Особенности химического и минералогического состава клинкера (клинкерного кирпича), а также его структуры

Виды клинкера и область его применения

На рынке строительных материалов сегодня можно обнаружить сразу несколько разновидностей клинкера. Изучим их.

Рядовой кирпич

Как можно понять из названия, такой продукт выпускается исключительно полнотелым, ведь используется он для возведения стен, колонн, цоколей, лестниц и других несущих конструкций зданий.

Помимо этого, если в доме имеется печь, первый венец, наиболее подверженный разрушению, также выполняют из строительного клинкера. Практика показывает, что «живет» такой кирпич примерно 80 лет.

Фасадный кирпич

С ним также все предельно ясно. Фасадный материал потому и называется так, что используют его для наружной отделки домов. Выпускается он пустотелым, и более тонким, чем обычный кирпич, ведь главная его функция – представительная, т.е. создающая внешний вид. Для этой цели наружная поверхность материала покрывается глазурью. А пустотелость позволяет избежать дополнительной нагрузки на фундамент, так как вес кирпича довольно большой.

Такой кирпич, даже несмотря на имеющиеся пустоты, может служить 100 лет. Дело в том, что технология его изготовления позволяет достичь уровня водопоглощения не превышающего 2%. А это самая мощная защита от негативных природных явлений, объясняющая невероятно высокую долговечность данного материала. В этом плане облицовочный клинкер нередко применяю для отделки цоколя, как самой уязвимой части здания. Можно сказать, что отделка таким материалом производится на века!

Тротуарный клинкер

В былые времена был невероятно популярен тротуарный кирпич, которым мостили дороги, тротуары и мостовые. Сегодня эта традиция возвращается, и такой кирпич получает все большую популярность. Технология его изготовления позволяет получить максимально прочный, морозоустойчивый, и невероятно износостойкий материал, с фактически нулевой водопроницаемостью! Дорожка, выложенная из такого клинкера, лучше любого другого материала противостоит механическим и ударным нагрузкам.

Особенности состава

Независимо от того, по какой технологии изготавливают цемент, клинкер включает следующие ингредиенты:

  • Силикаты кальция, играющие ключевую роль для обеспечения прочностных характеристик при изготовлении цементных составов. Согласно рецептуре, применяют в составе клинкера алит, доля которого составляет 50-70%, или белит с уменьшенной до 30% концентрацией.
  • Кальциевые алюминаты, быстро реагирующие с водой, влияющие на процесс твердения цементного состава. Их количество составляет от 5 до 10% общего объема клинкера.
  • Ферритные компоненты, в виде кальциевого алюмоферрита, вводимого в объеме 10-15% от общей массы.
  • Различные соединения кальциевых оксидов, сульфатов щелочного типа, концентрация которых незначительна.

Наиболее сложно сделать цемент для кладки камня и штукатурных работ

Как выполняется укладка клинкерных ступеней

На основе знания свойств выпускаемого материала производитель разрабатывает подробную инструкцию по укладке и для удобства указывает на упаковке.

Лестница может быть прямоугольной или полукруглой формы, что влияет на количество отдельных элементов и угол разреза.

Клинкер кладут на основание из бетона, металла, железобетона и старые очищенные поверхности.

Для работ понадобятся следующие инструменты и материалы

  • Клинкер, готовые угловые элементы
  • Плиткорез для обрезки обычного клинкера.
  • Шпатель
  • Специальный морозостойкий клей, эластичные смеси.
  • Затирка швов с гидроизолирующими свойствами с маркировкой до 10 мм.
  • Строительный уровень и линейка, чтобы видеть и убирать отклонения от соседних элементов и ровность всего ряда.
  • Специальные пластиковые крестики для установки равномерных

Дальше рассмотрим основные этапы укладки клинкерной плитки для наружных работ.

Как сделать цемент в домашних условиях

Получить цемент можно в домашних условиях, но только если иметь все исходные материалы и необходимое оборудование:

  1. доменная печь для обжига при температуре 1500 °C;
  2. дробилка для измельчения клинкера в муку.

