Химический и минералогический состав клинкера и портландцемента

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.

Как правильно приготовить цементный раствор

Для замешивания цементного раствора необходимо соблюдать пропорции его составляющих. На 1 часть цемента приходится 3 части песка. Вода же добавляется в зависимости от того, насколько пластичный или вязкий нужно получить раствор. Также пропорции выбираются с учетом типа работ и марки цемента. К примеру, для приготовления раствора на стяжку пола пользуются пропорциями из таблицы:

Сначала между собой смешивают сухие фракции, т. е. цемент и песок. Только потом начинают небольшими порциями добавлять воду, постепенно доводя состав до нужной консистенции. В качестве наполнителя можно использовать не только песок, но еще и гравий или щебень.

Классы раствора для разных типов работ:

1. М50 или М100 – для штукатурных работ;
2. М50 или М100 – для возведения кирпичной кладки;
3. М100 или М200 – для стяжки пола;
4. М200 или М300 – для фундаментов и оснований.

Для замешивания раствора необходимо использовать специальный поддон или бетономешалку. Последняя позволяет получить смесь наиболее однородной консистенции.

Размеры и вес клинкерного кирпича

Клинкерный кирпич производится в нескольких форматах, начиная от стандартного и заканчивая нетипичными для строительных материалов формами и размерами. Такая особенность дает возможность воплощать в жизнь любые дизайнерские проекты. При этом сам материал не отличается доступной стоимостью, поэтому выбирать его необходимо обдуманно.

На рынке представлена продукция из России, Украины и стран Европы. Наиболее качественной продукцией знаменита Германия и Голландия, при этом отечественное производство обладает более доступной стоимостью.

Основные стандарт-размеры клинкерного кирпича (длина*ширина*высота), см:

• 24,0*11,5*7,1 (базовый);
• 25,0*12*6,5 (одинарный);
• 25,0*8,5*6,5 (евро);
• 25,0*6,0*6,5 (половинный).

Для производства нестандартных размеров допускаются некоторые отклонения. Вес КК может быть в пределах 1,6 — 3,3 кг.

Про долговечность клинкерного кирпича (кирпич), его прочность, срок службы и иные свойства читайте ниже.

Видео ниже расскажет вам более подробно о габаритах клинкера:

Текстура клинкерного кирпича

Классический и самый простой вариант – это гладкая матовая поверхность. В этом случае в процессе производства ничего особенного делать не приходится. Чтобы разнообразить внешний вид кирпича, придать ему рельефа или глянца, используются следующие технологии:

• стандартный способ предполагает нанесение определенного рисунка на сформованную, но еще не обожженную массу. После процесса обработки изделия в печи рисунок сохраняется, и в итоге получается кирпич с необходимым рельефом. На прочности такие манипуляции не отражаются;
• торкретирование – популярный способ декоративной обработки клинкерного кирпича. Перед обжигом на одну или несколько граней наносят минеральную крошку. Под воздействием высоких температур она плавится и спекается с клинкером, образуя интересные цветовые переходы и уникальный рисунок;
• ангобирование предполагает нанесение на сформованный просушенный кирпич тонкого слоя керамики, именуемого ангобом. Это смесь глины и оксидов металлов. В печи ангоб плавится, спекается с клинкером и позволяет получить изделие с интересным оттенком, причем цвет зависит от состав ангоба. Если же ангоб нанести только на часть поверхности кирпича, то можно получить материал с плавным переходом цвета. Именно таким образом и производят искусственно состаренный кирпич;
• глазурование позволяет получить кирпич с глянцевой скользкой поверхностью. Технология производства напоминает описанную выше, только слой керамики в данном случае заменяется слоем глазури. Еще раз подчеркнем, что глазурованный клинкерный кирпич вообще не поглощает влагу, да и загрязняется менее интенсивно.

Для облицовки фасада подойдет любой вид клинкерного кирпича – тут все зависит от личных предпочтений и вкусов. Для мощения дорожек лучше брать изделие с заметным рельефом – они будут менее скользкими.

Текстура клинкерного кирпича

Родиной клинкерного кирпича считается Германия. Все основные производства до сих пор сосредоточены именно в этой стране. Тут чтут традиции, разрабатывают новые решения и очень скрупулезно относятся к качеству продукции. В стране насчитывается более десятка производителей.

