Состав клинкера (клинкерных кирпичей): гост, структура, свойства материалов

Оглавление

Что такое цементный клинкер

В ходе обжигания смеси, состоящей из известняка и нескольких разновидностей глины, при высокой температуре получается вязкий гранулированный полуфабрикат, называемый клинкером. Для производства цемента в вещество добавляют гипс или сульфат кальция и другие минеральные компоненты, которые измельчают в порошок.

Впервые процесс спекания строительного сырья, добываемого из недр земли, путем нагревания его до 1450°, был описан в 19 веке инженером из Франции, создавшим полуфабрикат и цемент. Луи Вика использовал полученный промежуточный продукт при возведении подвесного моста, чтобы доказать его качество.

Бесклинкерный способ производства

В бесклинкерной технологии производства в качестве исходного сырья для изготовления цемента используют гидравлический или доменный шлак. Его также дополняют различными добавками и активаторами. Полученную шлако-щелочную смесь подвергают дроблению и перетиранию до порошкообразного состояния. Подобная технология производства имеет несколько преимуществ:

Повышение чистоты окружающей среды за счет переработки отходов металлургической отрасли.
Получение продукта с высокой устойчивостью к негативному влиянию окружающей среды.
Возможность производить цемент с разными свойствами и в широком спектре оттенков.
Более низкие затраты на электро- и тепловую энергию.

Производство цемента на заводах

Изготовление цемента мокрым способом традиционно осуществляется отечественными цементными заводами. За рубежом чаще применяют сухую технологию. Ею пользуются цементные заводы в Китае, Турции и Египте. Белый цемент выпускается только одним российским предприятием – ООО «Холсим (Рус) СМ». Большая часто подобного вяжущего поставляется зарубежными компаниями, такими как:

AalborgWhite (Дания).
Cimsa/Adana (Турция).
«Холсим» (Словакия).

В общем виде технология производства цемента включает несколько этапов:

Смешивание всех компонентов для изготовления клинкера (75% известняка и 25% глины).
Обжиг исходного сырья при высокой температуре. На этом этапе и получают клинкер, который является основой для цемента.
Измельчение клинкера в шаровых мельницах. В результате должно получиться вещество порошкообразной консистенции. Шаровая мельница – это горизонтальные барабаны со стальными шарами внутри.

Обратите внимание: чем меньше фракция помола клинкера, тем выше эксплуатационные характеристики и марка цементного состава

Каким методом получают цементный клинкер

Для создания материала, не уступающего по прочности натуральному камню, голландские строители стали обжигать специальную глину при высокой температуре. Сейчас при производстве цементного клинкера используют сырье, в составе которого содержатся двух-трехкальциевые силикаты или алюминаты. Смесь нагревают в печах до плавления или спекания. На свойства клинкера влияют несколько факторов:

характеристики используемых добавок и присадок;
состав сырья;
метод охлаждения и помола;
технология нагрева.

При мокром способе обжига применяется много различных компонентов, среди которых триполифосфат, сода, торфяная вытяжка, жидкое стекло. Из шлама выделяются углекислоты, а клинкер приобретает форму шарика.

При сухом методе минеральные вещества высыхают в печи, а потом измельчаются в порошок. При комбинированном варианте смесь производят с помощью мокрого метода, затем влажность уменьшают до 16% путем фильтрования, после сырье обжигают. Если применяется сухой способ, то смесь соединяют с водой. А образовавшиеся гранулы высыпают в печь для дальнейшего спекания. Почти 67% в них приходится на оксид калия, 4% — алюминия. Около 22% составляет диоксид кремния, до 6% в составе гранул — добавки и присадки.

Промышленное производство

Для широкого производства используется две самые популярные технологии: полусухое прессование и экструзионное производство.

Процесс экструзионного производства

Для изготовления плитки в домашних условиях, эти методы также подойдут, но нужно внести ряд изменений в технологию.

Основные различия между методами заключаются в принципе формовки. Первый способ подразумевает прессование материала, после чего изделие, которое приобрело форму, помещают в печь и обжигают, исключая из процесса сушку.

