Как производится цемент и бетон

Если вы думаете о кирпичах как искусственные камницемент можно считать искусственной лавой - жидким камнем, который выливается на место, где он затвердевает и превращается в твердый.

Многие люди говорят о цементе, когда имеют в виду бетон.

• цемент это мелкозернистое соединение, которое при смешивании с водой превращается в твердое вещество. Цемент используется для связывания смесей материалов в композитное твердое вещество.
• бетон представляет собой смесь цемента, песка и гравия. То есть цемент является клеем бетон.

Теперь, когда все ясно, давайте поговорим о цементе. Цемент начинается с извести.

Известь - это вещество, используемое с древних времен для изготовления полезных вещей, таких как штукатурка и раствор. Известь производится путем сжигания или прокаливания известняка - и вот как известняк получает свое имя. Химически известь является оксидом кальция (CaO) и производится путем обжига кальцит (CaCO₃) отгонять углекислый газ (СО₂). Это СО₂, парниковый газ, производится в больших количествах цементной промышленностью.

Известь также называется негашеной или кальциевой (от латинского, где мы также получаем слово кальций). В старых загадках убийства, негашеная известь посыпается на жертв, чтобы растворить их тела, потому что она очень едкая.

Смешанная с водой известь медленно превращается в минеральный портландит в реакции CaO + H₂O = Ca (OH)₂. Известь обычно гашеная, то есть смешивается с избытком воды, поэтому она остается жидкой. Гашеная известь продолжает твердеть в течение нескольких недель. Смешанный с песком и другими ингредиентами, гашеная известь может быть упакована между камнями или кирпичами в стене (как строительный раствор) или распределена по поверхности стены (как штукатурка или штукатурка). Там, в течение следующих нескольких недель или дольше, он реагирует с СО₂ в воздухе, чтобы снова образовать кальцит - искусственный известняк!

Бетон, изготовленный из известкового цемента, известен по археологическим памятникам в Новом и Старом Свете, некоторым из которых более 5000 лет. Это работает очень хорошо в сухих условиях. У него есть два недостатка:

• Известь цемента занимает много времени, и хотя у древнего мира было много времени, сегодня время - деньги.
• Известковый цемент не затвердевает в воде, но остается мягким, то есть он не является гидравлическим цементом. Так что есть ситуации, когда его нельзя использовать.

Пирамиды Египта, как говорят, содержат гидравлический цемент на основе растворенного кремнезема. Если эта 4500-летняя формула может быть подтверждена и восстановлена, это было бы здорово. Но сегодняшний цемент имеет другую родословную, которая все еще довольно древняя.

Около 1000 г. до н.э. древние греки первыми попали в счастливую аварию, смешав известь с мелким вулканическим пеплом. Пепел можно рассматривать как естественную кальцинированную породу, оставляя кремний в химически активном состоянии, подобном кальцию в кальцинированном известняке. Когда эта известково-зольная смесь гасится, образуется совершенно новое вещество: гидрат силиката кальция или то, что химики-цементы называют C-S-H (приблизительно SiCa₂О₄·ИксЧАС₂О). В 2009 году исследователи, использующие численное моделирование, придумали точную формулу: (CaO)_1.65(SiO₂)(ЧАС₂O)_1.75.

C-S-H до сих пор остается загадочным веществом, но мы знаем, что это аморфный гель без какой-либо определенной кристаллической структуры. Быстро застывает даже в воде. И это более долговечно, чем известковый цемент.

Древние греки использовали этот новый цемент новыми и ценными способами, строя бетонные цистерны, которые сохранились до наших дней. Но римские инженеры освоили технологию и построили морские порты, акведуки и храмы из бетона. Некоторые из этих сооружений сегодня как никогда хороши, две тысячи лет спустя. Но формула для римского цемента была потеряна с падением Римской империи. Современные исследования продолжают раскрывать полезные секреты древних, такие как необычные состав римского бетона в волнорезе, построенном в 37 г. до н.э., который обещает помочь нам сэкономить энергию, использовать меньше извести и производить меньше СО₂.

Хотя известковый цемент продолжал использоваться в течение Темного и Средневековья, настоящий гидравлический цемент не был вновь открыт до конца 1700-х годов. Английские и французские экспериментаторы узнали, что кальцинированная смесь известняка и глинистого камня может быть превращена в гидравлический цемент. Одна английская версия была названа «Портландцемент» из-за его сходства с белым известняком острова Портленд, и вскоре название распространилось на весь цемент, полученный в результате этого процесса.

Вскоре после этого американские производители обнаружили глинистые известняки, которые давали превосходный гидравлический цемент практически без обработки. Этот дешевый природный цемент составлял основную часть американского бетона в течение большей части 1800-х годов, и большая часть его была получена из город Розендейл на юге Нью-Йорка. Rosendale был практически общим названием для природного цемента, хотя другие производители были в Пенсильвании, Индиане и Кентукки. Цемент Rosendale находится в Бруклинском мосту, здании Капитолия США, большинстве военных зданий 19-го века, у основания Статуи Свободы и во многих других местах. В связи с растущей необходимостью поддерживать исторические структуры, используя исторически соответствующие материалы, Природный цемент Rosendale возрождается.

Настоящий портландцемент постепенно завоевывал популярность в Америке по мере роста стандартов и ускорения темпов строительства. Портландцемент более дорогой, но его можно изготавливать везде, где можно собрать ингредиенты, вместо того, чтобы полагаться на удачную горную породу. Это также лечит быстрее, преимущество при строительстве небоскребов на пол за один раз. Сегодняшний цемент по умолчанию - это разновидность портландцемента.

Сегодня известняк и глиносодержащие породы спечены - вместе обжариваются при температуре почти плавления - при 1400–1500 ° C. Продукт представляет собой комковатую смесь стабильных соединений, называемых клинкером. Клинкер содержит железо (Fe) и алюминий (Al), а также кремний и кальций в четырех основных соединениях:

• Alite (Ca₃SiO₅)
• Белите (Калифорния₂SiO₄), известный геологам как ларнит
• Алюминат (Ca₃Al₂О₆)
• Феррит (Ca₂Alfeo₅)

Клинкер измельчают в порошок и смешивают с небольшим количеством гипс, что замедляет процесс отверждения. Это портландцемент.

Цемент смешивают с водой, песком и гравием, чтобы сделать бетон. Чистый цемент бесполезен, потому что он сжимается и трескается; это также намного дороже, чем песок и гравий. По мере отверждения смеси образуются четыре основных вещества:

• С-С-Н
• портландит
• Этрингит (Ca₆Al₂(ТАК₄)₃(ОЙ)₁₂· 26H₂O; включает в себя немного Fe)
• Моносульфат ([Ca₂(Al, Fe) (ОН)₆] · (ТАК₄, ОН и т. Д.) ·ИксЧАС₂O)

Детали всего этого - сложная специальность, делающая бетон такой же сложной технологией, как и все в вашем компьютере. Тем не менее, базовая бетонная смесь является практически глупой, достаточно простой для вас и меня, чтобы использовать.