Цемент является одним из древнейших строительных материалов в мире

    Это гидравлический вяжущий материал, основная составляющая бетона и строительных растворов. Начал широко применяться во время индустриальной революции.

    Первым естественным вяжущим была глина. Глина и жирная земля после смешивания с водой и высыхания приобретали некоторой прочности. Однако, принимая во внимание низкие потребительские качества данных материалов (с использованием глины возводились сооружения, которые не нуждались значительной прочности) - люди занимались поиском более совершенных вяжущих.

    Первый ранний предшественник бетона был обнаружен на берегу Дуная на территории современной Югославии - в хижине древнего поселения каменного века находилась пол из бетона толщиной до 25 см. Бетон для этого пола изготавливался из гравия и красноватой местной извести. Ориентировочный возраст находки - более 5000 лет до н.э. Но это скорее относится к исключению из правил. Массовое применение извести при строительстве датируется гораздо более поздними сроками. В плане массового использования при строительстве, более чем за 3 тыс. лет до н. э ., в Египте, Индии и Китае начали изготавливать искусственные вяжущие - такие как гипс. Это обусловлено тем, что при обжиге строительного гипса использовалось гораздо меньше топлива (температура обжига 140-190 С), чем для производства извести. Известь является древнейшей искусственной минеральным вяжущим веществом после гипса. Есть сведения, что египтяне использовали смешанные известково-гипсовые растворы при строительстве пирамид. Однако гипс долгое время не терял своих позиций - вследствие меньшей энергоемкости при производстве, в том же Египте топливо было чрезвычайно дефицитным.

 

    Более интенсивное развитие производство строительных материалов получило в Древнем Риме. Римляне развили строительное искусство, оставив после себя знаменитые памятники древнего мира. Римляне так же составили первые рекомендации по изготовлению и применению известковых растворов. Впервые применив вулканический пепел в качестве добавок - был изобретен предок так называемого "пуццоланового цемента", названного по месту залежей сырья близ города Поццуолли.

    В Киевской Руси основным материалом была известь. Получали его путем обжига известняка в специальных печах. Позже оно тушилось в специальных ямах. Для приготовления строительного раствора использовалась известь разного состава - из чистого известняка получалось жирная белая известь (воздушная), а из известняка с глинистыми примесями - серая (гидравлическая, которая обладает способностью схватываться во влажной среде и использовалась при кладке). Белую известь использовали в основном для штукатурных работ. 

    В 1584 г. В Москве был учрежден "Каменный приказ", который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также изготовлением извести. В частности в Москве появились первые производители сухих строительных смесей - назывались они цементом (или "Сементив»). Активно использовались добавки - бычья кровь, творог, яичный белок, кизяк и другие вещества, что свидетельствует о высоких требованиях к качеству сооружений.

    В 1829 г. Профессор Фукс (1774-1856) - немецкий химик и минералог показал, что всякий кремнеземистого минерал может быть пригоден для гидравлического цемента, если его подвергнуть обжигу. Такие породы, как гранит, гнейс, порфир, полевой шпат, слюда и даже простая глина, горный хрусталь, халцедон, - все после обжига затвердевают под водой с известью. Вопрос стоял только в доступности сырья и энергоемкости производства.

    В 1822 в Петербурге вышла книга Е. Челиев "Трактат об искусстве изготавливать хорошие строительные растворы", а в 1825 году Челиев в книге "Полное наставление, как готовить дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений" обобщил опыт улучшения свойств вяжущих материалов, накопленный при восстановлении Кремля, разрушенного во время Отечественной войны 1812 года. Егор Герасимович Челиев начинал работать в Саратове, затем стал участником восстановления Москвы после пожара в 1812 году. Именно тогда он начал проводить эксперименты с различными материалами, чтобы найти связующее составляющую для кирпича и камня. Стремление получить еще более совершенный вид гидравлического вяжущего привел российского строителя Челиева к важному открытию: при обжиге в горне на сухих дровах смеси извести и глины до "белого каления" (при температуре свыше 1100-1200 С) выходил испеченный продукт, обладавший в измельченном виде высокими механическими свойствами и способностью твердеть в воде. Е. Челиев является изобретателем современного цемента. В 1824 году Джозеф Аспдин, британский каменщик, получил патент на "Усовершенствованный способ производства искусственного камня", который он создал на собственной кухне. Изобретатель нагрел смесь хорошо измельченного известняка и глины в кухонной печи, после раздробил комок смеси в порошок и получил гидравлический цемент, который затвердел при добавлении воды. Aспдин назвал полученный продукт - портландцементом, так как при производстве он использовал камни с карьера, который находился на острове Портланд. Однако только через 30 лет после этого открытия английские цементы получили распространение, а затем и преобладание. Толчок дала Лондонская всемирная выставка 1851, после которой на континенте весь портландцемент назывался английским. Полученный Аспдин вяжущее ни был портландцементом в современном понимании этого слова, а представлял собой разновидность романцемента, полученного при повышенной температуре обжига (900-1000 С), однако название "портландцемент" сохранилось и по сей день. Гидравлическое вяжущее, описанное Е.Г. Челиев, ближе по свойствам к современному портландцемента, а по качеству превосходило портландцемент Аспдин.

    Технология производства цемента

    Сырье для производства цемента (известняк и глину) добывают из карьеров известняковой и глинистой пород. После этого материалы предварительно измельчают, смешивают, добавляют воду и смесь, образующаяся (ее называют шламом), транспортируют шламопроводом с карьеров на завод

cement_2.jpg

   Далее происходит окончательный размол шлама в сырьевой мельнице и корректировка его добавками, чтобы получить необходимый химический состав клинкера - полуфабриката цемента. Эти добавки могут быть вторичными продуктами производства других отраслей (например, зола с тепло - электростанций, шлак - побочный продукт металлургической промышленности). После помола сырьевой шлам хранят в специальных бассейнах, постоянно перемешивая, до момента подачи его в вращающиеся печи для обжига клинкера.

   Именно печи является центром всего процесса производства. В них сырьевая смесь разогревается до около 1500 ° C. При такой температуре проходят химические реакции, в результате которых образуется цементный клинкер. Чтобы разогреть сырье до такой температуры, печь нужно нагреть примерно до 2000 ° C. Печь находится под наклоном к линии горизонта, чтобы сырье могла непрерывно передвигаться в ней, проходя все необходимые технологические преобразования. Этот процесс длится около 2,0-2,5 часов. После выхода из печи клинкер охлаждают и хранят в складах клинкера для дальнейшего измельчения и производства цемента.

    Со складов клинкер с небольшим количеством гипса (3-5%) подают в цементные мельницы для размола до необходимой тонкости. На этом этапе также к гипсу и клинкеру при необходимости могут добавлять различные добавки, чтобы придать цементу необходимых технологических свойств, таких как устойчивость к агрессивной среде, морозостойкость и др.