной извести), он может набирать прочность не только на воздухе, но и в условиях повышенной влажности. Цемент изготавливают из известняка, глинистых пород, алюмосиликатов, добавок и присадок. Используют в качестве вяжущего вещества в производстве бетона (применяют при строительстве фундаментов зданий, сложных инженерных конструкций, дорог) и строительных растворов (применяют для кладочных и штукатурных работ). Область применения цемента зависит от его вида и класса прочности[1][2].

Исторические сведения

[править | править код]

Строители монументальных сооружений Древней Греции и Древнего Египта в качестве вяжущих веществ применяли гипс и известь. Древние римляне Для придания гидравлических свойств извести, что позволяло раствором твердеть не только на воздухе, но и в воде, добавляли к ней материалы, содержащие диоксид кремния SiO2 (кварц или кремнекислота), оксид алюминия Al2O3 (глинозём), оксид железа Fe2O3 измельчённые вулканические породы пуццоланы и трасс, а в Древней Руси — измельчённые недожжённые кирпичи. При взаимодействии этих материалов с известью происходит присоединение воды (гидратация) с образованием в первую очередь соединений с кремнезёмом. В результате кристаллизуются нерастворимые гидросиликаты кальция[2].

В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига известняков, загрязнённых глиной, по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их. После чего основное внимание было обращено на разработку специальных месторождений известняка и глины, а также на оптимальное соотношение этих компонентов и поиск новых добавок[2].

Только после 1844 года пришли к выводу, что для достижения прочного соединения извести с оксидами, помимо точного соотношения компонентов сырьевой смеси, необходима высокая температура обжига (порядка +1450 °С). После спекания эти три оксида определяют гидравлические свойства (поэтому их назвали факторами гидравличности). Образующиеся в результате спекания гранулы цементного клинкера для получения цемента стали размалывать, добавляя примерно с 5 % гипса для регулирования скорости схватывания[3].

Растворосмеситель для подземных бетонных работ

Выдающийся учёный химик А. Р. Шуляченко считается отцом русской цементной промышленности. Широкое применение получила шахтная печь Г. Г. Антонова для обжига и производства клинкера[4]. По вопросам цементной технологии и твердения гидравлических вяжущих много работ провели Ю. М. Бутт, С. М. Рояк, И. Ф. Пономарёв, Н. А. Торопов и другие[3].

Виды цемента

[править | править код]

В конце XX века количество разновидностей цемента составляло около тридцати. В подавляющем большинстве случаев под цементом имеют в виду портландцемент и цементы на основе портландцементного клинкера. По наличию основного минерала цементы подразделяются[3][1]:

  • портландцемент — наиболее востребован в строительстве; без минеральных добавок и с добавками минеральных веществ; отвердевает на воздухе и в воде;
  • шлакопортландцемент — в нём количество шлака и прочих примесей достигает 96 %;
  • пуццолановый цемент — в состав дополнительно входит природное вещество (пуццолан) вулканического происхождения;
  • композиционный — содержит несколько видов добавок и идёт на возведение сооружений в тяжёлых условиях эксплуатации[5].

Так же выделяют следующие виды[3][6]:

  • глинозёмистый цемент — преобладание алюминатной фазы; за счёт повышенного содержания окиси кальция и глинозёма смесь быстро отвердевает, поэтому применяется для изготовления быстро твердеющих жаростойких и строительных растворов, используемых при ремонтных работах, скоростном строительстве и зимнем бетонировании;
  • магнезиальный цемент (цемент Сореля, альболит) — на основе магнезита, затворяется водным раствором солей;
  • кислотоупорный цемент — на основе гидросиликата натрия (Na2O·mSiO2·nH2O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия; затворяется водным раствором жидкого стекла; используется для получения кислотостойких покрытий; не выдерживает постоянного воздействия воды.
  • романцемент — преобладание белита, в настоящее время не производится.

Также разработан биоцемент — материал, который планируется производить при помощи биотехнологий на основе специально модифицированных почвенных бактерий, которые будут при изменение давления размножаться, тем самым укрепляя почву под фундаментом[7].

Маркировка цемента

[править | править код]

По прочности цемент делится на марки, которые определяются главным образом пределом прочности при сжатии половинок образцов-призм размером 40×40×160 мм, изготовленных из раствора цемента состава 1:3 с кварцевым песком.