Кирпич отечественного производства, безусловно, стоит дешевле, чем импортная продукция, но при покупке все равно не забывайте, что клинкер не может стоить сильно дешево – сырье и технология производства достаточно дорогие. Тщательно осматривайте кирпич на предмет дефектов и точность геометрии. Качественная продукция всегда будет иметь соответствующие документы. Прежде всего, это сертификат соответствия требованиям нормативных документов.

Цвет клинкерного кирпича

Оттенок клинкерного кирпича зависит, прежде всего, от сорта глины. Коррективы вносит также процедура обжига, после которой изделия, изготовленные из одного и того же сырья, могут иметь немного отличающиеся тона. Новые оттенки получают путем смешивания различных сортов глины, никакие сторонние красящие пигменты обычно не используются. Огромное влияние на оттенок имеет минералогический состав глины. Так, например, глины, которые расположены вблизи железных руд, получают терракотовый оттенок, глины, залегающие около известняка, – белый оттенок, а около каменного угля – серый. Каждое месторождение отличается своим уникальным цветом – двух одинаковых нет.

Цвет клинкерного кирпича во многом зависит от месторождения глины

Путем смешивания различных сортов глины удалось получить несколько десятков различных оттенков клинкерного кирпича, но все их можно объединить в три группы:

• натуральные терракотовые и кирпичные тона;
• светлые кремовые оттенки с переходом к персиковому цвету;
• темные цвета.

Самым редким считается белый клинкерный кирпич, который изготавливают из лучших сортов глины, которые еще перед спеканием проходят обжиг. В результате получают красивые изделия, которые в течение всего срока службы сохраняют первоначальный оттенок, отличаются почти полной водонепроницаемостью и отличными грязеотталкивающими свойствами.

Приличным спросом пользуются изделия, которые прошли процедуру искусственного состаривания, или на которых в заводских условиях создана имитация высолов или нагара. Такой кирпич позволяет создать уникальный архитектурный облик дома.

Прежде, чем выбрать определенный оттенок, необходимо отчетливо представить, а лучше изобразить на макете, как будет данный цвет сочетаться с цветом крыши, забора и прочими элементами участка

Немаловажно, насколько хорошо подобранный цвет впишется в окружающую среду и стиль ландшафтного дизайна

Если хочется получить особенный результат, можно скомбинировать в облицовке фасада несколько оттенков. Например, оконные и дверные проемы выделить более темным кирпичом. Можно в хаотичном порядке использовать кирпичи двух-трех различных оттенков. Любые эксперименты приветствуются, но главное, заранее хорошо продумать, какой результат вы хотите получить. Желательно покупать кирпич в том количестве, которого хватит для выполнения всего объема работ. В противном случае можно столкнуться с тем, что изделия из разных партий будут различаться по оттенку. Разница, конечно, покажется практически незаметной, но после того, как все работы по облицовке будут закончены, вы увидите явный цветовой переход.

Обратите внимание и на цвет декоративной затирки. Она может быть в цвет кирпича или, наоборот, быть контрастной

Оттенок затирки кардинальным образом влияет на восприятие отделанной кирпичом поверхности.

Производство

Теперь вы сможете ответить на вопрос: «Портландцемент – что это такое?» Настало время коснуться производства. Его можно разбить на следующие этапы:

1. Добыча сырья. Таковым является известняк, залегающий на глубине около 10 метров. Из-за этого, получение сырья не связано с большими расходами.
2. Подготовка. Известняк направляется на первичный помол, где к нему добавляют некоторые материалы для создания рабочей смеси. Доля таких добавок отражается на маркировке числовым индексом после буквы «Д». Например, в цементе с маркировкой Д10 – 10% объема занимают различные модификаторы.
3. Обжиг. В результате термической обработки рабочей смеси, получается клинкер – основной компонент рассматриваемого материала.
4. Измельчение. На этом этапе клинкер перемалывают буквально в труху, параллельно добавляя различные модификаторы.
5. Фасовка. Полученный состав упаковывают в мешки, и портландцемент – готов.

Составы клинкера

Состав клинкера подразделяется на химический и минералогический. Он влияет на свойства и технические характеристики конечного продукта.

Для начала поговорим про химический состав цементного и портландцементного клинкера.