Изделие получается с малой плотностью, малым весом, но, как следствие, недостаточной прочности. Плюс этой технологии в том, что готовый материал для облицовки практически не проводит тепло, что в некоторых сферах ценится куда больше, чем устойчивость к повреждениям.

Второй способ осуществляется при помощи экструдера.

Экструдер

Если говорить простым языком, то это большая мясорубка, через которую пускают глину. Материал измельчается и формируется в вакуумном прессе. Заготовка сушится и уже после этого отправляется в печь для обжига.

Этот путь производства фасадной плитки используется намного чаще, ведь полученный продукт обладает большой прочностью, имеет иммунитет к истиранию, да и повредить его каким-либо способом крайне тяжело.

Как делают цемент: 3 главных способа

Производство цемента в современных условиях осуществляется одним из трех способов:

Мокрым. Ее главная особенность – замена извести мелом, а также процесс производства с добавлением воды. Сырьем для изготовления здесь становится шихта (смесь исходных материалов) с влажностью до 50%.
Сухим. Эта технология с минимальными энергозатратами и себестоимостью, поскольку здесь несколько технологических операций объединены в один процесс. Поступая в шаровую мельницу, все компоненты одновременно и размалываются, и сушатся.
Комбинированным. Этот способ производства объединяет особенности процессов сухой и мокрой технологии. Здесь по результатам обжига получается полусухой состав с влажностью 18%.

Сухой способ производства

Как делают цемент по сухой технологии:

Исходное сырье подвергают дроблению.
Просушивают его до определенного уровня влажности.
Высушенную смесь измельчают до состояния муки.
Ее обжигают внутри вращающейся печи, после чего охлаждают и отправляют на склад.

Мокрая технология производства

В отличие от сухого метода изготовления здесь после измельчения компонентов к ним дополнительно добавляют воду. В результате получается не мука, а сырьевой шлам, который и попадает в печь на обжиг, а затем – в холодильник на охлаждение. Уже охлажденные клинкер подвергают измельчению и дополнению добавками.

Комбинированная технология изготовления

Комбинированный способ производства цемента объединяет в себе этапы сухого и мокрого:

Сначала по мокрой технологии получают сырьевой шлам.
Шлам подвергают обезвоживанию и гранулированию.
Гранулы проходят обжиг в печи, которая применяется для сухой технологии.

Алит. Белит.

Алит.

Алит.: C₃S является основным клинкерным минералом, определяющим прочность цемента. Из шести известных модификаций C₃S в клинкере возникают только две высокотемпературные модификации, которые стабилизируются путем включения атомов примесей. Третья модификация — триклиниая — также изредка встречается.

Белит.

Белит.: Белит главным образом представляет собой β-форму C₂S. При температуре спекания клинкера, превышающей 1420 С, образуется α-C₂S, а при температуре до 1420 С — α’-C₂S. Последняя форма во время охлаждения клинкера при температуре 670 С превращается в метастабилынй β-C₂S.

Структура КК

Структура клинкера представляет собой соединение множества кристаллов разных размеров, между которыми находится промежуточное вещество. На нее непосредственно влияет количество содержащихся в его составе оксидов. В частности свободный оксид кальция допускается не более 1% от всей массы. Большее его значение свидетельствует о неправильном процессе обжига.

В небольшом количество (до 5%) разрешается содержание оксида магния. Эта нежелательная составляющая влияет на структуру конечного продукта, а также на его свойства.

Структура клинкера может содержать следующие компоненты:

Алюминат 5-15%;
Алит 40-60%;
Белит 15-40%;
Алюмоферрит 10-20%.

Про клинкер нормированного состава и иные разновидности поговорим ниже.

Следующее видео рассказывает о растворе для придания различных цветов клинкерном кирпичу:

Как делают белый цемент

Технология производства белого цемента незначительно отличается от технологии производства обычного «серого» материала. Как и обычный «серый» материал, белый цемент выпускают сухим и мокрым способом. Основное отличие технологии – обжиг исходного сырья при высокой температуре и резкое охлаждение в воде.