Строительный раствор, приготовленный на основе цемента в бетоносмесителе, перегружают в тачку

В старом стандарте для обозначения марки применялась буква М с цифрами, которые указывали предел прочности на сжатие в единицах кг/см2 (от 100 до 1000 с шагом в 100 единиц)[1].

Цемент в России маркируется по требованиям нового ГОСТа, принятого в 2003 году (ГОСТ 31108-2003) и отредактированного в 2016 году (ГОСТ 52293-2016). Теперь маркировка отражает важные характеристики цемента: состав материала, вид и количество добавок, чего не было в старом ГОСТе[1].

В последней редакции ГОСТ цемент маркируется буквами ЦЕМ. Далее римскими цифрами обозначен вид цемента:

  • I — портландцемент без минеральных добавок;
  • II — портландцемент с присадками;
  • III — шлакопортландцемент;
  • IV — пуццолановый портландцемент;
  • V — композитный портландцемент.

Согласно межгосударственным стандартам (ГОСТ 31108-2020 «Цементы общестроительные. Технические условия») по вещественному составу цементы подразделяют на шесть типов[8]:

  • ЦЕМ 0 — бездобавочный портландцемент;
  • ЦЕМ I — портландцемент;
  • ЦЕМ II — портландцемент с минеральными добавками;
  • ЦЕМ III — шлакопортландцемент;
  • ЦЕМ IV — пуццолановый цемент;
  • ЦЕМ V — композиционный цемент.

Буквенное обозначение (через слэш) указывает количество добавок (А — от 6 до 20 %; В — от 21 до 35 %; С — от 35 до 65 %). Затем через дефис обозначен их вид (И — известняк, Ш — шлак, К — композит, З — зола, МК — диоксид кремния, Г — глиежи, П — пуццоланы)[5].

Далее указан класс прочности на сжатие[1]. Основное отличие классов от марок состоит в том, что прочность выводится не как средний показатель, а требует не менее 95 % обеспеченности (то есть 95 образцов из 100 должны соответствовать заявленному классу). Класс выражается в числах, обозначающих прочность при сжатии (в МПа). Так как само производство цемента не претерпело значимых изменений, марки и классы прочности можно соотнести друг с другом[5].

Соответствие значений прочности цемента по старому и новому ГОСТам[1]
ГОСТ 10178-1985 ГОСТ 52293-2016
100 7,5
200 15
300 22,5
400 32,5
500 42,5
600 52,5
700 62,5

Последняя буква в маркировке указывает на скорость схватывания раствора (М — медленная, Н — нормальная, Б — быстрая)[5].

Вид цемента в зависимости от свойств маркируется отдельно и обозначается буквами[1]:

  • БЦ — отделочный белый цемент;
  • ВРЦ — водонепроницаемый расширяющийся;
  • СС — сульфатостойкий;
  • ПЛ — пластифицированный;
  • Б — быстротвердеющий;
  • ГФ — гидрофобный
  • Н — нормированный.

Производство

[править | править код]

Цемент получают путём тонкого перемалывания и гипса и клинкера, полученного в результате обжига сырьевой смеси из известняка (доломит, мергель, ракушечник, мел) и глины (лёсс, суглинки, сланцы)[6].

Основные клинкерные минералы, определяющие свойства цемента: СаО (60—70 %), SiO2 (8—20 %), Al2О3 (5—11 %), Fe2O3 (9—14 %)[9][1]:

  • трёхкальциевый силикат (алит) 3Са*SiO2 (C3S) — главный компонент цемента, благодаря относительно быстрому реагированию с водой обеспечивает быстрому набору прочности и высокую начальную марочную прочность;
  • двухкальциевый силикат (белит) 2Ca*SiO2 (C3S) — трудно перемалываемый компонент, который медленно реагирует с водой, медленно набирает прочность, но существенно увеличивает её в более поздние сроки;
  • трёхкальциевый алюминат 3CaO*Al2O3 (C3A) — быстро реагирует с водой, обеспечивая высокую начальную прочность, влияет на такие свойства бетона как реология, коррозионная стойкость;
  • четырёхкальциевый алюмоферрит 4CaO*Al2O3*Fe2O3 (C4AF) — влияет на цвет цемента (чем его больше, тем он темнее), но не на его свойства.