Химический

Данный состав может колебаться в достаточно больших пределах. Его главными окислами, которые в сумме достигают до 97%, являются:

1. Окись кальция 64-66%;
2. Двуокись кремния 22-24%;
3. Окись железа 2-4%;
4. Окись алюминия 5-8%.

Химический анализ состава проводится по специальной методике, регламентированной стандарту ГОСТ в отношении клинкера.

• Чрезмерное содержание окиси кальция приводит к быстрому процессу твердения и повышению прочности, но при этом снижается коэффициент водоустойчивости.
• Замедление процесса твердения на начальных стадиях происходит в результате большого содержания кремнезема. При этом прочность материала нарастает стремительно именно на длительных сроках, а также увеличивается устойчивость к воздействию влаги.
• Повышенное количество глинозема в составе клинкера ухудшает его устойчивость к влаге и морозам.

Помимо них в небольшом количестве могут содержаться: окись хрома, марганца и магния, двуокись титана, щелочи и прочие химические компоненты.

Про минералогический (минеральный) состав портландцементного и иных типов клинкера, а также про влияние такого состава клинкера на свойства портландцемента и материалов поговорим ниже.

Красный (керамический)

Сырье

Им является обычная глина – продукт размывания водой горных пород. Основной компонент – полевой шпат. Если глина слишком жирная, для снижения избыточной пластичности в нее добавляется крупнозернистый песок, зола или шлак – отход металлургической промышленности. В тощую глину добавляется более жирная.

Разные сорта глины различаются размером зерна: оно может достигать миллиметра. Для производства кирпича оптимально зерно не более 0,005 мм.

Кроме того, применяется еще несколько типов добавок:

• Для снижения температуры обжига добавляются отходы стекла, опять-таки шлак и перлит.
• Пористую структуру глине придают выгорающие при обжиге добавки – уголь, торф и обычные опилки.
• Для окраски в различные цвета и оттенки используются минеральные стойкие к температуре красители: карбонатные породы, марганцевые, фосфорные и железные руды.

Красный строительный кирпич.

Состав

Каков химический состав красного кирпича?

Если добавки могут иметь весьма произвольный химический состав, то основа – размытый водой полевой шпат – довольно стабильна:

• Основная часть глины – кремнезем SiO2. Он составляет от 60 до 80 процентов ее массы.
• Глинозем Al2O3 – второй в списке (5 – 20%).
• До 8 процентов глины могут составлять оксиды калия, магния, натрия и кальция.
• Характерную красную окраску изделиям придает небольшое содержание окиси железа Fe2O3.

Оксид железа давно используется в качестве минерального красителя.

Производство

Оно осуществляется двумя основными способами:

1. Из глины с влажностью 18 – 24%. Она формуется и проходит длительную сушку, после которой отправляется в печь для обжига.
2. Из полусухой массы (влажность не превышает 8%) заготовки для обжига получаются прессованием. Такое производство достаточно высокотехнологично и энергоемко, однако существенно сокращает продолжительность производственного цикла.

Первый метод чаще используется на небольших по объемам полукустарных производствах. Второй характерен для крупных предприятий с годовой производительностью более миллиона кирпичей.

Ключевая фаза производства – обжиг – приводит к спеканию частиц глины в единую массу. Температура в туннельной печи во время обжига красного кирпича достигает 1050 градусов; продолжительность операции может достигать суток. Дело в том, что быстрый нагрев и быстрое охлаждение в равной степени губительны для продукта: ускоренное испарение воды и внутренние напряжения при неравномерном нагреве неизбежно вызовут повреждения.

Специальные виды цемента.

• Белый портландцемент получают помолом маложелезистого отбеленного клинкера, приготовленного по специальной технологии, предотвращающей его загрязнение, с необходимым количеством гипса и небольшой добавкой диатомита. По степени белизны белый цемент подразделяют на три сорта: высший, БЦ-1, БЦ-2. Коэффициенты яркости соответственно 80, 76, 72 %. За 100% принят коэффициент яркости сернокислого бария.

• Цветные портландцементы получают совместным помолом белого клинкера, гипса и пигмента. Содержание минерального синтетического или природного пигмента не должно превышать 15%,а органического пигмента – 0,3% от массы цемента. Белый и цветные цементы предназначены для получения цветных бетонов, архитектурных деталей, облицовочных плит, проведения отделочных работ.