Клинкер белого цемента характеризуется как «маложелезистый» и содержит в своем составе: минеральные добавки, известняк, гипс, соли и другие компоненты. В качестве исходного сырья для клинкера используются карбонатная и глинистая порода (известняк, каолиновая глина, отходы обогащения, кварцевый песок).

В Российской Федерации белый цемент производится только на одном предприятии – ООО «Холсим (Рус) СМ» (до 2012 года ОАО «Щуровский цемент»). Большинство белого цемента поставляется на рынок России из-за рубежа следующими компаниями: «Холсим» (Словакия), «Cimsa иAdana» (Турция), «AalborgWhite»(Дания) и «AalborgWhite» (Египет).

Основное достоинство белого цемента его уникальная характеристика – белоснежность, а основной недостаток в разы большая стоимость по сравнению с обычным «серым» материалом.

Технология производства

ВИДЕО ПО ТЕМЕ:

Технология

При изготовлении цемента технологическая схема зависит от его разновидности. Портландцемент состоит из клинкера, гипса и различных специальных добавок. За счет высокого содержания окислов марганца и железа он имеет серо-зеленый цвет. Относительно новый материал на отечественном строительном рынке – белый цемент. Для его изготовления используется клинкер с низким содержанием железа, гипс и добавки, придающие белизну. Кроме того, обжиг клинкера при изготовлении белого цемента требует более высокой температуры и резкого охлаждения.

Глиноземистый цемент производится из известняка и породы, содержащей повышенный объем глинозема. Этот материал отличается от обычного портландцемента тем, что его можно использовать при повышенной влажности и минусовых температурах. Бетон, изготовленный из глиноземистого цемента, практически полностью водонепроницаемый, поэтому хорошо защищает арматуру от ржавчины. Хотя изготовление глиноземистого цемента стоит дороже, чем изготовление портландцемента, он широко используется при ремонтных работах, требующих быстрого твердения бетона.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ:

Процесс получения портландцемента

Производство портландцемента состоит из трех этапов: добычи сырья, получения клинкера и его измельчения вместе с гипсом.

Основное сырье для изготовления – желто-зеленый известняк, для добычи которого требуется специальное месторождение. Потом известняк измельчается и подсушивается. Следующий шаг – смешивание с глиной и остальными компонентами и обжиг при температуре 1500оС, в результате которого получается клинкер.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ:

Сухой способ

На завершающем этапе клинкер и гипс дробятся, к ним подмешиваются минеральные добавки, после чего смесь подвергается помолу. На данном этапе производства можно использовать один из трех способов:

Сухой способ – все сырье для производства цемента помещается в сепараторную мельницу, где происходит помол и сушка. Далее смесь помещается в смеситель, в котором осуществляется окончательное смешивание в присутствии сжатого воздуха и корректировка состава.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ:

Мокрый способ

Мокрый способ – помол сырья изготавливается в присутствии воды, получается шихта в виде суспензии, влажность которой варьирует в пределах 30-50%. Этот способ применяется, если в сырье много карбоната (мела), глины и добавок с высоким содержанием железа.Мокрый шлам перемещается в печь, где происходит обжиг с выделением углекислоты. После обжига получается клинкер в виде шариков, который необходимо охладить в холодильнике и превратить в порошок (цемент).
Комбинированный способ:

ВИДЕО ПО ТЕМЕ:

Оборудование для комбинированного способа

для приготовления сырья используется мокрый способ, полученный шлам обезвоживают и обжигают в печи;
сырье готовится сухим способом, гранулируется с добавлением 10-14% воды и обжигается.

Для различных способов изготовления требуется разное оборудование для производства цемента. Метод изготовления выбирается, исходя из состава известняка и других условий на производстве.

Каким методом получают цементный клинкер

характеристики используемых добавок и присадок;
состав сырья;
метод охлаждения и помола;
технология нагрева.

