Цемент є одним з найдавніших будівельних матеріалів у світі

    Це гідравлічний в'яжучий матеріал, основний складник бетонів та будівельних розчинів. Почав широко застосовуватись під час індустріальної революції.

     Першим природним в'яжучим була глина. Глина і жирна земля після змішування з водою і висихання набували деякої міцності. Однак, беручи до уваги низькі споживчі якості даних матеріалів (з використанням глини зводилися споруди, які не потребували значної міцності) - люди займалися пошуком більш досконалих в'яжучих.

Перший ранній попередник бетону був виявлений на березі Дунаю на території сучасної Югославії - в хатині древнього поселення кам'яного століття знаходилася підлога з бетону товщиною до 25 см. Бетон для цієї підлоги виготовлявся з гравію і червонуватого місцевого вапна. Орієнтовний вік знахідки - більше 5000 років до н.е. Але це швидше відноситься до виключення з правил. Масове застосування вапна при будівництві датується набагато більш пізніми термінами. У плані масового використання при будівництві, більше ніж за 3 тис. років до н. е.., в Єгипті, Індії та Китаї почали виготовляти штучні терпкі - такі як гіпс. Це зумовлювалося тим, що при випалюванні будівельного гіпсу використовувалося набагато менше палива (температура випалу 140-190 С), ніж для виробництва вапна. Вапно є найдавнішою штучною мінеральною в'язкою речовиною після гіпсу. Є відомості, що єгиптяни використовували змішані вапняно-гіпсові розчини при будівництві пірамід. Однак гіпс довгий час не втрачав своїх позицій - внаслідок меншої енергоємності при виробництві, в тому ж Єгипті паливо було надзвичайно дефіцитним.

 

    Більш інтенсивного розвитку виробництво будівельних матеріалів набуло в стародавньому Римі. Римляни розвинули будівельне мистецтво, залишивши після себе знамениті пам'ятники стародавнього світу. Римляни так само склали перші рекомендації з виготовлення і застосування вапняних розчинів. Вперше застосувавши вулканічний попіл в якості добавок - був винайдений предок так званого "пуццоланового цементу", названого за місцем покладів сировини поблизу міста Поццуоллі.

    У Київській Русі основним матеріалом була вапно. Отримували його шляхом випалу вапняку в спеціальних печах. Пізніше воно гасилося в спеціальних ямах. Для приготування будівельного розчину використовувалася вапно різного складу - з чистого вапняку виходило жирне біле вапно (повітряне), а з вапняку з глинистими домішками - сіре (гідравлічне, яке має здатність схоплюватися у вологому середовищі і використовувалася при кладці). Біле вапно використовували в основному для штукатурних робіт.

   У 1584 р. в Москві був заснований "Кам'яний наказ", який поряд із заготівлею будівельного каменя і випуском цегли відав також виготовленням вапна. Зокрема в Москві з'явилися перші виробники сухих будівельних сумішей - називалися вони цементом (або "Сементів"). Активно використовувалися добавки - бичача кров, сир, яєчний білок, кізяк та інші речовини, що свідчить про високі вимоги до якості споруд.
   У 1829 р. професор Фукс (1774-1856) - німецький хімік і мінералог показав, що всякий кремнеземистий мінерал може бути придатний для гідравлічного цементу, якщо його піддати випалу. Такі породи, як граніти, гнейси, порфіри, польовий шпат, слюда і навіть проста глина, гірський кришталь, халцедон, - всі після випалу тверднуть під водою з вапном. Питання стояло тільки в доступності сировини і енергоємності виробництва.
   У 1822 р. в Петербурзі вийшла книга Є.Г. Челієва "Трактат про мистецтво готувати хороші будівельні розчини", а в 1825 році Челієв в книзі "Повне повчання, як готувати дешевий і кращий мертель або цемент, вельми міцний для підводних будов" узагальнив досвід поліпшення властивостей в'яжучих матеріалів, накопичений при відновленні Кремля, зруйнованого під час Вітчизняної війни 1812 року. Єгор Герасимович Челієв починав працювати в Саратові, потім став учасником відновлення Москви після пожежі в 1812 році. Саме тоді він почав проводити експерименти з різними матеріалами, щоб знайти скріплюючу складову для цегли та каменю. Прагнення одержати ще більш досконалий вид гідравлічного в'яжучого привів російського будівельника Челієва до важливого відкриття: при випалюванні в горні на сухих дровах суміші вапна і глини до "білого жару" (при температурі понад 1100-1200 С) виходив спечений продукт, який володів у подрібненому вигляді високими механічними властивостями і здатністю тверднути у воді. Є.Г. Челієв є винахідником сучасного цементу. У 1824 році Джозеф Аспдін, британський муляр, одержав патент на "Вдосконалений спосіб виробництва штучного каменю", який він створив на власній кухні. Винахідник нагрів суміш добре подрібненого вапняку і глини в кухонній печі, після роздробив грудку суміші в порошок і отримав гідравлічний цемент, який затвердів при додаванні води. Aспдін назвав отриманий продукт - портландцементом, тому що при виробництві він використовував камені з кар'єру, який знаходився на острові Портланд. Однак лише через 30 років після цього відкриття англійські портландцементи набули поширення, а потім і переважання. Поштовх дала Лондонська всесвітня виставка 1851 р., після якої на континенті весь портландцемент називався англійським. Отриманий Аспдіном в'яжучий не був портландцементом в сучасному розумінні цього слова, а являв собою різновид романцементу, отриманого при підвищеній температурі випалу (900-1000 С), однак назва "портландцемент" збереглося й донині. Гідравлічне в'яжуче, описане Є.Г. Челієвим, ближче за властивостями до сучасного портландцементу, а за якістю перевершувало портландцемент Аспдіна.

   Технологія виробництва цементу

   Сировину для виробництва цементу (вапняк та глину) добувають з кар'єрів вапнякової та глинистої порід. Після цього матеріали попередньо подрібнюють, змішують, додають воду, і суміш, що утворюється (її називають шламом), транспортують шламопроводами з кар'єрів на завод.

cement_2.jpg

   Далі відбувається остаточний помел шламу в сировинному млині та коригування його добавками, щоб отримати необхідний хімічний склад клінкеру - напівфабрикату цементу. Ці добавки можуть бути вторинними продуктами виробництва інших галузей (наприклад, зола з тепло - електростанцій, шлак - побічний продукт металургійної промисловості). Після помелу сировинний шлам зберігають у спеціальних басейнах, постійно перемішуючи, аж до моменту подачі його в обертові печі для випалу клінкеру.

   Саме печі є центром всього процесу виробництва. У них сировинна суміш розігрівається до близько 1500°C. При такій температурі проходять хімічні реакції, внаслідок яких утворюється цементний клінкер. Щоби розігріти сировину до такої температури, піч потрібно нагріти приблизно до 2000°C. Піч знаходиться під нахилом до лінії горизонту, щоби сировина могла безперервно пересуватися в ній, проходячи всі необхідні технологічні перетворення. Цей процес триває близько 2,0-2,5 годин. Після виходу з печі клінкер охолоджують та зберігають у складах клінкеру для дальшого подрібнення та виробництва цементу.

   Зі складів клінкер із невеликою кількістю гіпсу (3-5%) подають у цементні млини для розмелювання до необхідної тонини. На цьому етапі також до гіпсу та клінкеру при потребі можуть додавати різні добавки, щоби надати цементові необхідних технологічних властивостей, таких як стійкість до агресивного середовища, морозостійкість та ін.