В клинкере обычно присутствуют в небольших количествах и несколько других фаз (3 %).

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO4·2H2O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, апатиты, плавиковый шпат, кремнезём, глинозём) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента[9][6].

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре + 1450…+ 1480 °C в течение 2—4 часов в длинных вращающихся печах (3,6×127 м, 4×150 м и 4,5×170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера[10].

Мировое производство цемента

[править | править код]

В 2023 году мировое производство цемента достигло 3,325 млрд тонн. В тройку крупнейших производителей вошли Китай (2,1 млрд тонн), Индия (410 млн тонн), Вьетнам (110 млн тонн), США (91 млн тонн), Турция (79 млн тонн)[11]. Производство в России портландцемента, цемента глинозёмистого, цемента шлакового и аналогичных гидравлических цементов составило 63 млн тонн[12][13].

Крупнейшие производители цемента в мире на 2023 год[14][15]:

  • Lafarge/Holcim (Швейцария) — 286,6 млн тонн в год. Группа компаний, созданная в 2015 году в результате слияния швейцарского производителя цемента Holcim и французской компании по производству строительных материалов Lafarge.
  • Heidelberg Cement (Германия) — 121,11 млн тонн в год. Компания по производству строительных материалов, основанная в Германии в 1874 году.
  • Cemex (Мексика) — 87,09 тыс. тонн в год. Компания по производству строительных материалов основанная в 1906 году. Представлена в Европе, Северной Америке, Азии и Африке.
  • Italcementi (Италия) — 76,62 млн тонн в год. Основана в 1856 году. В 2015 году стала дочерней компанией Heidelberg.
  • Anhui Conch Cement (Китай) — 217,2 тыс. тонн в год. Основана в 1997 году. 97 % производимого цемента используется на внутреннем рынке, 3 % экспортируются в соседние азиатские страны (Вьетнам, Камбоджа, Мьянма и Таджикистан).
  • Taiwan Cement Corporation, ТСС (Тайвань) — 63,72 тыс. тонн в год. Образована в 1946.
  • Taiheiyo Cement (Япония) — 38,0 млн тонн в год.
  • Votorantim Cimentos (Бразилия) — 45,02 млн тонн в год. Сектор многопрофильной группы компаний Votorantim, специализирующийся на производстве цемента. Основана в 1918 году. Обслуживает как внутренние, так и международные рынки в Азии, Африке, Северной Америке и Европе.
  • Buzzi SpA (Италия) — 26,6 млн тонн в год. Транснациональная компания основана в 1999 году в результате слияния двух компаний Buzzi (основана в 1907 году) и Unicem (основана в 1872 году)[16]. В 2023 года название компании Buzzi Unicem SpA изменено на Buzzi[17].
  • Cimpor (Португалия) — 28,3 млн тонн в год.
  • Vicat (Франция) — 19,8 млн тонн в год[18].
  • ЦЕМРОС (Россия) — 45,18 млн тонн в год. До 16.02.2023 «Евроцемент груп», который был основан в 2002 году после объединения «Росуглесбыт» и «Штерн-цемент». Холдинг объединяет 18 цементных заводов и более 30-ти карьеров в 13-ти российских регионах.

Производство цемента в России[править | править код]

Десять ведущих производителей цемента в России на 2013 год (объём в млн тонн / доля на рынке в %)[19]:

  1. ЦЕМРОС (до 16.02.2023 «Евроцемент груп»)[20] — 21,649 / 32,6
  2. «Новоросцемент» — 5,772 / 8,7
  3. «Мордовцемент» — 4,717 / 7,1[21]
  4. «Сибирский цемент» — 4,307 / 6,5
  5. HeidelbergCement — 3,654 / 5,5
  6. Цементум (бывший Holcim)[22] — 3,658 / 5,5
  7. СЛК Цемент (SLK Cement)[23] — 3,257 / 4,9
  8. «Себряковцемент» — 3,167 / 4,8
  9. «Востокцемент» — 2,037 / 3,1

Международный рынок цемента[править | править код]

В 2023 году объём мирового оборота цемента оценивался в 15.6 млрд долларов[12]:

  • крупнейшие экспортёры — Турция (1,65 млрд долларов), Вьетнам (1,5 млрд долларов), Египет (841 млн долларов), Объединённые Арабские Эмираты (689 млн долларов) и Германия (627 млн долларов).
  • крупнейшими импортёры — США (2,5 млрд долларов), Франция (620 млн долларов), Филиппины (551 млн долларов), Бангладеш (488 млн долларов) и Великобритания (474 млн долларов).