№2. Преимущества и недостатки клинкерного кирпича

Особенности сырья и технологии производства позволяют получить кирпич с уникальной структурой, который обладает массой достоинств:

долговечность. Материал сохраняет первоначальные качества в течение 100 лет и более;
прочность. Если сравнивать разные виды кирпича по прочности на сжатие, то клинкерный уверенно выходит в лидеры. Параметр, конечно же, может колебаться в некоторых пределах, но никогда не будет ниже, чем 250-300 кг/см2, что соответствует марке по прочности М250-М300. Кстати, в строительном деле кирпич таких марок используется для закладки фундаментов многоквартирных домов;
низкое влагопоглощение (4-6%) объясняется практически полным отсутствием пор в структуре материала, ведь сырье в процессе прессования и спекания превращается в монолит. Именно поэтому клинкерный кирпич используется для возведения ответственных конструкций, особенно тех, эксплуатация которых будет проходить в сложных условиях (агрессивная среда с высоким уровнем влажности). Высолы на материале не появляются. Кстати, клинкерный кирпич, покрытый глазурью, вообще не впитывает влагу;
морозостойкость, которая обусловлена высокой плотностью материала и минимальным влагопоглощением. Даже самый простой клинкерный кирпич выдерживает 75-100 циклов заморозки/оттаивания, а отдельные виды – легко переносят и до 300 циклов. Отличная морозостойкость обеспечила материалу популярность в районах с суровым климатом. Наиболее морозостойкие изделия создают для мощения дорожек;
устойчивость к перепадам температур;
огнестойкость. Наличие в составе материала тугоплавких компонентов и высокие температуры обжига обеспечивают клинкерному кирпичу рекордную устойчивость перед огнем. Эксперименты показали, что материал выдерживает температуру до 1800С, а конструкции после пожара не деформируются и не разрушаются;
экологичность. В основе продукта – природное сырье, поэтому говорить о вреде для здоровья и об эмиссии токсических веществ не приходится. Все крупные производители клинкерного кирпича проверяют сырье и готовый продукт на радиоактивность, поэтому в собственной безопасности можно быть уверенным на 100%;
отличный внешний вид. Клинкерный кирпич выглядит натурально и благородно. Оттенок зависит от особенностей состава сырья, поэтому каждый кирпич уникален в своем роде. Если учесть разнообразие размеров и форм, то можно подобрать материал на любой вкус;
универсальность и широкая сфера применения. Клинкерный кирпич используется в облицовке, полномасштабном строительстве, при обустройстве печей и тротуаров.

Среди основных минусов клинкерного кирпича стоит отметить:

высокая цена, ведь материал с такими впечатляющими эксплуатационными качествами, как несложно догадаться, не может стоить дешево. Впрочем, если соотнести стоимость материала и его долговечность, то покупку можно считать инвестицией в свое безремонтное будущее. Клинкерный кирпич стоит вдвое дороже керамического, но по долговечности и устойчивости к негативным внешним факторам обходит его в разы. С другой стороны, стоит отметить, что именно из-за высокой цены клинкерный кирпич крайне редко используется в качестве строительного материала – его предпочитают применять для облицовки;
высокий коэффициент теплопроводности как результат почти полного отсутствия воздушных пор. За высокую прочность и влагонепроницаемость придется расплачиваться качественным утеплением;
низкие звукоизоляционные качества, что выплывает снова-таки из отсутствия пор, поэтому ограждающие конструкции из данного материала будут нуждаться еще и в хорошей звукоизоляции;
выполнять кладку клинкерного кирпича должны профессионалы. К тому же, использовать при этом необходимо специальные растворы – обычный кладочный состав не подойдет, так как материал отличается низким влагопоглощением.

Отдельно стоит отметить низкую паропроницаемость. Минимальное количество пор дарит клинкерному кирпичу устойчивость к влаге, но вместе с тем препятствует воздуху проходить сквозь материал. Именно поэтому при использовании материала в качестве строительного или облицовочного необходимо позаботиться о качественной вентиляции.