Портландцемент ( англ. Portland cement ) — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путём совместного помола цементного клинкера , гипса и добавок, в составе которого преобладают силикаты кальция (70—80 %). Это вид цемента , наиболее широко применяемый во всех странах.

Впервые получен англичанином Джозефом Аспдином ( англ. ) в 1824 году; 21 октября 1824 года он запатентовал портлендский цемент.

Название получил по имени острова Портленд в Англии , так как получаемый с его добавками искусственный камень ( бетон ) по цвету похож на добываемый там природный камень.

Основой портландцемента является силикат ( и ).

Процесс производства

Портландцемент получают тонким измельчением клинкера и гипса . Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3СаО⋅SiO ₂ и 2СаО⋅SiO ₂ , 70—80 %).

Самые распространённые методы производства портландцемента — так называемые «сухой» и «мокрый». Всё зависит от того, каким способом смешивается сырьевая смесь — в виде водных растворов или в виде сухих смесей.

При измельчении клинкера вводят добавки: 1,5—3,5 % гипса СaSO ₄ ⋅2H ₂ O (в перерасчёте на ангидрид серной кислоты SO ₃ ) для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок — для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Сырьём для производства портландцемента служат смеси, состоящие из 75—78 % известняка (мела, ракушечника, известнякового туфа, мрамора) и 22—25 % глин (глинистых сланцев, суглинков) либо известняковые мергели, использование которых упрощает технологию. Для получения требуемого химического состава сырья используют корректирующие добавки: пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы.

При мокром способе производства уменьшается расход электроэнергии на измельчение сырьевых материалов, облегчается транспортирование и перемешивание сырьевой смеси, выше гомогенность шлама и качество цемента, однако расход топлива на обжиг и сушку на 30—40 % больше чем при сухом способе.

Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1470 °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. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь мокрого способа условно можно поделить на зоны:

• Сушки (температура материала 100—200 °C — здесь происходит частичное испарение воды).
• Подогрева (200—650 °C — выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле: Al ₂ O ₃ ⋅2SiO ₂ ⋅2H ₂ O → Al ₂ O ₃ ⋅2SiO ₂ + 2H ₂ O; далее при температурах 600—1000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты.
• Декарбонизации (900—1200 °C). В этой зоне происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО ₃ → СаО + СО ₂ , одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al ₂ O ₃ , SiO ₂ ) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО⋅Al ₂ O ₃ — сокращённая запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С ₃ А), протекающих ступенчато.
• Экзотермических реакций (1200—1350 °C). В этой зоне завершается процесс твердофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С ₃ А, С ₄ АF (F — Fe ₂ O ₃ ) и C ₂ S (S — SiO ₂ ) — 3 из 4 основных минералов клинкера.
• Спекания (1300 → 1470 → 1300 °C). В этой зоне происходит частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C ₂ S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал алит (С ₃ S).
• Охлаждения (1300—1000 °C). Здесь температура медленно понижается. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла.

Узнать данный вид цемента можно по внешнему виду — это зеленовато-серый порошок. Как и все цементы, если к нему добавить воду, он при высыхании принимает камнеобразное состояние и не имеет существенных отличий по своему составу и физико-химическим свойствам от обычного цемента.

ПДК в воздухе (согласно ГОСТ 12.1.005-88): 6 мг/м ³

Существуют следующие виды портландцемента:

• быстротвердеющий,
• нормальнотвердеющий,
• пластифицированный,
• гидрофобный ,
• сульфатостойкий,
• дорожный,
• белый и цветной,
• с умеренной экзотермией,
• с поверхностноактивными органическими добавками.

Объём производства

По данным ROIF Expert, в 2019 году в России было произведено 57,3 млн тонн портландцемента. По сравнению с 2018 годом продажи портландцемента в России выросли на 29,7 млрд рублей . Основной объём потребляемой в России продукции производится внутри страны. Доля импорта в потреблении в последние годы колеблется в районе 2,5—3,5 % .

Примечания

Ссылки