Доля России в мировом экспорте цемента составила 0,24 % (ок. 37,9 млн долларов), в импорте — 0,19 % (ок. 29,4 млн долларов).

См. также

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Марки цемента: характеристики и особенности. beton-yug.ru (9 января 2021). Дата обращения: 31 марта 2025.
  2. ↑ 1 2 3 Д. В. Орешкин. Цемент. bigenc.ru (25 марта 2023). Дата обращения: 31 марта 2025.
  3. ↑ 1 2 3 4 Строительное материаловедение: Учебное пособие для строительных спец. вузов / И. А. Рыбьев. — М.: Высш. шк., 2003. — 701 с.
  4. ↑ Патент на изобретение. patents.su. Дата обращения: 2 апреля 2025.
  5. ↑ 1 2 3 4 Александр Березин. Марки цемента – какие бывают, расшифровка, сравнение ГОСТов. m-strana.ru (15 февраля 2021). Дата обращения: 31 марта 2025.
  6. ↑ 1 2 3 Как и из чего делают цемент: все о процессе производства. ivd.ru. Идеи вашего дома (журнал) (6 апреля 2019). Дата обращения: 2 апреля 2025.
  7. ↑ Василий Макаров. Биоцемент: бактерии предохранят фундаменты от проседания. techinsider.ru (29 октября 2016). Дата обращения: 31 марта 2025.
  8. ↑ ГОСТ 31108-2020 Цементы общестроительные. Технические условия. internet-law.ru (3 сентября 2020). Дата обращения: 31 марта 2025.
  9. ↑ 1 2 Дворкин Л. И., Дворкин О. Л., 2010.
  10. ↑ Современные технологии производства цемента. cementum.ru (11 октября 2022). Дата обращения: 31 марта 2025.
  11. ↑ Cement Production by Country 2025. worldpopulationreview.com (2025). Дата обращения: 31 марта 2025.
  12. ↑ 1 2 The Observatory of Economic Complexity (амер. англ.). The Observatory of Economic Complexity. Дата обращения: 31 марта 2025.
  13. ↑ Цемент (рынок России). tadviser.ru (27 августа 2024). Дата обращения: 31 марта 2025.
  14. ↑ Владимир Кондратьев — [Мировая цементная промышленность], Портал «Перспективы», 2011
  15. ↑ Rachel Brown. 10 Largest Cement Companies Around the World. homedit.com (30 мая 2023). Дата обращения: 31 марта 2025.
  16. ↑ Buzzi Unicem: Italy and beyond. cemnet.com (26 мая 2020). Дата обращения: 2 апреля 2025.
  17. ↑ Our companies (англ.). buzzi.com (март 2025). Дата обращения: 2 апреля 2025.
  18. ↑ Cement company Vicat in numbers | Vicat (англ.). www.vicat.com. Дата обращения: 31 марта 2025.
  19. ↑ Топ-10 крупнейших производителей цемента в России (8 апреля 2014). Дата обращения: 31 марта 2025.
  20. ↑ Анна Михайленко, Андрей Башкатов. 16 лучших бетонных заводов в России и мире в 2025 году. kp.ru. Дата обращения: 2 апреля 2025.
  21. ↑ Топ-10 производителей цемента в России. www.nsp.su. Дата обращения: 31 марта 2025.
  22. ↑ Бывшая российская "дочка" Holcim будет называться «Цементум». interfax.ru. Интерфакс (2 февраля 2023). Дата обращения: 2 апреля 2025.
  23. ↑ Концерн Dyckerhoff завершил реорганизацию российских активов под брендом SLK Cement. tehnobeton.ru. Дата обращения: 2 апреля 2025.

Литература

[править | править код]

Ссылки

[править | править код]
Источник — https://ru.ruwiki.ru/w/index.php?title=Цемент&oldid=1204953516