В одном из способов домашнего изготовления цемента используются смола и сера. Полученный цемент можно применять для кладки плитки и кирпича, создания цементной стяжки. Технология изготовления следующая:

  1. Растопить в металлической емкости 1 кг смолы, в огнеупорной емкости – 1 кг серы.
  2. Соединить жидкие компоненты, перемешать до однородной консистенции.
  3. Ввести 2 кг просеянного однородного песка и 3 кг оксида свинца (свинцового глета).
  4. Постоянно подогревая смесь, размешивать ее до получения однородной массы.
  5. Произвести обжиг в доменной печи и дать продукту отстояться.

В реальности с изготовлением цемента в домашних условиях возникают определенные трудности, поскольку для производства нужны печь для обжига и мельница для размалывания. В связи с этим в домашних условиях приходится несколько менять рецептуру цемента, используя для его изготовления воду, водную известь и каменную золу. Полученный раствор пригоден для заделки мелких трещин, причем использовать его необходимо сразу же после изготовления.

Состав цветного портландцемента

Белый и цветные портландцементы готовят на специальном клинкере с низким содержанием железа.

В цветных цементах обычно содержится:

  • Si_02 – от 23% до 25,5%;
  • А12_03 – от 5,5% до 7%;
  • Fe2_03 – от 0,4% до 0,5%.

В качественных образцах белого цемента содержится:

  • Fe2_03 – от 0,25% до 0,35%;
  • Mn_O – от 0,05% до 015%;
  • MgO – до 4,5%.

Минеральный состав белых цементов обычно составляет:

  • C3_S – от 35% до 45%;
  • С3_А – от 14% до 17%;
  • C4_A_F – от 0,9% до 1,4%.

Для производства белового и цветных портландцементов необходимо использовать самое чистое карбонатное и песчано-глинистое сырье. Чаще всего используют чистый известняк или мел, в котором Fe2_03 содержится менее 0,15% — для белого портландцемента и 0,25% — для цветного, а содержание Mn_O в таком сырье менее 0,015% и 0,03% соответственно.

В качестве глинистого компонента используют каолин, отходы от его обогащение и некоторые другие материалы. А для увеличения силикатности используют тонкозернистый белый кварцевый песок, отходы от кварцевого песка, образующиеся при обогащении каолина и т. д.

В кремнеземистом и глинистом сырье содержание Fe_Os и Ti_02 не должно превышать 1% и 0,8% соответственно.

Сертификация

От качества цемента в значительной степени зависит безопасность возводимых конструкций и зданий, поэтому он подлежит обязательной сертификации. Данная процедура включает несколько проверок:

  1. Технологии – на предмет наличия проверенных измерительных средств, технической документации, контроля качества на входе и приемке, правильной инфраструктуры, квалифицированного персонала.
  2. Результатов лабораторных исследований цемента за предыдущий год.
  3. Документов компании (уставных, регистрационных, нормативных) и Технических условий (ТУ) на производство.
  4. Проб цемента, принятых ОТК завода, в аккредитованной лаборатории (под протокол).

По результатам указанных проверок принимается решение о том, соответствует ли производство, технология и организация предприятия требованиям сертификации. При выявлении каких-либо нарушений выдача сертификата откладывается до момента их устранения.

Сертификация проводится отдельно на каждый вид выпускаемой продукции. В дальнейшем сертифицированный цемент подлежит регулярным проверкам, которые проводятся контролирующим органом 1 раз в 6 месяцев на протяжении всего срока действия сертификата.

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:

Производство цемента

Основная статья: Цемент

При нагревании смеси, полученной из известняка (около 75 %) и глины (около 25 %) или других материалов сходного валового состава и достаточной активности до температуры 1450°С происходит частичное плавление и образуются гранулы клинкера. Для получения цемента, клинкер перемешивают с несколькими процентами гипса (около 5 %, что зависит от марки гипса и содержания SO3 в клинкере) и тонко перемалывают. Гипс управляет скоростью схватывания; его можно частично заменить другими формами сульфата кальция. Некоторые технические условия разрешают добавлять другие материалы при помоле. Типичный клинкер имеет примерный состав 67 % СаО, 22 % SiO2, 5 % Аl2О3, 3 % Fе2O3 и 3 % других компонентов.