• Напрягающий цемент получают совместным помолом портландцементного клинкера и напрягающего компонента, который включает в себя глиноземистый шлак или другие алюмосодержащие вещества, гипс и известь. Он обладает способностью значительно расширяться в объеме(до 4%) после достижения цементным камнем сравнительно большой прочности 15-20 МПа, что позволяет применять этот цемент для изготовления самонапряженного железобетона, в котором арматура получает предварительное напряжение вследствие расширения бетона. Напрягающий цемент и бетоны на его основе обладают высокими прочностью, водо и газонепроницаемостью.

Его целесообразно применять для изготовления самонапряженных железобетонных труб, покрытий дорог и аэродромов, тоннелей и других подобных конструкций. При этом следует учитывать

быстрое схватывание такого цемента (начало 2 мин, конец – 6 мин), а также необходимость применения специальных режимов твердения, обеспечивающих расширение цемента лишь после достижения бетоном прочности, необходимой для заанкеривания арматуры.

• Расширяющиеся или безусадочные цементы применяют для приготовления водонепроницаемых бетонов. Особенностью этих цементов является наличие составляющих, увеличивающихся в объеме в результате физико-химических процессов, происходящих при твердении цемента.

• Кислотоупорный цемент применяют для изготовления кислотостойких или жаростойких бетонов.

Этот цемент состоит из тщательно перемешанного молотого кварцевого песка и кремнефтористого натрия, его затворяют на жидком стекле (Na2O(K2O)*nSiO2 ). Для получения необходимой консистенции жидкое стекло разбавляют водой.

Как производят клинкерный кирпич

Чтобы получить  стойкий к природным воздействиям клинкерный кирпич для фасада, необходимо точно соблюдать техпроцесс.

Применяемые материалы

Что касается компонентов, то понадобится следующее:

1. Глины огнеупорных сортов с большим количеством каолина — содержание оксида алюминия должно составлять 17-23% , в этом случае глиняные бруски при обжиге не деформируются.
2. В состав должен входить оксид железа 2-х или 3-х валентного – именно этот компонент определяет итоговый оттенок стройматериала после термообработки. Клинкер имеет достаточно широкий диапазон оттенков от темно-фиолетового до красного с вишневым оттенком. Количество оксида железа может достигать 8%. Если этот компонент превышает указанную дозировку, то при термообработке на поверхности глины формируется плотная плёнка, которая препятствует протеканию необходимые химических процессов, в частности, окислению углерода и дальнейшему выходу углекислого газа — так что поверхность кирпичей коробится.
3. Кальций – количество этого вещества не должно выходить за пределы 7-8%, в противном случае стройматериалы получатся пористыми, деформированными, срок эксплуатации такого материала снижается.
4. Оксид магния – в идеале 3-4%, при превышении этого показателя итоговый продукт либо сильно теряет в объеме, либо сильно деформируется.

Экструзивный способ формовки

Имея  в  наличии производственный цех,  можно   изготавливать  качественную продукцию  из  термостойкой  глины:

1. Все компоненты перемешиваются до однородного состояния – получившуюся пластичную массу направляют на производственную линию к конвейеру-экструдеру.
2. Смесь под давлением выходит из экструдера, проходя через формовочное отверстие соответствующего сечения. В итоге на конвейер попадает объёмная полоса прямоугольной формы с фигурными пустотами внутри.
3. Двигаясь по технологической линии, полоса проходит этап нарезки – получаются отдельные кирпичики, которые отправляются на сушку.
4. Как только влажность достигает 2-3%, заготовки отправляются в печь.
5. Для обжига используют туннельную печь длиной 200 м – за время транспортировки через горячий  туннель заготовки обжигаются при температуре выше 1000 градусов Цельсия.

Экструзивный способ

Преимущества стройматериалов, полученных таким образом – это точные габариты  и стабильное качество. Именно так изготавливают клинкер большинство европейских компаний. Но указанное оборудование достаточно дорогое и подразумевает существенные затраты на электроэнергию, что негативно сказывается на стоимости готового продукта.

Полусухое прессование

Энергетические затраты при полусухом прессовании существенно меньше, впрочем, качество стройматериала также ниже. Техпроцесс выглядит следующим образом:

1. Глиняную порошкообразную смесь увлажняют и засыпают в подготовленные  формы.
2. Далее следует этап прессования.
3. Заготовки направляются в сушильную камеру на  1-2 суток, температурный режим – 80-85 градусов Цельсия.
4. Подготовленные заготовки отправляются в печь.

Метод полусухого прессования

Обжиг

Обжиг является заключительным этапом обоих техпроцессов. Чаще всего для этого используется туннельная печь, в которую заготовки поступают на специальных поддонах. Процесс обжига глины непрерывный. Проходя участки в печи с разными температурными режимами, клинкер проходит ряд циклов термообработки – за счёт этого глиняная масса  спекается в монолит. Прочность кирпичиков приближается к прочностным  показателям  стали.

Процесс обжига

Преимущества клинкерного кирпича

Как и любого другого отделочного материала для облицовки фасадов, у клинкерного кирпича есть свои плюсы и минусы. Но преимуществ, все же, больше:

• огромный ассортимент оттенков и фактур (более 200 видов), позволяющий воплощать в жизнь самые смелые дизайнерские задумки в отделке фасадов,
• облицовка из клинкерного кирпича, если соблюдена технология его монтажа, будет служить не менее 100 лет,
• структура и свойства материала не меняются под воздействием высоких или экстремально низких температур,
• клинкерный кирпич не поглощает влагу и не пропускает пар, что делает его теплоизоляционные свойства уникальными,
• за покрытием из этого материала легко ухаживать, оно устойчиво к механическим и химическим повреждениям (к примеру, кислотным дождям),
• в состав клинкера не входят химические соединения, что делает его абсолютно безопасным для домочадцев и окружающей среды,
• из этого материала можно формировать не только облицовку стен, но и арки, своды, карнизы и декоративные колонны.

К минусам клинкерного кирпича, как отделочного материала для фасадов, можно отнести только то, что для его монтажа необходимо использовать специальный состав – раствор из песка фракции не менее 2 мм и портландцемента (смеси из цемента, гипса и силиката кальция).

Производители и цены на продукцию

Клинкерные блоки пользуются огромной популярностью. На современном рынке действует несколько фирм-производителей. Среди них наиболее известными являются:

• отечественная группа ЛСР располагает четырьмя заводами, производит кирпичи высокого качества из кембрийской голубой глины, предлагается 9 оттенков, компания входит в состав мировых лидеров по выпуску клинкерного материала;
• GRH Group открыла филиалы в 25 странах, производит материал профессионального уровня, производство осуществляется на современном качественном оборудовании;
• один из солидных производителей – германская фирма-производитель Wittmunder Torfbrand Klinkerwerk, которая выпускает классический клинкерный кирпич по уникальной старинной технологии без привлечения искусственных красителей и химвеществ, уже свыше одного века, здесь выпускают эксклюзивные кирпичи золотого и серебряного оттенка;
• еще один долгожитель – завод Terca, изготавливает стройматериал для ландшафтного дизайна и облицовочных работ из клинкера на протяжении двух сотен лет;
• германские компании Feldhaus Klinker и ADW Klinker выпускают материал разнообразных расцветок;
• производитель Rauf из России предлагает качественные кирпичи естественного цвета, изготовленные по современным европейским технологиям.

Самую высококачественную продукцию производят немецкие заводы, которые занимают лидирующую позицию среди остальных стран-производителей. Клинкерные блоки из Германии отличаются не только высоким качеством, но еще и солидной ценой. Цена за штуку достигает 95 рублей, эксклюзивные варианты стоят свыше 100 рублей. Кирпичи российского производства более экономичны, стоимость, как правило, не превышает 35 рублей за один кирпич.

Применяется несколько технологий укладки: с образованием воздушного зазора и без него, с прокладкой теплоизоляции. Воздушное пространство составляет до 4 см. Такой слой нужен для движения воздуха. Данная технология применима к деревянным строениям и сборным конструкциям.

Для зданий, строящихся в районах с холодным климатом, между облицовочным слоем и стеной прокладываю утепляющую прослойку. В качестве утеплительного материала применяют полистирол или минерально-волокнистую вату.

Производство цемента

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.