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:

Особенности бизнеса

На сегодняшний день в России действуют порядка 60 заводов, выпускающих в общей сложности 100 млн. тонн цемента в год. В это число входят представители трех групп:

  • российских промышленных объединений;
  • зарубежных холдингов;
  • отдельных отечественных компаний, функционирующих самостоятельно.

При организации собственного производства следует ориентироваться на заводы–одиночки, поскольку крупные игроки работают в больших масштабах и не являются прямыми конкурентами малому бизнесу. Целевыми потребителями продукции предприятий среднего формата являются такие же мелкие строительные компании и частные застройщики. Эти сферы сегодня на подъеме, поэтому спрос на цемент всегда остается высоким.

Основным конкурентным преимуществом в цементном производстве считается высокотехнологичное оборудование, позволяющее применять новейшие технологии. По этой причине старые заводы постепенно закрываются, а новые занимают их место.

Открывая свой бизнес в данной сфере, следует учитывать еще одну важную особенность – практически весь производимый в России цемент используется на внутреннем рынке и только порядка 3% идет на экспорт. Поэтому особых проблем с реализацией продукции не будет. Несмотря дороговизну и высокие энергетические затраты, производство цемента как бизнес характеризуется высокой прибыльностью и быстрой окупаемостью. Стабильно высокий спрос на производимый продукт обеспечивает хорошие продажи и возможность дальнейшего развития.

Используемое сырье

Лучше воспользоваться продуктом, изготовленным под наблюдением специалистов на высокопроизводительном оборудовании. Для изготовления цементного состава необходимы следующие специальные компоненты:

  • природное карбонатное сырье (известняк-ракушечник, известковый туф, мел). Доля в суммарном объеме продукта составляет 74-82%. Структура исходного материала определяет степень эффективности взаимодействия используемых ингредиентов при обжиге;
  • глинистые породы (глинистый сланец, суглинки, лесс). Процентное содержание глиносодержащей породы составляет 26-18%.

Для производства цемента применяют:смесь из известняка и глины – клинкер

Несколько важных моментов

Нельзя не отметить, что существуют специальные добавки для производства цемента. Как правило, они имеют минеральную (гидравлическую) основу и могут быть как искусственными, так и природными. Если говорить о добавках природного происхождения, то это различные осадочные горные, а также вулканические породы.

Что же касается искусственных, то это разнообразные отходы промышленности, такие как шлаки, топливные золы и т. п. Что же касается результатов, которые получаются вследствие включения специальных добавок, то это пониженная себестоимость, а также приобретение цементом различных гидравлических свойств: высокая скорость затвердевания, сульфатостойкость и т. п. Всё это делает возможным использование вяжущего вещества в любых условиях, например, при низких или чрезмерно высоких температурах.

Виды

Мы уже немного затронули вопрос о видах портландцемента, которые отличаются по минеральному содержимому. Еще есть несколько классификаций, по которым различают порошковые составы с приставкой «портланд».

Так, составы делят на цементы с добавками и без. Смеси без добавок используют при строительстве в неагрессивных условиях. А присадки применяют для улучшения качеств бетона. Если нужна водонепроницаемость, обрабатывают гидрофобными средствами

Если важно, чтобы бетон был прочный, застывал быстро без усадки с растрескиванием – используют армирующие волокна

Другая классификация делит составы по скорости схватывания, а также характеристикам стойкости к разным агрессивным воздействиям:

  • Быстросхватывающийся раствор. Здесь используют марки М400 и М500. Такой состав твердеет через 3 дня. Это качество подходит российскому менталитету, когда хочется уже построить и отдыхать.
  • Пластифицированный цемент с добавками, которые замедляют твердение, улучшают текучесть. Такие растворы делают для транспортировки или для удобства заливки.
  • Раствор нормального схватывания. Это бездобавочная смесь, которую готовят в соответствии с ГОСТом.
  • Гидрофобный портландцемент используют в местах повышенной влажности. Это может быть строительство гидросооружений, подтопляемых фундаментов или бассейнов. Добавки помогают бетонному составу противостоять воздействию воды.
  • Сульфатостойкий. Такой материал хорош для строительства на кислых почвах. Из него изготавливают сваи, фундаменты. Специальные химические присадки делают постройки устойчивыми к коррозии.
  • Специальный раствор, который позволяет тампонировать (защищать) нефтедобывающие скважины в период их строительства от воздействия грунтовых вод.
  • Расширяющийся раствор нужен там, где трудно сделать заливку механическим путем. Он заполняет трещины самостоятельно, при расширении. Увеличение объема строительного состава происходит за счет внутренних химических реакций.
  • Шлокопортландцемент имеет повышенное содержание металлических частиц из доменных шлаков. Бетон получается жаростойкий, но не устойчив к морозам. Этот вид стройматериала подходит для подземного, подводного строительства или на высоте.
  • Белый «портланд» изготавливают из белых минералов (каолиновой глины, мела, чистого известняка). Этот тип подходит для производства цветных бетонных изделий, для архитектурного строительства. Белый «портланд» обладает уникальным свойством создавать идеально гладкую поверхность.
  • Шлакощелочной имеет в составе щелочи, шлаки, глину. Он устойчив к температурным колебаниям, агрессивным средами. Шлакощелочной бетон отличается гидрофобными (водоотталкивающими) свойствами.
  • Пуццолановый. Этот вид обладает повышенной апатией к воде. Вернее, он ее вообще игнорирует. С легкостью застывает даже в ее присутствии. Этот вид используется для постройки бассейнов, емкостей для воды, объектов, которые контактируют с морской, хлорированной водой.

На мешках портландцемента, разные его виды маркируют буквами. Например:

  • ШПЦ – шлокопортландцемент.
  • БЦ – белый цемент.
  • СС – сульфатостойкий.
  • ПЛ – пластифицированный и т.д.

Производство цемента

В процессе нагревания смеси, которую получают из известняка (до 75%), глины (до 25%) либо других похожих по составу и активности материалов, до температуры +1450С достигается состояние частичного плавления – таким образом образуются гранулы клинкера.

Чтобы в итоге получить цемент, клинкер смешивается с 2-5% гипса (точный объем зависит от содержания SO3 в самом клинкере и марки гипса), затем перемалывается в тончайшую пыль. Благодаря гипсу удается обеспечить быстрое схватывание материала. Хотя, в некоторых случаях его частично заменяют иными формами сульфата кальция. При помоле также допускается вводить другие добавки.

Виды цемента, который производят из клинкера:

  • Портландцемент – после обжига известняков, глинистых примесей, мергелей получают раствор цемента. Клинкер обычно смешивают с доменным шлаком, ракушечником и другими добавками. Портландцемент производят двумя способами: мокрым (когда компоненты смалывают и смешивают с водой, потом обжигают) и сухим (аналогичные действия, но без воды). Из портландцемента делают высокопрочные бетоны, облицовочные плитки, монолитные конструкции, даже искусственный мрамор и т.д.
  • Романцемент – создается посредством обжига известняков (содержание глинистых минимум 25%) при температуре свыше +1000С. Применяют для производства блоков, стеновых панелей, бетонных смесей низких марок.

Стандартный клинкер предполагает такой состав:

  • Трехкальциевый силикат (алит) – активный минерал, достаточно интенсивно набирает прочность и твердость с выделением тепла.
  • Двухкальциевый силикат (белит) – медленно твердеет в первоначальной стадии.
  • Трехкальциевый алюминат – обладает низким уровнем стойкости под воздействием серно-кислых соединений.
  • Четырехкальциевый алюмоферрит – намного медленнее твердеет в сравнении с алитом, но все равно быстрее белита. Прочность демонстрирует более низкую, чем у алита.

Клинкер: что это?

Будучи традиционным для Европы, на просторах нашей страны клинкер появился сравнительно недавно. Это материал высокой прочности, который получают путем высокотемпературной термообработки (t > 1000 °C) из тугоплавкой сланцевой глины.

Его уникальные характеристики обеспечивает специальная технология изготовления и качественное оборудование для производства клинкерной плитки, кирпича, ступеней, оконных отливов, деталей для облицовки архитектурных форм сложной конфигурации. Превосходя керамические аналоги по многим параметрам, он быстро завоевал популярность у российских потребителей.

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:

Минералогический состав портландцементного клинкера.

  • Химический состав портландцементного клинкера дан в таблице 1.5.1.
  • Основные минералы, которые может содержать портландцементный клинкер, даны в табл. 1.5.2.

Портландцементный клинкер.

Клинкерные минералы не являются чистыми соединениями, а представляют собой смеси, содержащие в незначительном количестве компоненты других минералов в виде смешанных кристаллических соединений; это относится и к остальным химическим примесям клинкера, которые не могут образовать самостоятельных фаз. Поэтому, чтобы четко отличать чистые соединения от клинкерных минералов, Териебом в 1897 г. дал основным минералам клинкера C3S и C2S названия «алит» и «белит» и, еще не зная их состава, исследовал под микроскопом отличия между ними.

Производство цемента на заводах

На данный момент времени производителями цемента используются три технологии производства связующего:

  • Мокрый способ.
  • Сухой способ.
  • Комбинированный метод.

Стоит заметить что «сухую» технологию используют зарубежные производители цемента: Египет, Турция и Китай. «Мокрая» же технология традиционно используется отечественными цементными заводами.


циклы производства цемента

Сухой способ

Здесь нет необходимости использовать воду. Исходный материал (глину и известняк) дробят на специальном оборудовании. Сушат и перемалывают в мелкодисперсную муку, смешивают пневматическим способом и подают на обжиг.

Образовавшийся в результате обжига цементный клинкер измельчается до соответствующей степени фракции, фасуется в упаковку и отправляется на склад готовой продукции. Данный способ позволяет снизить затраты на производство, однако отличается «капризностью» к однородности исходных материалов и является экологически опасным вариантом.

Мокрый способ

Неоспоримые достоинства данного метода заключается в возможности точного подбора состава исходного сырья при высокой неоднородности исходных компонентов: порода, вид породы и пр. Исходный материал (шлам) представляет собой жидкую субстанцию, содержащую до сорока процентов влаги.

Перед тем как сделать цемент, состав шлама корректируется в специальных технологических бассейнах. После выдержки сырья в бассейне, производится отжиг в специальных вращающихся печах и последующее измельчение.

Мокрый способ требует большего расхода тепловой энергии расходуемой на высушивание исходного сырья. Это существенно увеличивает себестоимость производства цемента, однако качество конечной продукции не страдает от возможной неоднородности клинкера, как при мокром варианте.

Комбинированные способы

Данная технология опирается на мокрый вид получения связующего. Промежуточную субстанцию обезвоживают по специальной технологии. Клинкер гранулируют с добавлением воды, после чего производят отжиг и последующее измельчение до той или иной марки цемента.

В числе достоинств комбинированного способа производства цемента: высокий выход «годного», возможность использования отходов металлургической промышленности.

Целесообразность собственного производства

В домашних условиях приготовить качественный цемент невозможно, размолотые и растворенные в воде известняк и зола пригодны разве что для замазки швов или фиксации мелких деталей (при условии добавления жидкого стекла). Для создания вяжущего, соответствующего нормам ГОСТ, и с маркой прочности выше М200 требуется линия оборудования, включающая дробилки, транспортеры для подачи сырья, мельницы, дозаторы, сортировочные, гранулирующие, клинкерную и шнековые машины, барабанную печь, охладитель и пакетирующие станки. Для обслуживания цементного завода требуются силы как минимум 40 человек, характерно высокое потребление энергоресурсов.

Основным поставщиком оборудования является Китай, фирмы-реализаторы предлагают как отдельные машины, так и полностью укомплектованные линии. Претензий к надежности агрегатов и качеству изготавливаемого портландцемента нет. Начальная стоимость мини-завода составляет не менее 1000000 рублей, для размещения потребуется площадь от 30000 м2. Но несмотря на значительные первоначальные вложения этот бизнес относится к рентабельным из-за востребованности данного стройматериала. Средняя себестоимость 1 т цемента – от 800 до 1000 рублей, а реализации – от 3500 до 4000.

Рентабельность во многом зависит от качества и доступности сырья, близости карьеров и степени развития маркетинговой сети. При полном цикле заводы выпускают от 330 т/сутки, что означает свыше 60000 рублей чистой прибыли в день.